ZHBDCORS数据质量检测与分析

王东阁，李秀龙，丁建勋

ZHBDCORS数据质量检测与分析

王东阁，李秀龙，丁建勋

（珠海市测绘院，广东 珠海 519000）

为了进一步提高卫星定位技术服务水平，以珠海市北斗连续运行卫星导航与位置服务系统（ZHBDCORS）为研究对象进行数据质量检测与分析：对其10个基准站2014—2018年的观测数据进行批量质量检测；绘制多路径效应时间序列图；然后结合影像及周边建筑的建设时间节点进行质量分析。结果表明：系统运行至今，多数站点数据质量指标仍优于国际全球卫星导航系统服务组织（IGS）站的数据质量经验指标；部分站点由于设备遭遇雷击及周围环境变化，数据质量严重下降，更换新设备后，数据质量有明显提升；但个别站点周边遮挡严重，数据完整率差，应考虑迁站升级。分析结果可为ZHBDCORS站的维护和升级改造提供参考。

珠海市北斗连续运行卫星导航与位置服务系统（ZHBDCORS）；数据质量检测；时间序列图；天空图

0 引言

城市建设，测绘先行。珠海市北斗连续运行卫星导航与位置服务系统（Zhuhai Beidou continuously operating reference stations, ZHBDCORS）是2014年以国家北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system, BDS）正式提供服务为契机开展建设的，包括BDS、全球定位系统（global positioning system, GPS）及格洛纳斯卫星导航系统（global navigation satellite system, GLONASS）等多模连续运行参考站位置服务系统，是珠海市“十二五”基础测绘规划核心成果之一，也是珠海市现代测绘基准的核心设施[1-3]。ZHBDCORS主要面向社会提供厘米级实时动态定位即网络实时动态差分法（real-time kinematic, RTK）公益服务，为珠海市建设和管理工作提供多坐标系框架下的卫星定位技术服务，大幅提高工作效率，保障各类基础建设工作顺利开展。

随着城市的建设，基准站周边环境已发生重大变化。结合周边建筑建设的时间节点，以及基准站运维报告，对ZHBDCORS所积累的大量观测数据，进行质量检测与分析，量化仪器性能和周边环境对数据质量的影响，为ZHBDCORS的维护和升级改造提供有力依据。

1 ZHBDCORS数据整理

由于客观原因，ZHBDCORS观测数据存在数据格式混乱、存储路径复杂、采样率多样、头文件不规范和文件时段长度不一等情况，为方便数据科学管理以及高效质量分析，首先充分利用转换、编辑及质量检核（translation,editing and quality checking, TEQC）软件、gfzrnx、convbin（RTKLIB模块）、Converter（中海达仪器自有格式转换工具）等数据转换软件将观测文件批量标准化，统一整理为1天/个、采样率5 s的标准观测数据，且按RX2/RX3命名规则分别存储为Rinex3.03/Rinex2.112个版本；然后借鉴国际全球卫星导航系统服务中心（international global navigation satellite system Service，IGS）数据存储方式对ZHBDCORS数据进行分类整理，整理后的数据组织结构为年/年积日/RX格式。

2 检测软件与方案

TEQC(translation, editing, and quality checking)是由美国卫星导航系统与地球形变观测研究大学联合体（The University Navstar Consorium Facility, UNAVCO Facility）研制的全球卫星导航系统（global navigation satellite system，GNSS）数据预处理和质量分析软件[4]，质量检核是TEQC软件的核心，不仅可计算出数据利用率、电离层延迟、多路径、周跳比、信噪比等指标值并生成结果文件，而且能够利用QC2SKY/QCVIEW等软件进行绘图从而实现可视化，但在处理大量数据时略有不便。Pinot是一系列使用Python 语言开发的脚本[5]，主要用于对大量的GNSS 静态数据进行批量处理，其中qualitycheck.py 脚本可调用TEQC批量进行 RINEX 数据质量分析，输出观测时长、信噪比、多路径效应、周跳等质量检查成果，方便分析长期大量的数据。

QC2SKY主要利用方位角/仰角在天空图中图形化TEQC的绘图文件，直观反映各项质量检查结果随卫星轨迹的变化[6]。支持绘制GPS L1和L2频率上产生信噪比、多路径、电离层延迟等天空图。根据天空图可直观展示周边环境对数据质量的影响。

