王福林,于广瑞,王龙

(1.61287部队,云南 昆明 650000;2.61206部队,辽宁 大连 116000;3.61287部队,四川 成都 610000)



基于TEQC的数据预处理与质量评估分析

王福林1,于广瑞2,王龙3

(1.61287部队,云南 昆明 650000;2.61206部队,辽宁 大连 116000;3.61287部队,四川 成都 610000)

本文介绍了TEQC的主要功能原理及使用方法,并结合实例分析了其在河北省陆态网数据质量评估中的应用。结果表明，数据质量检测的各项指标均满足经验值要求,数据质量较好,利用TEQC可以有效掌控陆态网连续站的数据质量情况。

TEQC;数据预处理;质量检查;陆态网

0 引 言

TEQC作为目前国际上最受欢迎的数据预处理工具之一,是为研究GNSS监测站数据管理服务而研制的免费公开软件[1]。该软件基于DOS系统下的命令行操作,以质量检查为核心,兼具数据格式转换和数据编辑功能,被广泛应用于GPS、GLONASS及部分其他数据的预处理分析中[2-3]。本文首先介绍了TEQC的主要功能和基本原理,给出了数据预处理对应的操作命令及使用方法,在此基础上利用该软件对河北省陆态网GPS连续站观测数据进行质量检测,并结合视图结果对数据质量及软件可用性进行了分析和探讨。

1 TEQC软件功能及应用简介

TEQC功能强大简单易用,主要包含三大功能模块:1) 接收机数据的读取和格式转换(Translation);2) Rinex数据编辑(Editing);3) 数据质量检查(QC)。其中,数据质量检查是软件的核心功能,可用于检查双频GPS/GLONASS接收机静态和动态数据的质量,在实际作业中非常重要[4-5]。这三个模块相互间互不影响,支持单独执行或组合使用,使用过程中可实时诊断用户操作的完好性,并提供错误提示[6]。

1.1 格式转换

TEQC软件可以将不同品牌、型号的接收机记录的观测数据文件(二进制)转换成标准的RINEX文件,并能够读取文件开头部分自动识别接收机类型,同时还支持在不同版本的RINEX文件之间进行转换。

以天宝Trimble接收机下载的*.dat文件为例,将其转换为标准RINEX文件的使用命令如下:

teqc -tr d - week1619+nav wuhn0210.11n+wuhn0210.dat> wuhn0210.11o

其中,-tr表示接收机的类型为Trimble;d是观测文件wuhn0210.dat控制参数; -week1619表示GPS周,也可用YYYY/MM/DD(年/月/日)来表示;+nav表示用户希望同时输出导航数据文件(N文件);>表示重定向;最终输出的RINEX结果文件为wuhn0210.11o和wuhn0210.11n.

1.2 数据编辑

TEQC的编辑功能强大而灵活,主要针对现有的RINEX文件,编辑后的数据为GNSS软件后处理提供合理的数据依据,从编辑内容上主要可以分为以下几类:

1) RINEX格式验证及标准化

验证RINEX文件格式版本及标准化的基本命令为

teqc source.**o或teqc source.**o> result.**o

2) RINEX文件头信息的编辑和提取

以编辑点名为例,TEQC对O文件头信息的修改命令为

teqc -O.mo WUHN wuhn0210.11o> wuhn.0210.11o

其中,-O.mo表示将O文件中的点名改为WUHN。此外,TEQC对于导航文件和气象文件的编辑参数设置分别为-N和-M.

