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GNSS经过几十年的发展，已经在多个行业发挥了重要作用。为了加强GNSS数据的利用率，越来越多的用户参与数据共享[1]。本文收集了河北省地理信息测绘局共享的59个GNSS测站数据，但由于这些台站建设标准、观测设备种类、运管程度等与地壳形变监测要求不同，其数据能否应用于地壳形变监测尚未可知，因此亟需对上述站点GNSS数据进行质量评估。本文使用TEQC软件从观测值有效率、多路径影响、周跳3个方面对上述59个测站2019年1—9月的观测数据做出可用性评价，并分析影响数据观测质量的因素。
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在DOS窗口输入质量检核命令后，生成一系列文件，包含GNSS数据质量评价的几个重要参数：数据有效率、多路径误分析、观测值和周跳比。
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观测值有效率是实际历元数与理论历元数的比值：
$$ {\rm{effective = }}\frac{{{\rm{Have}}(i)}}{{{\rm{Expert}}(i)}}{\text{。}} $$ (1) 观测值有效率反映的是观测时段内观测环境遮挡和接收机的接收中断情况。按《地壳运动监测技术规程》要求，数据有效率需达到85%以上。
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多路径效应是指接收机除直接收到卫星发射的信号外，还同时收到天线周围物体反射的卫星信号，这些信号相互干涉而产生一个复合信号，影响码和相位的量测，从而使观测数据产生误差[4]。在高反射环境下，影响显著增大，严重时还将引起信号的失锁，是GNSS测量中一种重要的误差源。
TEQC中反映多路径效应的是MP1、MP2。MP1表示L1波段上的多路径效应，MP2表示L2波段上的多路径效应，一般GNSS建站的多路径效应影响应不大于0.5 m。
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接收机需要持续追踪卫星信号，以记录载波相位整周数具体变化的情况，但因为环境因素或接收机故障等原因，导致接收机不能连续跟踪信号，当再次追踪到卫星信号时，其记录到的载波相位观测中整周计数不连续，这种现象称为周跳[5-6]。
$$ {\text{周跳比}} = \frac{{{O}}}{{{{S\!lps}}}} $$ (2) 其中：O为观测值个数；Slps为周跳次数。周跳比O/Slps值的参考值为200，O/Slps值越大数据质量越好，越小说明出现周跳越严重。
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利用TEQC的质量检核功能对河北省地理信息局59个GNSS测站2019年1—9月的连续观测数据的均值进行分析，观测值有效率、多路径效应、周跳比统计见表1、图1～2。观测值有效率在85%以上的测站58个，占测站总数的98.31%。其中18个测站的数据有效率高达99%，接近全部有效，只有SZJO测站数据有效率为83.86%，低于85%，不满足《中国地壳运动监测技术规程》的要求。MP1小于0.50 m（含0.50 m）的测站有53个，占测站总数的89.83%；MP2小于0.50 m（含0.50 m）的测站有42个，占测站总数的71.19%；O/Slps大于200（不含200）的有55个，占测站总数的93.22%，SW01、SZHJ、SZKB、SZLF、SZWX 5个测站，周跳比较小。
表 1 河北省地理信息局GNSS测站数据质量统计
序号 站名 有效率/% MP1 MP2 周跳比 1 QHHB 97.88 0.4087 0.5134 913 2 SJHB 98.81 0.3992 0.4410 2061 3 SW01 92.79 0.5575 0.6610 200 4 SZAG 98.25 0.3310 0.4748 1028 5 SZAX 99.16 0.3837 0.4042 3548 6 SZBD 99.08 0.3309 0.3547 3549 7 SZCZ 99.12 0.3445 0.4744 24918 8 SZFC 98.17 0.4306 0.5515 854 9 SZFN 98.52 0.4082 0.4169 6179 10 SZFP 99.18 0.3326 0.3872 24781 11 SZGY 99.23 0.3340 0.3286 24822 12 SZHA 99.13 0.3497 0.3968 12420 13 SZHD 98.34 0.3430 0.4030 1766 14 SZHH 99.14 0.3605 0.4341 3111 15 SZHJ 85.60 0.8340 0.8455 130 16 SZHL 99.24 0.3241 0.3738 6184 17 SZHS 98.66 0.3691 0.4853 4132 18 SZJO 83.86 0.6142 0.6724 263 19 SZJS 98.57 0.3852 0.4501 2254 20 SZKB 85.97 0.5685 0.5727 126 21 SZKC 99.16 0.4060 0.4810 3100 22 SZLC 