由于TEQC及绘图软件QC2SKY目前只能对Rinex2.xx的观测数据进行质量分析，且对BDS的数据质量分析评估功能尚不完善，故本文仅利用qualitycheck.py脚本对ZHBDCORS 2014—2018年的GPS/GLONASS观测数据批量质量检核。同时利用MATLAB软件对数据检核结果绘制时间序列图，结合影像及周边建筑建设时间节点，分析各连续运行参考站（continuously operating reference stations, CORS）站数据质量变化原因。

3 数据质量检核结果及分析

IGS官网公布的数据质量检测分析结果显示[7]，超过半数的IGS站的每千历元周跳数CRS年平均值小于5，2/3以上CSR平均值在10以下。对于多路径效应而言，2/3的IGS站的L1频段多路径效应MP1平均值至小于0.5，而2/3的L2频段多路径效应MP2平均值小于0.75。观测数据多路径效应MP1、MP2的均方差（RMS）值，结合CSR，这3个指标能较好地反映出台站的观测环境以及观测数据质量[8]。本文以IGS站的数据质量的经验值作为指标[9-10]，限于篇幅，仅列出各CORS站多路径效应MP1、多路径效应MP2及每千历元周跳数CSR年平均值，如表1所示。

表1 ZHBDCORS数据质量统计

续表1

注：1.FUSH站由于迁站，2018年数据缺失。2.BTHU站由于2016年遭遇雷击，设备损坏，2017年数据缺失。3.JWGT站于2017年6月更换接收机，ZHGT站于2018年12月更换接收机。

由表1可得：①所有测站MP1、MP2和CSR年均值呈整体上升；②BTHU站由于雷击影响，数据中断，在基准站恢复后，MP1和MP2年均值增长，经调查，BTHU站周围环境并未有较大变化，判断这主要与基准站遭受雷击，设备性能下降有关；③JWGT站于2017年6月更换接收机，更换前，MP1、MP2呈整体上升趋势，更换后MP1、MP2年均值由2016年的0.51、0.60下降至2018年0.12、0.13，经调查，JWGT站周边环境未有明显变化，故判断JWGT及其他基准站质量指标逐年上升的主要原因为设备老化，更换新仪器后数据质量明显上升；④GUIS站在2017—2018年期间，数据质量下降明显，经调查，周围环境未发现明显变化，参考JWGT站，主要原因为设备老化导致性能下降，应考虑升级新设备；⑤BOSH、ZHGT站在2015—2017年期间，MP1、MP2值有较明显增长，且超过IGS数据质量经验值。

为此进行如下调查分析：首先利用谷歌地球（Google Earth）查看基站周围环境变化。BOSH站如图1所示，基准站东北方向，由一片空地变为2栋高层建筑；ZHGT站如图2所示，基准站东侧出现高层建筑群，2个基准站观测环境均出现剧烈变化。然后，由珠海市测绘院城乡规划监督测绘全生命周期智能服务平台[11]得周边建筑建设进度数据见（表2），结合TEQC批量检核结果绘制的时间序列图进行分析。

图1 BOSH站周围环境影像

图2 ZHGT站周围环境影像

表2 基准站周边建筑测绘节点

由表2可得，BOSH站周边建筑的正式建设由2015年7月开始，2016年3月完成2/3结构工程（《广东省商品房预售管理条例》规定预售许可条件“七层以上（不含本数）的商品房预售项目，已完成三分之二结构工程”），由图3也可看出MP1值在该时间段增长较快，与表2的建设时间节点一致；2016年8月之后，MP1由于周边建筑安装玻璃幕墙造成多路径效应增强而再次增长。为使遮挡影响及多路径效应表达更加直观，选取2015年年积日第214天及2017年年积日第59天观测数据利用TEQC采用完整模式（FULL）进行质量分析，且利用QC2SKY工具将MP1分析结果绘图，如图4(a)所示。2015年系统建立之初，受多路径影响较小，受到影响的卫星高度角均低于10°，符合IGS站的数据质量经验值，满足建站要求。图4(b)，即2017年初，BOSH站高度角0~40°范围内的多路径误差明显增大，在其西北方由于高层建筑遮挡出现较大缺口，与影像图表达一致。鉴于该情况，已于2018年重新选址建立新站，BOSH站作为备份站运行而不组网。