3) RINEX文件的切割与合并

对于RINEX文件的切割,如提取文件wuhn.0210.11o最后20min的观测数据,操作命令为:

teqc -dm 20 wuhn.0210.11o> wuhn.0210.11o

对于时间上连续的RINEX文件,TEQC将其合并为一个文件的命令为

teqc file1 file2 …> file

4) 卫星系统的选择及特定卫星的禁用

对于GPS/GLONASS双频接收机,若只需要保留GPS单系统数据,则可用TEQC进行分离:

teqc -R inputfile> outputfile

若要禁用GPS第22号卫星数据,命令为:

teqc -G22 inputfile> outputfile

5) 设置卫星高度角和改变采样率

如将观测数据的卫星高度角的限值设置为10°,操作命令为:

teqc -set-mask 10 wuhn.0210.11o> wuhn.0210.11o

若要按新的采样间隔提取数据,如将采样率改为10 s,命令为:

teqc -O.dec 10 wuhn.0210.11o> wuhn.0210.11o

1.3 质量检查

数据质量检查是TEQC软件最常用的功能之一,其基本原理是通过伪距和载波相位观测量的线性组合来计算出相应的多路径效应、电离层对相位的影响、电离层延迟的变化、卫星信号信噪比以及接收机的钟漂和周跳等[7],并输出相应的误差视图文件。

TEQC质量检查按照是否使用N文件分为qc-lite和qc-full两种模式。其中,qc-lite模式只需要O文件,此时质量检查命令为:teqc+qc source.**o,质量检查结果为1个质量汇总文件(*.**S)和6个视图结果文件。qc-full模式同时需要O文件和N文件,命令为:teqc+qc -nav source.**n source.**o;或者两种输入文件在同一目录,则软件会自动搜索N文件,直接运行命令teqc+qc source.**o即可。qc-full在qc-lite模式的基础上还将产生卫星和接收机天线的位置信息两个数据文件,完整的视图文件信息如表1所示[8]。

表1 TEQC质量检查生成的视图文件

质量汇总文件中包含了数据质量分析的几个主要指标:数据有效率、多路径误差分析(MP1,MP2)、观测值和周跳比(O/Slips)。数据有效率是指预期历元数与实际历元数之比;O/Slips表示观测值总数与发生周跳观测值个数之比,有时也用CSR=1000/O/Slips来表示数据的周跳情况;多路径误差则直接反映了测站周边的环境质量。

质量检查结果文件中MP1、MP2分别表示L1、L2波段上的多路径效应对伪距和相位影响的综合指标,通常以均方差RMS表示:

(1)

(2)

(3)

(tj-tj-1)，

(4)

其中:m1、m2为双频载波相位观测值的多路径效应;λ1、λ2为波长;N1、N2为整周模糊度。通常认为当iod变化率大于400 cm/min时,说明存在相位周跳。

2 算例分析

本文采用河北省陆态网络数据对TEQC的质量分析功能进行验证,包括HECC、HECD、HECX、HELQ、HETS、HEYY和HEZJ站,共计7个GPS连续观测站。实验选取2011年day008、day018、day028、day038、day048等5天的全天观测数据来进行分析,采样间隔为30s.现以2011年第8天,即day008当日所有测站的观测数据为例,运行TEQC进行质量检查后得到的结果如表2所示。

表2 2011年day008天数据质量检查结果统计

根据中国地壳运动观测技术规程的规定[9],并结合IGS的数据质量检测经验值,对河北省陆态网连续站的数据质量要求设定为:高度角10°以上观测量中数据有效率不少于95%,MP1和MP2均小于0.5 m,无效观测值的比例在5%以内,1/2的CSR的值小于5,即O/Slips的值大于200。

由表2可以看出,当天各个测站的数据有效率最大为100%,最小为96%;MP1最大为0.30,最小为0.24;MP2最大为0.33,最小为0.27;CSR的最大值为0.20,最小值为0.04.相关质量指标完全满足上述标准,这说明该日测站的数据质量较好。

图1 7个测站day008天观测历元的理论值和实测数统计

图1示出了day008天对应7个测站的理论观测历元和实际观测历元的统计。从图中可以看出各个测站的历元实测数同理论值十分接近,其中HECD和HEZJ站存在差距,分别为98%和96%,但都大于95%,整体数据利用率较高,这与表2的分析是一致的。

