GPS外业数据质量的影响因素及质量检核

1GPS外业数据质量的影响因素及质量检查韩党军沈延峰（中铁一局集团第四工程有限公司咸阳）摘要本文首先对影响GPS外业观测质量的因素进行分析，并介绍TEQC的使用。对西宝和成贵两个项目GPS数据进行预处理，获取了数据质量信息，直接的反映出外业数据的真实质量情况，对后续计算成果的真实性、可靠性更有把握。关键词GPS；数据质量；数据预处理；质量检查；TEQC1引言随着全球定位系统的不断改进，软、硬件的不断完善，GPS应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民生产的各个方面，并开始逐步深入人们的日常生活。其优点亦突发明显。在工程测量应用日益广泛,其测量精度高；不要求测站间相互通视,选点灵活、费用低；全天侯作业；观测时间短；观测、处理自动化；但随着人们认识的加深，GPS也表现出不尽人意的地方。2GPS外业影响因素2.1GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成，未充分考虑卫星信号传播过程的介质状态引发的相关影响，众所周知GPS电磁波信号要受到电离层和对流层的重重干扰。2.2多路径影响，在某些具体区域肯定存在误差；在大城市或山区由于高层建筑物及树木等对信号的影响，也会导致信号的非直线传播，计算时也会引入一定的误差；2.3GPS测量中任何可能影响信号接收的因素出现干扰时，所测定的点位坐标都可能产生误差。2.4GPS测量在老城区的建设中，使用GPS测量，或者接收不到信号，或者虽接收到信号，但一直处于浮动状态，出现假固定或者不能固定，因此所得数据往往误差较大，既无效率，又无精度，不能显示出GPS测量的优越性。2.5观测的数据质量只能在手簿显示屏上检查观测时段的PDOP、数据记录情况，卫星锁定情况，而观测的数据的实际质量不能直观体现。上述这些不足在观测数据质量的检核中得到充分体现，虽然测量规范中对GPS数据质量有明确的规定，但是目前工程测量单位基本上未进行此项质量检查，究其原因是对检核方法及过程不清楚。3目前规范要求《全球定位系统（GPS）测量规范GB/T18314-2009》明确规定外业数据质量检核：①同一时段的数据剔除率小于10%；②满足同步环、异步环、重复基线较差等检核条件要求。公路、铁路规范均有相同的要求，这样也不难看出，规范的目的也是保证外业数据质量，也是为后续顺利进行基线解算、同步环、异步环检核等工作做铺垫。外业数据质量的可靠是保证最终成果质量基础。2为帮助作业技术人员及时发现观测数据的质量问题，本文主要研究通过数据预处理软件TEQC进行GPS数据预处理的过程及其应用。4TEQC数据预处理为了将市场上种类繁多的接收机所采集的数据进行统一处理，需要首先将各种原始数据转换为标准格式RINEX，然后再采用某一种GPS数据处理软件进行基线计算。TEQC可对多种不同类型的接收机进行数据转换、质量检查和编辑工作。4.1预处理软件TEQC介绍TEQC（Translating，EditingandQualityCheck）软件是由美国UNAVCO开发的一款GPS/GLONASS数据预处理工具软件。顾名思义，它有三项基本功能：数据格式转换、数据编辑和数据质量检核。由于简单实用并且能较好地反映GPS数据质量和GPS接收机的性能，故常被包括IGS(InternationalGPSService)在内的一些GPS用户用作对数据分析、编辑或对接收机进行测试和GPS观测数据进行质量检核。鉴于TEQC对数据分析的可靠性以及实用性，研究它对于我们来说是很有意义的。4.2运行环境TEQC是一个命令行工具，能够运行在多种操作系统上，包括Unix、Linux、MacOS以及Windows的DOS等需要命令行或shell的支持，且为100%非交互式操作。TEQC的典型用法为：teqc{options}[file1[file2[…]]]。4.3格式转换虽然teqc的功能不仅仅是处理RINEX文件，但是大多数用户使用的最普遍的数据格式的类型是RINEX格式。在TEQC的开发过程中，众多GPS接收机厂商提供了有关各自原始数据格式的信息，使得TEQC能够将多种接收机记录的原始二进制数据转换为RINEX格式。例如在DOS环境下，将当前路径转到数据文件所在目录，然后运行命令：teqc-leicamdb-week2010:172+navtest1720.08ntest.m00test1720.08o。其中，-leica表示接收机类型为leica，其参数mdb表示输入的原始二进制数据为MDB格式；-week2010:172表示采集数据时的GPS周，也可指定其它日期格式，teqc可依此计算出相应的GPS周；+navtest1720.08n表示同时输出RINEX导航数据文件，文件名为test1720.08n；test.m00为输入数据文件；test1720.08o表示转换结果写入test1720.08o。转换完成后，当前目录下即生成了test1720.08o和test1720.08n两个文件。4.4数据编辑RINEX的数据格式要求非常严格，手工编辑极易出错，而TEQC的数据编辑功能为我们提供了方便的操作方式，其功能包括RINEX文件头编辑、文件的合并与分割、卫星系统的选择与禁用特定卫星、卫星高度角重设、观测值类型选择等，几乎可以完全操作RINEX文件。现分别举例并加以说明：（1）把test1800.08o文件的测站名改为“GP01”并写入temp1800.08o：teqc-O.mo“GP01”test1800.08otemp1800.08o。（2）取temp1720.08o观测文件中2:00~3:00和3:00~4:00的数据，分别存入temp1721.08o和temp1722.08o，然后再将该两个文件合并为temp1723：teqc–st2008062802000e20080628030000temp1720.08otemp1721.08o。