GNSS数据质量检查工具TEQC与SpiderQC功能对比

王开锋，王 勇(江苏省测绘工程院，江苏 南京 210013)

江苏省连续运行卫星定位参考站综合服务系统(JSCORS)是江苏省现代测绘基准框架的重要组成部分，也是实现省级大地基准动态维持的主要手段[1]。框架维持过程中最主要的输入即为基准站观测数据，因此保障高质量的基准站观测数据获取，是框架维持的重要要求，也是CORS系统运维的主要目标之一。

1 GNSS数据质量统计指标

本文对GNSS数据质量的评定主要选取了数据有效率、多路径效应、周跳3项指标。

1.1 数据有效率

根据观测时设置的卫星截止高度角及相应时段的卫星星历，可计算出理论上可接收的卫星观测值个数OBSpossible。实际上由于观测环境和接收设备的影响，在该时段接收到的观测值个数OBScomplete与理论不符，数据有效率计算公式如下

ratio=OBScomplete/OBSpossible

(1)

1.2 多路径误差

GPS测量过程中，被反射的卫星信号进入天线，和直接来自卫星的信号产生干涉，会使观测值偏离真值，由此产生的误差称作多路径误差。伪距多路径效应可由下式得出

(2)

(3)

式中，P1、P2分别表示L1、L2码伪距观测量值；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[2]。由此可知，每个历元的每颗卫星的多路径效应可单独表示。

1.3 周 跳

周跳是指接收机在进行连续的载波相位测量过程中，由于某种原因导致整周计数发生错误，进而使相位观测值较正常值出现一个整数周的跳跃。周跳统计方式有多种，可直接统计周跳次数，也有用周跳比或CRS表示周跳情况

周跳比=O/slps

(4)

(5)

式中，O为观测值个数；slps为周跳次数。

2 TEQC与Leica SpiderQC

江苏CORS主要采用TEQC与Leica SpiderQC软件作为数据质量分析工具。

TEQC是用于GPS、GLONASS、BDS、Galileo等多种GNSS系统观测数据预处理的功能强大的工具包。它是由UNAVCO Facility为地学研究GPS监测站数据管理服务研制的公开免费软件[3]，主要包含了数据转换、编辑和检查功能。本文仅讨论其数据检查功能。

SpiderQC是徕卡GNSS Spider参考站软件的一个组件，负责对Spider产生的系列数据进行质量检查，本文仅讨论其对GNSS观测数据的检查功能。SpiderQC是Windows操作系统下的窗口程序。

3 利用TEQC和SpiderQC进行数据质量分析

3.1 质量检查报告

TEQC和SpiderQC对GNSS观测数据进行质量分析，均会生成一个总结性报告文件，系统介绍数据的各个指标参数。本文以名称为bjfs0010.18o的双星观测文件为例。

TEQC是一个命令行运行软件，使用teqc+qc bjfs0010.18o的命令进行数据质量检查，可生成质量检查摘要文件bjfs0010.18s，该文件为文本文件。

SpiderQC可在窗口菜单中选择目标文件进行数据质量分析，生成质量检查报告文件bjfs0010.htm。

两款软件生成的报告文件中关于数据质量指标概述内容对比见表1。

表1 TEQC、SpiderQC报告文件指标对比

如表1所示，SpiderQC给出的报告文件相对于TEQC，数据质量指标更为详细，同时也更加复杂。两份报告文件以不同的方式给出了数据有效率值。

3.2 多路径效应

报告文件中的多路径效应值为归算后的指标，无法反映多路径影响的详细情况。TEQC在运行teqc+qc命令时加上+plot参数(旧版本软件不需加该参数)，会在生成摘要文件的同时生成可视化文件(见表2)。

表2 TEQC生成的可视化文件

TEQC生成的可视化文件为文本文件，采用UNAVCO提供的qcview软件可根据可视化文件绘制各卫星多路径效应的详细情况。但qcview为DOS程序，需在模拟的DOS操作系统环境下使用，且其仅支持对GPS卫星系统的可视化数据进行绘制，限制因素颇多。可视化文件格式比较规整，自行编程绘图也可[4-5]。qcview绘制效果如图1所示。

SpiderQC则有单独的菜单可生产图形化的多路径效应详情，提供了按照星空图、高度角、时间3种方式统计多路径效应影响(如图2、图3、图4所示)。

相对于TEQC的单纯按照时间顺序对多路径效应进行统计，SpiderQC可以从更多的角度查看，更有利于发现数据质量问题和探究数据质量发生原因。

图1 qcview绘制的多路径——时间图

图2 SpiderQC绘制的多路径——时间图

图3 SpiderQC绘制的多路径——天空图

3.3 周 跳

TEQC生成的可视化文件并未包含周跳相关文件，仅在报告文件中的卫星跟踪情况图中可以反映出周跳发生的概略位置，如图5所示。

图5为按照时间排序的卫星跟踪情况，图中“I”表示该卫星在该时刻发生周跳。

SpiderQC则是在报告中统计了各卫星发生周跳的次数，在单项图表中以天空图的形式反映发生周跳时的卫星位置，如图6、图7所示。

3.4 统计功能

TEQC为单个数据质量分析工具，不具备统计功能。SpiderQC则可根据数据存储的路径和时间，自动对生成的GNSS观测数据进行质量分析，并根据设置的各项质量指标生成报表，便于连续运行基准站的长期数据质量监视(如图8所示)。

4 结 语

TEQC软件本身体量很小，支持多种操作系统，使用命令行操作，输出项均为文本文件，这些特性使其很适合在编程过程中调用，可根据需求进行批量数据的质量统计；同时也造成了其交互性差、可视化程度低、操作不友好的弊端。

图4 SpiderQC绘制的多路径——高度角图

图5 TEQC的卫星跟踪概况

图6 SpiderQC的报告文件卫星跟踪部分

图7 SpiderQC绘制的周跳天空图

图8 SpiderQC的数据质量统计报表

SpiderQC为Windows操作系统下的系统数据质量分析工具，分析功能强大，多种可视化的统计方式使得其对问题数据的分析可以从多角度进行，利于对数据问题进行分析。其本身自带统计功能，适合CORS基准站长时间的数据质量监视，但其窗口程序的特性决定了难以对其进行二次开发，以及按照需求灵活的定制功能。

TEQC与SpiderQC在功能上既重叠又互补。江苏CORS既有日常的按照规律生成的基准站数据，也有大量的不规律的基准站数据获取、存储的需求，在数据质量检查上，利用这两种软件取长补短，提高了工作效率与质量。

参考文献：

[1] 徐地保.江苏省陆海统一大地基准建立方案研究[C]∥2017年度江苏省测绘地理信息学会GPS、大地专业委员会学术年会暨JSCORS技术交流大会论文集.南京：江苏省测绘地理信息学会、江苏省测绘工程院,2017.

[2] 李国伟,郭金运,王书阳,等.基于动态单点定位的GPS数据质量指标分析[J].山东科技大学学报(信息科学版)，2013,32(3)：89-94.

[3] 范士杰,郭际明,彭秀英.TEQC在GPS数据预处理中的应用与分析[J].测绘信息与工程,2004(2):33-35.

[4] 张显云,姚黔贵,张鹏飞,等.基于TEQC的GNSS数据质量可视化表达与分析[J].测绘通报,2014(4):26-29，35.

[5] 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.