利用TEQC及RTKLIB软件分析GPS数据质量

陈佳清

(钦州市住房和城乡建设测绘院，广西　钦州　535000)



利用TEQC及RTKLIB软件分析GPS数据质量

陈佳清

(钦州市住房和城乡建设测绘院，广西钦州535000)

摘要：TEQC软件具有强大的GPS数据质量分析功能，针对其没有实现质量分析的可视化，提出了结合RTKLIB软件强大的图形输出功能对原始观测数据卫星可见性，卫星天空视图，DOP值，多路径及卫星高度角等进行图形化显示。文中分别介绍了TEQC、RTKLIB的主要功能，阐述了观测质量检核标准。最后结合某地区GPS变形监测网实测数据验证，结果表明TEQC结合RTKLIB能够更为全面、直观地反应观测数据质量，为GPS数据质量分析可视化提供了新的一种借鉴方法。

关键词：TEQC；RTKLIB；GPS数据；质量分析

0引言

随着全球定位系统(global positioning system，GPS)技术的快速发展，GPS在变形监测领域得到了广泛的应用[1]。由于GPS在定位测量中难免会受到多种误差的影响，如电离层延迟和对流层延迟误差、多路径效应或者接收机的测量噪声等[2]。变形监测受观测条件的影响，致使卫星失锁或者信号在传播过程中受到影响[3]。针对GPS变形监测的高精度、高可靠性数据要求，为了保证观测质量，避免不必要的返工，因此在基线解算前对观测数据进行质量分析具有极其重要的意义[4]。

1TEQC、RTKLIB介绍

1.1TEQC软件

TEQC(Translation，Editing and Quality Checking)是由非盈利性地球科学组织美国卫星导航系统与地壳形变观测研究大学联合体(The University Navstar Consortium Facility，UNAVCO Facility)研制的为地学研究GPS监测站数据管理服务的公开免费软件[5]。TEQC软件功能强大、简单易用，是国际公认的GPS测量数据预处理软件之一[6]。TEQC支持多种型号的GPS接收机文件转换成标准格式(RINEX)，可以方便地对RENIX格式数据文件进行编辑，如高度角设置、采样率、数据切割、质量检核，本文利用其质量检核功能对GPS监测网进行观测质量。TEQC软件在WINDOWS内置DOS环境下操作，基于观测数据量大，DOS命令窗口不支持多窗口标签操作以及不便编辑操作命令等，文中使用DOS系统仿真器ConEmu代替。

1.2RTKLIB软件

RTKLIB是日本东京海洋大学(Tokyo University of Marine Science and Technology)开发的一个用于全球卫星导航系统(global navigation satellite system，GNSS)精确定位的开源程序包，RTKLIB包括一个便携式的程序库和多个应用程序[7]。基于TEQC没有可视化界面[8]，绘图输出需要借助于DOS4GW.EXE、QCVIEW32.EXE等程序[9]，过程繁琐，为此，本文借助于RTKLIB强大的图形输出功能对原始观测数据卫星可见性，卫星天空视图，DOP值，多路径及卫星高度角进行图形化显示，为质量分析提供可视化条件。RTKLIB界面如图1所示，RTKLIB主要功能如表1所示。

图1　RTKLAUNCH应用程序窗口图标

功能用户界面用户交互(a)应用启动器RTKLAUNCH-(b)实时定位RTKNAVIRTKRCV(c)通信服务器STRSVRSTR2STR(d)后处理分析RTKPOSTRNX2RTKP(e)RINEX转换器RTKCONVCONVBIN(f)观测数据绘图RTKPLOT-(g)GNSS数据下载RTKGET-(h)NTRIP浏览器SRCTBLBROWS-

本文主要运用RTKLIB中的RTKPLOT模块对原始观测数据的卫星可见性，卫星天空视图，DOP值，多路径效应及卫星高度角进行图形化显示；利用RTKCONV模块对RINEX文件进行格式转换，利用RTKPOST模块计算GPS位置定位误差结果并绘图输出。