teqc-st20080628030000-e20080628040000temp1720.08otemp1722.08oteqc3temp1721.08otemp1722.08otemp1723.08o。（3）将InputFileName中的GLONASS卫星数据剔除掉，将结果写入OutputFileName文件中：teqc-RInputFileNameOutputFileName。（4）将InputFileName中的G02卫星的观测数据剔除掉，将结果写入OutputFileName文件中：teqc-G02InputFileNameOutputFileName。（5）将InputFileName的卫星高度角设置为5°，将结果写入OutputFileName文件中：teqcset-mask5InputFileNameOutputFileName（6）将InputFileName中的观测值类型设置为仅有L1和L2载波相位观测值（剔除其余观测值），并将结果写入OutputFileName文件中：teqcO.obs“L1L2”InputFileNameOutputFileName。4.5质量检查GPS数据质量检查在实际作业中非常重要，及时有效地掌握数据质量情况，就可以减少返工和不必要的浪费，对合理安排作业，观测时段调度都是非常重要的。采用TEQC软件对观测数据进行质量检核的步骤如下:第一步：运行TEQC软件，以DOS环境下为例：从【开始】中选择【运行】，输入cmd，点击确定，便在Windows操作系统下面打开了DOS界面，然后在打开的界面内输入“E:\teqc”回车，如果输出如下语句，说明TEQC运行成功：C：\...E：\teqc!Notice!GPSweekwillbeinitiallysetto1547foranydatastreamneedingitoruse–weekoptiontooverride第二步：TEQC软件运行成功以后，在DOS界面中输入命令：teqc+qc-navCPI1233a.14nCPI1233a.14o。其中，+qc表示对观测数据进行质量检查，-navCPI1233a.14n指定导航文件，CPI1233a.14o为待检查的观测数据文件。若CPI1233a.14n文件在当前目录下，则无需指定也可以运行qc-full模式进行质量检查，若找不到导航文件，TEQC软件自动进入qc-lite模式。运行完成后，得到9个分析文件：CPI1233a.14sCPI1233a.aziCPI1233a.eleCPI1233a.iodCPI1233a.ionCPI1233a.mp1CPI1233a.mp2CP1233a.sn1CPI1233a.sn29个分析文件默认的保存路径为原RINEX数据保存路径，此9个文件均可以用记事本方式打开。9个分析文件说明如下：**.yys综合分析结果文件；**.azi卫星方位角数据文件；**.ele卫星高度角数据文件；**.iod电离层延迟的变化率；**.ionL1-L2电离层延迟；**.mp1L1上的C/A码或P码多路径观测误差；**.mp2L2上的P码多路径观测误差；**.sn1L1观测值的信噪比数据文件；**.sn2L2观测值的信噪比数据文件。运行后将生成多个结果文件，其中质量检查小结在后缀为“.YYS”的文件中，在此文件中，可以查看数据的采集时间长度、数据采样率、观测期间多路径影响（MP1、MP2）、周跳、信噪比、观测能力等。对于我们来说，主要对**.yys文件中如下一行信息作分析：Firstepochlastepochhrsdt#expt#have%mp1mp20/slpssum1453101:4141453105:213.6711566504488670.510.5577此行数据的意义：Firstepoch开始历元时刻；Lastepoch结束历元时刻；Hrs时间长度；Dt数据采样率；#exp应采集数据量；#have实际采集数据量；%数据利用率；MP1L1多路径误差；MP2L2多路径误差；o/slps观测数据与周跳比。从上面一行数据可以看出CPI1233采集的数据几项重要参数分别为：#exp应采集数据量6650；#have实际采集数据量4488；%数据利用率67；MP1、L1多路径误差0.51；MP2、L2多路径误差0.55；o/slps观测数据与周跳比77。可以看出该接收机数据利用率比较低（仅为67%），观测数据与周跳比很低（77）也反映了该接收机周跳修复能力比较差。综合来看，可以得出这台接收机在采集数据的时候收到了较严重的干扰或者该接收机本身存在着问题。对于o/slps、MP1和MP2的标准，根据很多人对IGS的数据质量的分析，得出以下标准供参考：o/slps:200,MP1:0.5,MP2:0.75以上各值仅供参考，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。5应用实例5.1西宝客专GPS观测数据质量检核ofileFirstepochhrsdt#expt#have%mp1mp2o/slps1-WF0830.11O1132402:241.0581519031694890.230.2216941-WF0831.11O1132407:031.0331518551722930.220.268611-WF0840.11O1132501:001.0791516931533910.310.333831-WF0841.11O1132502:301.0791521151888890.240.336291-WF0842.11O1132506:551.0831519551772910.180.21177213-10810.11O1132207:331.5751520662010970.170.19201013-10820.11O1132301:361.6041525272340930.200.21234013-10840.11O1132502:301.0791521141832870.260.231832西宝客专位于关中平原，地势