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摘要：文章介绍了影响GPS桥梁监测数据质量的环境因素，TEQC软件及其原理。应用TEQC软件对南京三桥GPS桥梁动态变形监测试验的数据进行检核，并结合TEQCPLOT分析数据质量。
关键词：TEQC软件；GPS桥梁监测；数据质量分析
中图分类号：P228文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）09-0048-03
GPS（global position system）卫星定位系统是当前应用最广泛、最成熟的卫星导航定位系统。GPS卫星定位技术相比于传统的监测作业及方法有着显著的特点和优越性：精度高、速度快、全天候，且不受天气的干扰，点位间毋需通视，容易实施长距离的精确定位，可以进行实时测量，具有良好的自动化和集成性能，不仅满足现代施工所需的复杂测量工作。近年来，由于GPS技术的不断发展，GPS接收机采样率己达到10~20Hz，定位精度达到厘米甚至毫米级，这使GPS广泛应用于桥梁的监测。GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传输的信息来确定地面点的三维坐标，测量结果受到测站周围的环境的干扰、水面反射引起多路径效应的影响、以及电离层对流层的影响情况。在高精度的桥梁实时监测中多路径效应和电离层误差是主要影响因素。
TEQC是功能强大且简单易用的GPS/GLONASS数据预处理软件，是由UNAVCO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，主要功能有格式转换、编辑和质量检核。其中，格式转换可将许多不同厂家的GPS接收机观测（二进制）文件转换为RINEX文件，也可以在RINEX文件的不同格式之间转换；编辑功能可用于RINEX文件字头块部分，也可进行数据文件的任意切割与合并、观测值类型的删减、卫星系统的选择及特定卫星的禁用；质量检核可以反映出GPS数据的电离层延迟、多路径影响、接收机周跳、卫星信号信噪比等信息，并实现了可视化。
通过TEQC对南京长江三桥5个试验监测站的连续观测数据的质量检测和分析，对监测站的周边环境有了更清晰的认识，为数据分析和站址选择提供了有力的依据。
一、TEQC数据检核与分析
TEQC简单易用功能强大，它包括数据格式转换、编辑和质量检核三大功能。TEQC中的质量检核部分对GPS/GLONASS伪距和相位观测量，以线性组合的方式分析L1、L2的多路径效应，电离层对L1载波的相位影响，电离层延迟的变化，L1、L2的信噪比以及接收机的钟漂和周跳等。
（一）TEQC对GPS数据分析的原理
电离层延迟：
电离层延迟变化率：
L1、L2载波上的多路径效应：
其中
1、2是波长，L1、L2是双频载波观测值，n1、n2是整周模糊度，m1、m2是双频载波相位观测值的多路径效应，a=f12/f22是L1、L2的频率的平方比。
（二）TEQC的数据预处理
TEQC的数据预处理包括数据格式转换、编辑和质量检核三个功能模块。
1．rinex数据格式转换与编辑。TEQC是一个命令运行软件，在DOS/Windows DOS环境下运行：
>teqc –ash d BA003A08.140 > A003A08140.obs 或 >teqc –ash d +nav A003A08140.nav BA003A08.140 > A003A08140.obs
2．rinex数据检核。输入DOS命令：teqc + qc ***.nav ***.obs 。运行后生成文件有***.02s（检核报告汇总）、***.ion（L1载波的电离层延迟）、***.iod（电离层延迟的变化率）、***.mp1（L1载波C/A码或P码伪距的多路径影响）、***.mp2（L2载波P码伪距的多路径影响）、***.sn1（L1载波的信噪比）、***.sn2（L2载波的信噪比）、***.ele（卫星高度角）、***.azi（卫星方位角）。
3．检核结果的分析。对于检核后的生成文件，UNAVCO网站上提供了与TEQC相关的辅助软件QCVIEW32与TEQCPLOT对数据质量检核结果进行分析。QCVIEW32与TEQC类似，在DOS操作系统下运行，命令为>qcview32输入文件（如***.ele）。TEQCPLOT提供的matlab程序，将TEQC质量检核后生产的文件sn1、sn2、mp1、mp2、ion、iod、ele、azi成图以帮助用户进行直观的分析。此外，TEQCSPEC的频谱分析工具可进行多路径的频谱分析。
二、GPS桥梁监测数据的计算与分析
（一）监测数据数据分析
