基于TEQC的山东CORS系统数据质量评估

2016-01-12董正华,郭金运,刘相威等

全球定位系统 2015年5期

董正华1,郭金运1,刘相威1,周长志2,张海平2,冯彦同2

(1.山东科技大学测绘学院,青岛 266590;2.山东省国土测绘院,济南 250102)

摘要：为了评价山东CORS(SDCORS)系统的数据质量,利用TEQC等软件对SDCORS各基准站2012年全年的数据进行质量分析、结果统计和可视化显示。采用IGS的数据质量检核标准对其MP1、MP2和CRS值进行评价,结果显示:2012年期间,绝大部分的SDCORS基准站采集的数据质量良好,满足SDCORS的运行要求,个别测站的运行状态不佳,需要维护。

关键词：SDCORS;基准站;TEQC;数据质量;多路径效应

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.05.017

中图分类号：P228.4

文献标志码：A

文章编号：1008-9268(2015)05-0090-05

收稿日期：2015-04-23

作者简介

Abstract:In order to assess the data quality of SDCORS, we use TEQC and other softwares to process the full-year data in 2012 of SDCORS to analyze the multipath effect and observations per cycle slip. MP1, MP2and CRS of SDCORS are assessed based on the criterion of data quality check standard of IGS. The practical results show that the data quality of most of the base stations of SDCORS is very good and meets the operational requirements, but a few base stations need to be maintained in 2012.

0引言

参考站连续正常运行是整个CORS系统能否充分发挥效应最为关键的部分,更清楚地了解已建站周边环境是否存在可以引起多路径效应的反射物、电磁干扰以及其它的一些干扰因素,对掌握观测站的数据质量,确保整个CORS系统稳定运行具有重要的意义[1-4]。

山东省卫星定位连续运行综合应用服务系统(SDCORS)是山东省的一项重要空间数据基础工程,建成以来向社会各行业提供各种地理空间信息数据服务,创造了良好的社会经济效益。SDCORS系统的实际构网站点149个,实现了与国家陆态网、省地震局CMONOSD系统、省气象局GNSS/MET系统以及外省(江苏、河南、河北)CORS,济南CORS、青岛CORS、淄博CORS、日照CORS、烟台CORS等系统多行业、多层次的数据共享。SDCORS整合了不同行业、不同部门在不同时期建立的参考站点,网络结构比较复杂,设备性能高低不一,其基准站设备类型有拓普康、天宝、徕卡;接收机类型主要有:TPS NETG3、LEICA GRX1200-GGPRO、ASHTECH UZ-12、TRIMBLE NETR8等,观测采用高精度测地型天线,采样率统一为30 s.

TEQC软件是由UNAVCO开发和研制的GNSS观测数据预处理软件[5],可对GNSS观测数据的质量进行检查,其被广泛应用在城市、大型工程控制网的GNSS数据预处理中,有助于观测误差的分析,提高测量成果的精度[6-7]。TEQC主要有RINEX数据编辑、格式转换和质量检核三大功能模块。其质量检核模块,用于检查双频GPS接收机动态和静态数据的质量,是TEQC软件的核心[8-10]。

本文通过对SDCORS连续参考站系统105个测站GPS接收机一年的连续观测的质量检验和分析,可以反映出各个基准站的观测数据质量和稳定性,以了解基准站周围环境、仪器的稳定性是否发生变化,为基准站的维护和升级改造提供参考,并不断积累经验,同时为其它地域或省域在参考站选址、维护升级提供有力依据。

1质量评估原理

在GPS测量中,多路径效应、周跳变化是反映GPS观测数据质量的重要指标[11-14]。习惯上将伪距多路径效应在一定时间窗口内均方根(rms),每周跳观测值数(o/slps)作为反映观测数据的指标[15-16]。

资助项目: 国家自然科学基金(批准号:41374009)；山东省自然科学基金(批准号:ZR2013DM009); 公益性行业科研专项(编号:201412001)；山东科技大学科研创新团队支持计划(编号:2014TDJH101)

联系人：董正华 E-mail: d412172098@163.com

本文主要以L1伪距多路径效应(MP1)、L2伪距多路径效应(Mp2)和每周跳观测值数(o/slps)三项作为质量评价的指标[1,17],来评价GPS观测点的观测环境和观测数据的质量。其中o/slps用较为直观的CRS表示为

(1)

Mp1、Mp2通过下式得到:

(2)

(3)