99.04 0.3648 0.3637 12408 23 SZLF 95.98 0.5383 0.6243 184 24 SZLH 99.00 0.4690 0.5538 1546 25 SZLP 96.62 0.4929 0.5812 313 26 SZLT 99.30 0.3449 0.4383 6215 27 SZLX 98.86 0.3506 0.4209 3547 28 SZLY 99.13 0.3623 0.3982 6186 29 SZME 99.11 0.3252 0.3992 4133 30 SZNH 99.24 0.3106 0.3806 24864 31 SZNP 95.14 0.4237 0.5003 607 32 SZPQ 99.14 0.3459 0.3799 24775 33 SZPS 97.64 0.3718 0.4685 1111 34 SZQA 98.36 0.4011 0.4737 1122 35 SZQL 98.92 0.3532 0.3599 24844 36 SZQY 96.70 0.3489 0.3714 1016 37 SZSE 98.47 0.3617 0.5110 1900 38 SZSL 94.81 0.3602 0.3879 2694 39 SZSO 97.92 0.3885 0.4075 705 40 SZSY 99.23 0.3316 0.3675 6213 41 SZTS 98.88 0.4051 0.5205 917 42 SZWC 97.88 0.3809 0.4443 1879 43 SZWE 99.20 0.3072 0.3361 24886 44 SZWQ 97.27 0.3797 0.4108 1291 45 SZWX 87.49 1.5056 1.5945 30 46 SZXH 99.16 0.3462 0.3994 12428 47 SZXO 98.10 0.4520 0.5516 489 48 SZXT 99.13 0.3274 0.3663 24848 49 SZYQ 97.47 0.5000 0.5367 456 50 SZYS 99.22 0.3305 0.4508 3117 51 SZYU 99.11 0.3267 0.4583 8247 52 SZYX 99.04 0.3303 0.3875 8265 53 SZYY 99.16 0.3346 0.3758 12421 54 SZZB 99.06 0.3464 0.5117 2758 55 SZZL 97.64 0.3628 0.4213 2439 56 SZZQ 99.18 0.4111 0.4925 2491 57 SZZU 99.03 0.3241 0.3458 3539 58 SZZX 97.38 0.4125 0.5090 2443 59 ZJHB 99.22 0.3834 0.4941 3081 注：有效率斜体加粗值表示有效率低于85%；MP1、MP2斜体加粗值表示多路径效应大于0.50 m；周跳比斜体加粗值表示周跳比≤200。 
图 1 GNSS测站有效率统计
图 2 GNSS测站MP1、MP2统计
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对2019年1—9月均值较差的SW01、SZHJ、SZJO、SZLF、SZWX、SZKB6个测站，取单日解算均值做时间序列分析。从时间序列图3～4看，除SW01、SZLF和SZKB 3个测站数据有效率总体较好外，其他数据参数测值均较差，但各测站数据总体变化趋势不同。
图 3 2019年1—9月SW01、SZHJ、SZJO测站数据有效率、多路径效应MP1、MP2、周跳比时间序列
图 4 2019年1—9月SZLF、SZWX、SZKB测站数据有效率和多路径效应MP1、MP2、周跳比时间序列
SW01测站在第88天后周跳比基本小于200；SZHJ测站数据质量在第50天有明显下降趋势，到107天数据有效率低于85%，同时MP1、MP2值变大，周跳比减小；SZJO测站在第105天后周跳比开始小于200，同时数据有效率低于85%；SZWX测站1—6月的多路径效应严重，MP1、MP2值在1.2～3.0之间，在第177天之后恢复到0.5～0.6之间，仍大于0.5，同时段数据有效率恢复到85%以上；SZKB测站1—6月的MP1、MP2值在0.55～0.70之间，174天之后基本下降到0.5以下，174～273天周跳比均值为213，各参数值均符合《中国地壳运动监测测技术规程》的要求。
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用GAMIT程序的psconvert和ps2raster模块对均值较差的SW01、SZHJ、SZJO、SZKB、SZLF、SZWX 6个测站2019年1—9月的连续观测数据做解算，产出每个测站的单天相位残差图，评估多路径效应和接收机性能等因素对数据质量的影响。
从图5中可以看出，SW01测站接收机不能完整记录卫星运行轨迹，提示测站周边遮挡严重或接收机故障，SZHJ、SZJO、SZKB、SZLF、SZWX测站的相位残差较大，尤其是SZWX测站毛刺很大，提示测站周边为高反射环境，有镜面反射的楼体或水面[7-8]。
图 5 SW01、SZHJ、SZJO、SZKB、SZLF、SZWX测站2019年第3天相位天空图