GPS监测试验共选取5个监测点，1、5号点位于大桥两岸的江堤上，3号点位于桥梁的跨中，2、4号点位于距桥梁跨中南、北1/4处（如图（1））。其中1，2，3点采用的是Thalse Z-MAX接收机，4、5点采用的是Z-12接收机，卫星截至高度角10°，数据采样率为5HZ。
（二）计算与分析
利用TEQC软件来检测观测数据，如对为与桥梁中心的3号点2005年5月19日10：00到12：00之间的观测数据进行分析，获得所有能观测到的卫星多路径效应、L1、L2的信噪比及电离层影响。
由公式（1）知，在没有周跳的情况下，MP1、MP2主要反应伪距的多路径效应，可用来衡定多路径效应的影响程度。TEQC通过对最近20min的观测数据求得MP1、MP2的平均值，再减去该平均值作为多路径效应的波动结果，如图2、图3所示3号监测点L1、L2的多路径效应在[-1，1]之间。
图4、5显示测站L1、L2载波观测值的信噪比在30~60之间，非常好，说明电离层活动较为稳定。图7显示测站的电离层延迟量，其中9号和18号卫星的电离层延迟量较大，数据处理时应加以改正或通过TEQC直接在rinex文件中剔除这两颗卫星的数据。图8显示电离层延迟的变化率变化较为稳定。
通过TEQC的质量检测报告，我们可以快速、准确地查看各种误差对数据的影响，评定数据质量的好坏，表1是TEQC统计结果：
从表1可以发现位于跨中的3号点和北岸的5号参考点的多路径影响较大，1号点的整周跳变数较大。这是由于3号点位于跨中，受到由长江水面反射的多路径信号影响较大，5号点南面是长江北面为一水塘，同样多路径影响较为较大。1号参考点的周跳较为严重，可能是由于测点周围的树木遮挡卫星信号的原因。
三、结论
利用TEQC软件，对长江三桥GPS观测站的数据进行质量检测，从得到的结果看，数据质量都比较稳定，各站址的观测环境良好。通过对数据质量检测不仅帮助了解GPS站点周边观测环境的好坏以及是否存在观测条件较大的变动，比如站附近电磁干扰，或暂时性的遮蔽造成GPS信号中断；也为后续的数据处理与动态监测提供可靠的数据保障。
参考文献
[1]黄声享，李沛鸣，杨宝岑．GPS动态监测中多路径效应的规律性研究[J]．武汉大学学报（信息科学版），2005，（10）．
[2]黄声享，刘星，杨永波，等．利用GPS测定大型桥梁动态特性的试验及结果[J]．武汉大学学报（信息科学版），2005，（11）．
[3]戴吾蛟．GPS精密动态变形监测数数据处理理论与方法研究[D]．中南大学博士论文，2007．
[4]戴吾蛟，丁晓利，朱建军．GPS动态变形测量中的多路径效应特征研究[J]．大地测量与地球动力学，2008，（1）．
作者简介：张建勋（1972－），男，河南安阳人，安阳市规划设计院工程师，研究方向：基础地理信息数据获取、数据入库等。
关键词：TEQC软件；GPS桥梁监测；数据质量分析
中图分类号：P228文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）09-0048-03
GPS（global position system）卫星定位系统是当前应用最广泛、最成熟的卫星导航定位系统。GPS卫星定位技术相比于传统的监测作业及方法有着显著的特点和优越性：精度高、速度快、全天候，且不受天气的干扰，点位间毋需通视，容易实施长距离的精确定位，可以进行实时测量，具有良好的自动化和集成性能，不仅满足现代施工所需的复杂测量工作。近年来，由于GPS技术的不断发展，GPS接收机采样率己达到10~20Hz，定位精度达到厘米甚至毫米级，这使GPS广泛应用于桥梁的监测。GPS测量是通过地面接收设备接收卫星传输的信息来确定地面点的三维坐标，测量结果受到测站周围的环境的干扰、水面反射引起多路径效应的影响、以及电离层对流层的影响情况。在高精度的桥梁实时监测中多路径效应和电离层误差是主要影响因素。
TEQC是功能强大且简单易用的GPS/GLONASS数据预处理软件，是由UNAVCO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，主要功能有格式转换、编辑和质量检核。其中，格式转换可将许多不同厂家的GPS接收机观测（二进制）文件转换为RINEX文件，也可以在RINEX文件的不同格式之间转换；编辑功能可用于RINEX文件字头块部分，也可进行数据文件的任意切割与合并、观测值类型的删减、卫星系统的选择及特定卫星的禁用；质量检核可以反映出GPS数据的电离层延迟、多路径影响、接收机周跳、卫星信号信噪比等信息，并实现了可视化。
通过TEQC对南京长江三桥5个试验监测站的连续观测数据的质量检测和分析，对监测站的周边环境有了更清晰的认识，为数据分析和站址选择提供了有力的依据。
一、TEQC数据检核与分析
TEQC简单易用功能强大，它包括数据格式转换、编辑和质量检核三大功能。TEQC中的质量检核部分对GPS/GLONASS伪距和相位观测量，以线性组合的方式分析L1、L2的多路径效应，电离层对L1载波的相位影响，电离层延迟的变化，L1、L2的信噪比以及接收机的钟漂和周跳等。