式中: P1、P2分别表示L1、L2码伪距观测量; φ1、φ2分别表示L1、L2载波相位观测量; α为频率f1和f2之比的平方[18],

2数据质量检核结果及分析

本文基于TEQC软件、GMT软件和Fortran程序实现了SDCORS数据的自动化质量检核及可视化显示,并结合Matlab软件对数据的稳定性进行分析。TEQC的质量检核有qc2lite和qc2full两种方式,本文采用qc2full方式。对观测数据文件*.yyO(yy为年份的后两位)进行质量检核后生成9个分析结果文件,其中*.yyS文件中记录了数据的采集时间长度、数据采样率、多路径效应影响、数据利用率、每周跳观测值等大量信息文本[5,19,20]。通过TEQC软件中的运行命令teqc+qc+sym*.yyO (sym*为文件名,yy代表年份),对SDCORS的105个基准站从2012年1月1日至12月31日观测文件的处理,获得了各基准站的质量分析结果文件,从*.yyS文件中提取了各基准站每天的Mp1、Mp2和CRS值,图1示出了SDCORS连续运营基准站分布图，图2示出了各基准站的年平均值可视化结果。

IGS的数据质量检测分析显示,超过半数的IGS站的CRS年平均值小于5,2/3以上CRS平均值在10以下。对于多路径效应而言,2/3的IGS站的Mp1平均值小于0.5,而2/3的Mp2平均值小于0.75[2,6]。本文依照2/3的IGS站的质量标准对结果进行统计。

如图2所示,各基准站圆圈站标的三个扇形分别表示MP1、MP2和CRS值,其色带的阈值分别为0.5、0.75、10.

由于QHRS、PYRS两个站点没有实际的观测值信息,所以在对SDCOSR的MP1、MP2、CRS值值进行统计时,将这两个站点排除在外。表1示出了为SDCORS的103个站点MP1、MP2、CRS值值的统计信息,从其统计结果来看,本次解算的稳定性较好、可靠性较高。

表1　SDCORS基准站 M p1、 M p2和 CRS值统计表

图1　SDCORS连续运营基准站分布图

图2　SDCORS基准站M P1、M P2和CRS值可视化图形(2012年均值)

从图2中可以较为直观的看出,SDCORS绝大部分基准站数据质量都优于IGS标准,只有TEZH、QUFU、LYLZ、LAIZ、GQZD、PIZH六个站点存在浅色部分,即存在异常。对照表2得知:LAIZ、TEZH、LYLZ站的MP1值高于IGS标准,PIZH站的MP1、MP2值指标均高于标准,QUFU、GQZD站MP1值接近IGS标准。另外QHRS、PYRS两台站也存在异常,MP1、MP2、CRS值均为0,经查实得知这两个测站的观测数据文件只有头文件,没有实际观测数据,其原因为设备故障。本文给出了PIZH、TEZH、QUFU、LYLZ、LAIZ、GQZD六个站三项指标的每日变化图,如图3~图

8所示。从图3中可知:PIZH站的MP1、MP2和CRS值明显异常,自2012年2月份起质量逐步下降,至4月份起超出IGS标准指标,经调查得知为设备老化所致。TEZH(如图4所示)、LYLZ(如图6所示)、LAIZ(如图7所示)站的MP1值均较大,这与基准站站周围树木、建筑物和L1信号频率电磁干扰有关。QUFU站(如图5所示)在6月份MP1略高于IGS指标,6月份之后数据质量逐渐优于标准,且保持较高的稳定性,这与此站点周围环境变化的影响有关。GQZD站(如图8所示)在8月份数据质量发生突变,通过查询日志发现,疑是台站遭受雷击后性能受到影响所致。

表2　SDCORS基准站问题测站 M p1、 M p2和 CRS值统计表(2012年均值)

图3　PIZH站M p1、M p2和CRS值变化趋势(2012)

图4　TEZH站M p1、M p2和CRS值变化趋势(2012)

图5　QUFU站M p1、M p2和CRS值变化趋势(2012)

图6　LYLZ站M p1、M p2和CRS值变化趋势(2012)

图7　LYLZ站M p1、M p2和CRS值变化趋势(2012)

图8　GQZDZ站M p1、M p2和CRS值变化趋势(2012)

3结束语

利用TEQC软件对SDCORS站的数据进行质量检测,从得到的结果看,SDCORS站址的选择合理,观测环境良好,整体观测数据质量较好,且明显优于IGS参考站的数据指标,大部分基准站运营状态良好、稳定性高。MP1、MP2和CRS年均值(2012)优于IGS标准的基准站分别占到96.2%、99%、100%.这表明,SDCORS的GPS接收机适合作为SDCORS的基准站使用,为SDCORS提供了稳定、连续和高质量的观测数据。其少有的几个基准站数据质量较差或没有数据,这与周围树木和建筑物的影响及存在电磁干扰、遭受雷击等因素有关,需要进行维护和升级。

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董正华(1989-),男,硕士生,主要从事GNSS数据处理等研究。

郭金运(1969-),男,博士,教授,博导,主要从事空间大地测量、海洋大地测量和物理大地测量等研究。

刘相威(1990-),男,硕士生,主要从事空间大地测量研究。

Data Quality Assessment of SDCORS with TEQC

DONG Zhenghua1,GUO Jinyun1,LIU Xiangwei1,ZHOU Changzhi2,