图3 2015年8月至2017年2月BOSH站MP1、 MP2变化趋势

图4 BOSH站MP1天空图

ZHGT站周边高层建筑群分布如图2(b)所示，影响较大的建筑为1栋、2栋及3栋。由表2可得其主体建设分为2个阶段：第一阶段为建设距离基准站相对较远的1栋、2栋，由2015年11月开始，2016年9月结构工程完成2/3，其影响如图5所示，2016年1月至8月多路径影响逐步增长；第二阶段为建设影响较大的3栋，2017年8月其结构工程完成2/3，如图5所示，在2016年下旬出现巨幅增长，建设进度与ZHGT站MP1、MP2时序图吻合，MP1、MP2的年均值也由2015年的0.33、0.39增至2017年的1.15、1.47。选取ZHGT站2016年年积日第32天及2017年年积日第274天的数据将TEQC的MP1分析结果绘图，如图6所示。2016年初ZHGT站多路径影响主要集中在高度角0~15°，2017年下旬时受多路径影响的卫星高度角已超40°，由于建筑群的遮挡，在天空图东侧也出现巨大缺口，影响较为严重，数据完整率由97 %降为84 %。为此，ZHGT站于2018年11月更换接收机，更换后数据质量指标月均值如表3所示，数据质量提升明显；但由于观测环境客观存在且无法改变，卫星遮挡严重，数据完整率差，因而ZHGT站应作迁站升级。

图5 2016年1月至2017年11月ZHGT站MP1、MP2变化趋势

图6 ZHGT站MP1天空图

表3 ZHGT站接收机更换前后数据质量月均值对比

4 结束语

本文利用Python脚本调用TEQC对ZHBDCORS 10个基准站观测数据批量进行质量检测，且绘制多路径效应时间序列图，结合影像及周边建筑建设时间节点进行质量分析，为ZHBDCORS的维护和升级改造提供参考，结果如下：

1）系统建设运行初期，ZHBDCORS各基准站观测数据质量整体较好，多路径、周跳比等均优于IGS参考站数据质量指标；

2）运行至今，设备性能有所老化，所有测站MP1、MP2和CSR年均值呈整体上升，但多数站点数据质量指标仍优于IGS站的数据质量的经验值；

3）部分站点数据质量严重下降，经分析，与设备遭遇雷击及周围环境变化等因素密切相关，更换新设备后，数据质量有明显提升，但个别站点周边遮挡严重，数据完整率差，应考虑迁站升级。

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GNSS data quality checking and analysis of ZHBDCORS

WANG Dongge, LI Xiulong, DING Jianxun

（Zhuhai Surveying and Mapping Institute, Zhuhai, Guangdong 519000, China）

In order to further improve the service level of satellite positioning technology, taking ZHBDCORS as research objects, the paper carried out the data quality checking and analysis: the observation data of 10 reference stations from 2014 to 2018 were batch quality checking; and the time series plots of multi-path effect were mapped; then the quality analysis was performed by combining the satellite images with the construction progress of surrounding buildings. Results showed that: since operation of the system, the data quality of most stations could be still better than that of IGS experiential index; due to lightning strike and the changes of surrounding environment, the data quality of some base stations could be seriously reduced, while after equipment replacement, the quality would possibly get great improvement; however, some stations should consider relocation and upgrading because of serious perimeter occlusion and poor data integrity rate. The research result would provide a reference for the maintenance and upgrade of ZHBDCORS.

Zhuhai Beidou continuously operating reference stations (ZHBDCORS); translation, editing and quality checking (TEQC); time series plots; sky plot

P228

A

2095-4999(2019)04-0070-05

王东阁，李秀龙，丁建勋.ZHBDCORS数据质量检测与分析[J].导航定位学报,2019,7(4): 70-74.（WANG Dongge, LI Xiulong, DING Jianxun.GNSS data quality checking and analysis of ZHBDCORS[J].Journal of Navigation and Positioning,2019,7(4): 70-74.）

10.16547/j.cnki.10-1096.20190413.

2019-05-05

王东阁（1990—），男，河南洛阳人，硕士，工程师，研究方向为精密工程测量及无缝定位。