（一）TEQC对GPS数据分析的原理
电离层延迟：
电离层延迟变化率：
L1、L2载波上的多路径效应：
其中
1、2是波长，L1、L2是双频载波观测值，n1、n2是整周模糊度，m1、m2是双频载波相位观测值的多路径效应，a=f12/f22是L1、L2的频率的平方比。
（二）TEQC的数据预处理
TEQC的数据预处理包括数据格式转换、编辑和质量检核三个功能模块。
1．rinex数据格式转换与编辑。TEQC是一个命令运行软件，在DOS/Windows DOS环境下运行：
>teqc –ash d BA003A08.140 > A003A08140.obs 或 >teqc –ash d +nav A003A08140.nav BA003A08.140 > A003A08140.obs
2．rinex数据检核。输入DOS命令：teqc + qc ***.nav ***.obs 。运行后生成文件有***.02s（检核报告汇总）、***.ion（L1载波的电离层延迟）、***.iod（电离层延迟的变化率）、***.mp1（L1载波C/A码或P码伪距的多路径影响）、***.mp2（L2载波P码伪距的多路径影响）、***.sn1（L1载波的信噪比）、***.sn2（L2载波的信噪比）、***.ele（卫星高度角）、***.azi（卫星方位角）。
3．检核结果的分析。对于检核后的生成文件，UNAVCO网站上提供了与TEQC相关的辅助软件QCVIEW32与TEQCPLOT对数据质量检核结果进行分析。QCVIEW32与TEQC类似，在DOS操作系统下运行，命令为>qcview32输入文件（如***.ele）。TEQCPLOT提供的matlab程序，将TEQC质量检核后生产的文件sn1、sn2、mp1、mp2、ion、iod、ele、azi成图以帮助用户进行直观的分析。此外，TEQCSPEC的频谱分析工具可进行多路径的频谱分析。
二、GPS桥梁监测数据的计算与分析
（一）监测数据数据分析
GPS监测试验共选取5个监测点，1、5号点位于大桥两岸的江堤上，3号点位于桥梁的跨中，2、4号点位于距桥梁跨中南、北1/4处（如图（1））。其中1，2，3点采用的是Thalse Z-MAX接收机，4、5点采用的是Z-12接收机，卫星截至高度角10°，数据采样率为5HZ。
（二）计算与分析
利用TEQC软件来检测观测数据，如对为与桥梁中心的3号点2005年5月19日10：00到12：00之间的观测数据进行分析，获得所有能观测到的卫星多路径效应、L1、L2的信噪比及电离层影响。
由公式（1）知，在没有周跳的情况下，MP1、MP2主要反应伪距的多路径效应，可用来衡定多路径效应的影响程度。TEQC通过对最近20min的观测数据求得MP1、MP2的平均值，再减去该平均值作为多路径效应的波动结果，如图2、图3所示3号监测点L1、L2的多路径效应在[-1，1]之间。
图4、5显示测站L1、L2载波观测值的信噪比在30~60之间，非常好，说明电离层活动较为稳定。图7显示测站的电离层延迟量，其中9号和18号卫星的电离层延迟量较大，数据处理时应加以改正或通过TEQC直接在rinex文件中剔除这两颗卫星的数据。图8显示电离层延迟的变化率变化较为稳定。
通过TEQC的质量检测报告，我们可以快速、准确地查看各种误差对数据的影响，评定数据质量的好坏，表1是TEQC统计结果：
从表1可以发现位于跨中的3号点和北岸的5号参考点的多路径影响较大，1号点的整周跳变数较大。这是由于3号点位于跨中，受到由长江水面反射的多路径信号影响较大，5号点南面是长江北面为一水塘，同样多路径影响较为较大。1号参考点的周跳较为严重，可能是由于测点周围的树木遮挡卫星信号的原因。
三、结论
利用TEQC软件，对长江三桥GPS观测站的数据进行质量检测，从得到的结果看，数据质量都比较稳定，各站址的观测环境良好。通过对数据质量检测不仅帮助了解GPS站点周边观测环境的好坏以及是否存在观测条件较大的变动，比如站附近电磁干扰，或暂时性的遮蔽造成GPS信号中断；也为后续的数据处理与动态监测提供可靠的数据保障。
参考文献
[1]黄声享，李沛鸣，杨宝岑．GPS动态监测中多路径效应的规律性研究[J]．武汉大学学报（信息科学版），2005，（10）．
[2]黄声享，刘星，杨永波，等．利用GPS测定大型桥梁动态特性的试验及结果[J]．武汉大学学报（信息科学版），2005，（11）．
[3]戴吾蛟．GPS精密动态变形监测数数据处理理论与方法研究[D]．中南大学博士论文，2007．
[4]戴吾蛟，丁晓利，朱建军．GPS动态变形测量中的多路径效应特征研究[J]．大地测量与地球动力学，2008，（1）．
作者简介：张建勋（1972－），男，河南安阳人，安阳市规划设计院工程师，研究方向：基础地理信息数据获取、数据入库等。