由图6看出，SW01测站在各个高度角分段内观测到卫星的历元数明显偏少，表明测站周边净空环境有遮挡；SZHJ、SZJO、SZKB、SZLF、SZWX测站，中间红色趋势线长时间偏离蓝色中线，表明卫星受到电磁干扰，短时偏离蓝色中线可能存在大气延迟误差[8]。
图 6 SW01、SZHJ、SZJO、SZKB、SZLF、SZWX测站2019年第3天相位与高度角残差图
综上所述，SW01、SZHJ、SZJO、SZLF、SZWX、SZKB各测站数据质量较差的主要原因是环境干扰和仪器故障。如SZWX测站第177天数据质量骤然提高，极大可能是更换设备，而SW01和SZLF测站多路径效应长时间处于稳定的高值范围，是否因测站观测环境发生改变，都需要到站点异常核实。建议现场考察测站环境，若为树木遮挡，可定期修剪，注意环境维护；若为低矮山体或楼房遮挡，可选取适当的高度截止角，尽量接收高纬度的卫星；对于故障率较高的测站，加强巡检，及时维修。
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1）通过分析河北省地理信息局59个GNSS测站2019年1—9月的数据质量，得到如下结论：①大部分测站的数据质量良好，数据有效率大于90%，多路径效应MP1、MP2小于0.5 m，观测值与周跳比O/Slps值高于200，1/3测站的O/Slps值大于5000。表明基准站观测环境良好，仪器运行正常，满足地壳运动监测要求；②11个测站数据多路径效应影响较大，如能通过改善观测环境或运用数据后处理等方式减小多路径效应MP1、MP2的影响，可用于地壳运动监测；③SW01、SZHJ、SZJO、SZLF、SZWX 5个测站数据质量较差，不建议用于地壳运动监测；④SZKB测站数据质量在2019年6月后明显提升，达到地壳运动监测技术要求。
2）环境干扰和仪器故障，是影响GNSS基准站观测数据质量的重要因素[3]。建议建台选址时对周围环境严格把关，同时注意环境与仪器维护，减小多路径效应影响与周跳。
Quality Analysis of GNSS Observation Data in Hebei Province
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摘要: 使用TEQC软件评估了河北省地理信息局59个GNSS测站2019年1—9月的观测数据质量，结果表明：大部分测站的数据质量良好，满足地壳运动监测要求；11个测站数据多路径效应影响较大，通过数据处理等方式减小多路径效应MP1、MP2的影响，可用于地壳运动监测；SW01、SZHJ、SZJO、SZLF、SZWX 五个测站数据质量较差，不建议用于地壳运动监测；SZKB测站数据质量在2019年6—9月明显提升，达到地壳运动监测技术要求，建议对其更长时间的数据做质量评价。对观测质量较差的SW01、SZHJ、SZJO、SZKB、SZLF、SZWX 6个测站数据观测质量的影响因素进行分析，并给出了合理建议。Abstract: In this paper, TEQC software was used to evaluate the observation data quality of 59 GNSS stations in Hebei Province from January to September 2019. The results show that the data quality of most stations is good and meets the requirements of crustal movement monitoring. The influence of multipath effect on the data from 11 stations is large. The influence of multipath effect MP1 and MP2 can be reduced by means of data post-processing, etc., which can be used for crustal movement monitoring. The data quality of SW01, SZHJ, SZJO, SZLF and SZWX stations is poor, so it is not recommended to be used for crustal movement monitoring. The data quality of SZKB station has been significantly improved from June to September 2019, meeting the technical requirements of crustal movement monitoring. Therefore, it is suggested to evaluate the quality of longer time data. The factors affecting the data observation quality of SW01, SZHJ, SZJO, SZKB, SZLF and SZWX stations with poor observation quality were analyzed preliminarily and reasonable suggestions were given.