图2和图3分别为河北省陆态网单站单日和多站多日的多路径效应。其中,图2是利用TEQCPLOT工具包[10]打开分析文件后绘制的色带图,对应HELQ站day008当日的多路径效应;图3为7个测站在5天的多路径效应三维图。从图2和图3中可以看出,不论是单站单日还是多站多日的多路径效应,其MP1值和MP2值都在经验值范围内。HELQ站在day008当天的MP1值和MP2值普遍小于0.5,且各个时段内对应的可见卫星数均达到了9颗以上,数据质量较好;图3中7个测站的MP1值和MP2值同样都满足要求,对比分析可以发现其中HECC、HELQ和HETS站的多路径效应相对明显,而HECX站的多路径综合影响最小。

图2 HELQ站day008当日多路径效应 (a)MP1值；(b)MP2值

图3 7个测站5天中的多路径效应(a) MP1值；(b) MP2值

图4示出了7个测站在5天中的观测值与周跳比的统计情况。从图中可以看出HECC、HECX和HEZJ站的O/Slips值总体较大,说明周跳较少,测站受周边遮挡情况较轻;其他测站的O/Slips值相对较小,但都大于200,满足经验值要求。其中,发生周跳最多的情况为day008天和day038天的HETS站,说明该测站在这两天的观测数据质量受到的影响要大于其他测站。

图4 观测值与周跳比统计

3 结束语

通过对河北省陆态网台站数据进行质量检测,结合有关视图文件绘制的可视化图形,从数据完整性、无效观测值比例、多路径误差以及发生周跳情况等几个方面进行了综合分析。实验结果表明，7个观测站点数据的各项质量指标均满足相应标准,各站址的观测环境良好,数据质量可靠,可以为河北省陆态网络提供连续稳定的高质量数据。利用TEQC软件对GNSS数据进行预处理分析和质量评估,操作简单、功能齐全、评定快速,可以得到细致全面的统计数据,并支持可视化定量分析,从而能够及时有效地掌控数据质量,提高作业效率。

[1] 陈中新,奚长元,范占永,等.应用TEQC对GPS连续参考站数据进行质量分析[J].全球定位系统,2007,32(3):35-37.

[2] 余文坤,戴吾蛟,杨哲.基于TEQC的GNSS数据质量分析及预处理软件的设计与实现[J].大地测量与地球动力学,2010,30(5):81-85.

[3] UNAVCO Facility.TEQCTutorial[EB/ol].http://facility.unavco.org/software/teqc/tutorial.html,2014-5-10.

[4] 魏二虎,王中平,龚真春,等.TEQC软件用于GPS控制网数据质量检测的研究[J].测绘通报,2008(9):6-9.

[5] 武军郦.一个用于GPS数据操作的实用软件[J].全球定位系统,2004,29(2):48-50.

[6] 聂桂根,王院.TEQC软件对GPS数据质量评定及软件界面的开发[J].全球定位系统,2003,29(4):32-38.

[7] 李军,王继业,熊熊,等.东北亚地区GPS观测数据质量检测与分析[J].武汉大学学报(信息科学版),2006,31(3):209-212.

[8] 李英冰,熊程波,闫景仙.GNSS质量检查的图形绘制[J].测绘工程,2011,20(2):11-14.

[9] 地壳运动监测工程研究中心.中国地壳运动观测技术规程[M].北京:中国环境科学出版社,2006.

[10]HEDFORS J. TEQCPLOT[CP/OL].http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/11427. 2006-6-16.

Analysis of Data Pre-processing and Quality Checking Based on TEQC

WANG Fulin1,YU Guangrui2,WANG Long3

(1.The61287TroopsofPLA,Kunming650000,China;2.The61206TroopsofPLA,Dalian116000,China;3.The61287TroopsofPLA,Chengdu610000,China)

The basic working principle and usage of TEQC are introduced. The application of TEQC in the quality assessment of crustal movement observation network in Hebei Province is analyzed. The consequence shows that all the indicators meet the requirements of experience values and the data quality is high, the information of the quality of the continuous observation data can be effectively understood by using TEQC.

TEQC; data pre-processing; quality checking; crustal movement observation network

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.01.025

2016-09-07

P228.4

A

1008-9268(2017)01-0118-05

王福林 (1988-),男,云南泸水人,助理工程师,主要从事卫星导航数据处理研究。

联系人: 王福林 E-mail:flingeo@126.com