2观测质量检测标准

TEQC检测GPS观测数据质量的关键性指标mp1、mp2、0/slps，mp1、mp2分别表示L1、L2波段上的多路径效应对伪距和相位测量的影响，其结果以均方根(root mean square，RMS)表示。根据国际GNSS服务(international GNSS service，IGS)的GPS数据质量检测系统表明，o/slps指标年平均值小于5 000，对多路径而言60%以上的mp1平均值小于0.5 m；mp2小于0.75 m。超过半数的IGS站的CSR(周跳检测惯用指标，CSR=1000/0/slps)，年平均值小于5，2/3以上的CRS平均值在10以下[1]。其中，根据以上分析资料，本文使用以下标准参考值：o/slps：2 000，MP1：0.5 m，MP2：0.75 m，其中o/slps越小说明出现周跳越严重，MP1和MP2越小说明抗多路径效应能力越强。

3工程实例

工程概况：某GPS变形监测网，包括2个基准点编号为jjb1、jjb2，20个监测点编号依次为jj03～jj22。GPS静态观测网建立完成后，每年定期进行4期的静态数据采集。数据采集采用型号为Trimble5700双频GPS接收机，对基准点进行3～6个观测时段的观测，每个时段持续时间为24 h，其余测站进行一个观测时段(24 h)连续观测，卫星高度角设为 10°，数据采集间隔为15 s。为了保证其观测质量，提高基线解算精度，对其进行数据质量分析。

为分析本工程观测数据的质量，采用TEQC软件对GPS监测网进行观测数据进行质量检核，以监测点jj03点为例进行分析文件说明。在DOS命令仿真窗口ConEmu下执行：teqc + qc-nav jj03****.12o jj03****.12n[10]，即可得到以下几种分析文件，并对综合分析结果文件进行说明如表2所示。

表2　分析文件说明

在本次质量检核中，主要利用综合分析结果文件.12S进行质量分析，通过对所有监测点的综合分析结果文件进行统计汇总后，得到以下TEQC质量检核结果如表3所示。

从表3可知，周跳影响方面：除基准点jjb1、jjb2、jj07、jj11、jj21、jj22周跳不明显外，其它监测点均存在明显的周跳现象，监测点jj05的o/slps值最低仅为133；多路径效应影响方面：监测点jj03、jj05、jj13、jj14、jj16、jj17、jj18的L1、L2波段上均存在多路径效应影响但不明显。总体分析，从均值统计值看，mp1、mp2、o/slps均符合IGS质量监测统计规范，按照IGS观测质量要求统计各测点，多路径影响方面63.33%以上的mp1小于0.5 m；73.33%以上的mp2小于0.75 m；而只有46.67%的o/slps值大于2 000。

统计结果表明：该地区GPS观测质量较差，大部分观测点周跳明显，多路径效应影响则不明显。经实地调查发现，该GPS变形监测网布设在一滑坡体上，滑坡体内植物茂密、散乱分布有多处居民区；大部分监测点位于丛林之中，除jjb1、jjb2、jj07、jj11、jj21、jj22外，其余监测点观测条件较差。

根据上述TEQC质量分析结果，对其中周跳明显且多路径影响较为严重的监测点jj03进行重点分析。利用RTKLIB的原始观测数据绘图功能，对其进行绘图输出，以便更为直观的反应观测质量。下面对监测点jj03原始观测数据文件进行RTKLIB绘图输出，监测点jj03所处区域的卫星分布图如图2所示。

表3　TEQC质量检核表

注：mp1、mp2值加粗加斜代表多路径效应影响较大，o/slps值加黑代表周跳较明显

图2　卫星分布图

从图2可知，监测点jj03卫星接收高度角基本在15°以上，在部分区域卫星信号较差，。从图中可以明显看出，位于监测点jj03南面GPS接收卫星信号较差，大部分卫星存在卫星信号失锁的现象(实线为卫星信号良好，虚线表示卫星失锁)，根据实地调查发现，该点附近有大树遮挡。故造成了卫星信号接收失锁或中断现象。

在观测时段内的可见卫星分布图可以分析出该测点GPS接收卫星信号的实际情况，监测点jj03可见卫星分布图如图3所示。

图3　可见卫星分布图

由图3可知，监测点jj03在观测时段内，卫星可见数量都达到四颗以上，在当天14：00至19：00时段内，卫星信号较差。

从上述TEQC质量分析表统计得知，jj03多路径误差影响相对较大，多路径效应误差会对观测质量造成一定的影响，为了更加直观地显示出多路径影响大小，绘制多路径效应影响如图4所示。

图4　多路径效应及高度角

从图4可以看出，多路径效应影响不可忽略，呈现波浪式推进，其值在2 m范围内波动。在观测时段内，平均提取方差值AVE(平均提取方差值，或称平均变抽取，是统计学检验结构变量内部一致性的统计量)为-0.000 0 m，均方根RMS为0.530 1 m。卫星高度角整体在20°以上。在观测时段内，GPS位置定位误差从一定意义上可以反映出相对定位结果的好坏，绘制GPS位置定位误差结果如图5所示。

图5　GPS位置定位误差结果

从图5可知，GPS定位由于受到多种误差因素的影响，定位位置随时间发生改变。三维坐标分量AVE值均为-0.000 0 m；标准差(standard deviation，STD) 北方向N为1.038 7 m，东方向E为1.430 1 m，垂直方向U为3.356 6 m；北方向N RMS值为1.308 5 m，东方向RMS值1.429 9 m，垂直方向RMS值为3.356 6 m；从STD、RMS两个指标可以分析出北方向误差最小，垂直方向误差最大。从而可以反应坐标三维分量的观测精度。为了整体分析检测点jj03的观测质量状况，绘制GPS精度因子图如图6所示。

图6　GPS精度因子

由图6可知，在观测时间段内：几何精度衰减因子(geometric dilution of precision，GDOP)为4.3 mm，位置精度衰减因子(position dilution of precision，PDOP)为3.6 mm，水平精度衰减因子(horizontal dilution of precision，HDOP)为1.6 mm，垂直精度衰减因子(vertical dilution of precision，VDOP)为3.2 mm；HDOP低于其它所有GPS精度因子值，大部分时间段HDOP值在2 mm内浮动，在12：00时HDOP值突增。HDOP(较VDOP大。在观测时段在大部分时间里，水平精度、垂直精度、位置精度和几何精度在4 mm内，在极少数时间段内存在误差较大情况。

4结束语

综合上述分析可知，利用TEQC对GPS观测数据进行质量分析，可以得到详细、全面的质量分析统计指标值：mp1、mp2、o/slps，根据其参考值统计分析出GPS数据质量；结合RTKLIB强大的GPS原始数据绘图输出功能，更为直观地反应观测数据质量。针对GPS变形监测的高精度、高可靠性数据要求，在基线解算前运用TEQC结合RTKLIB对GPS数据进行质量分析，能够更为全面、细致地反应GPS数据质量；对提高基线基线精度，避免不必要的返工，具有极其重要的意义。

参考文献

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GPS Monitoring Data Quality Analysis Using TEQC and RTKLIB

CHENJiaqing

(Qinzhou Surveying and Mapping Institute of Housing Urban-rural Development，Qinzhou 535000，China)

Abstract：TEQC software has powerful GPS data quality analysis，for it does not achieve the quality of the analysis visualization proposed combination RTKLIB software，powerful graphics output of raw observations satellite visibility satellite view of the sky，DOP value，multipath and satellite altitude angle displayed graphically.This paper describes the main features of TEQC，RTKLIB，describes the observation of quality inspection of nuclear standards.Finally，in an area of GPS deformation monitoring field data test results showed that combining RTKLIB TEQC can be more comprehensive，intuitive reaction observational data quality，GPS data quality analysis visualization provides a new reference method.

Key words：TEQC；RTKLIB；GPS data；quality analysis

中图分类号：P228

文献标识码：A

文章编号：2095-4999(2016)-01-0126-05

作者简介：陈佳清(1991—)，男，广西昭平县人，助理工程师，研究方向为变形监测与数据处理。

基金项目：广西研究生教育创新计划资助(YCSZ2015163)。

收稿日期：2015-06-04

引文格式：陈佳清.利用TEQC及RTKLIB软件分析GPS数据质量[J].导航定位学报，2016，4(1)：126-130.(CHEN Jiaqing.GPS Monitoring Data Quality Analysis Using TEQC and RTKLIB[J].Journal of Navigation and Positioning，2015，4(1)：126-130.)DOI：10.16547/j.cnki.10-1096.20160125.