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Key words:
- GNSS continuous station /
- observation data /
- quality evaluation /
- influencing factors
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表 1 河北省地理信息局GNSS测站数据质量统计
序号 站名 有效率/% MP1 MP2 周跳比 1 QHHB 97.88 0.4087 0.5134 913 2 SJHB 98.81 0.3992 0.4410 2061 3 SW01 92.79 0.5575 0.6610 200 4 SZAG 98.25 0.3310 0.4748 1028 5 SZAX 99.16 0.3837 0.4042 3548 6 SZBD 99.08 0.3309 0.3547 3549 7 SZCZ 99.12 0.3445 0.4744 24918 8 SZFC 98.17 0.4306 0.5515 854 9 SZFN 98.52 0.4082 0.4169 6179 10 SZFP 99.18 0.3326 0.3872 24781 11 SZGY 99.23 0.3340 0.3286 24822 12 SZHA 99.13 0.3497 0.3968 12420 13 SZHD 98.34 0.3430 0.4030 1766 14 SZHH 99.14 0.3605 0.4341 3111 15 SZHJ 85.60 0.8340 0.8455 130 16 SZHL 99.24 0.3241 0.3738 6184 17 SZHS 98.66 0.3691 0.4853 4132 18 SZJO 83.86 0.6142 0.6724 263 19 SZJS 98.57 0.3852 0.4501 2254 20 SZKB 85.97 0.5685 0.5727 126 21 SZKC 99.16 0.4060 0.4810 3100 22 SZLC 99.04 0.3648 0.3637 12408 23 SZLF 95.98 0.5383 0.6243 184 24 SZLH 99.00 0.4690 0.5538 1546 25 SZLP 96.62 0.4929 0.5812 313 26 SZLT 99.30 0.3449 0.4383 6215 27 SZLX 98.86 0.3506 0.4209 3547 28 SZLY 99.13 0.3623 0.3982 6186 29 SZME 99.11 0.3252 0.3992 4133 30 SZNH 99.24 0.3106 0.3806 24864 31 SZNP 95.14 0.4237 0.5003 607 32 SZPQ 99.14 0.3459 0.3799 24775 33 SZPS 97.64 0.3718 0.4685 1111 34 SZQA 98.36 0.4011 0.4737 1122 35 SZQL 98.92 0.3532 0.3599 24844 36 SZQY 96.70 0.3489 0.3714 1016 37 SZSE 98.47 0.3617 0.5110 1900 38 SZSL 94.81 0.3602 0.3879 2694 39 SZSO 97.92 0.3885 0.4075 705 40 SZSY 99.23 0.3316 0.3675 6213 41 SZTS 98.88 0.4051 0.5205 917 42 SZWC 97.88 0.3809 0.4443 1879 43 SZWE 99.20 0.3072 0.3361 24886 44 SZWQ 97.27 0.3797 0.4108 1291 45 SZWX 87.49 1.5056 1.5945 30 46 SZXH 99.16 0.3462 0.3994 12428 47 SZXO 98.10 0.4520 0.5516 489 48 SZXT 99.13 0.3274 0.3663 24848 49 SZYQ 97.47 0.5000 0.5367 456 50 SZYS 99.22 0.3305 0.4508 3117 51 SZYU 99.11 0.3267 0.4583 8247 52 SZYX 99.04 0.3303 0.3875 8265 53 SZYY 99.16 0.3346 0.3758 12421 54 SZZB 99.06 0.3464 0.5117 2758 55 SZZL 97.64 0.3628 0.4213 2439 56 SZZQ 99.18 0.4111 0.4925 2491 57 SZZU 99.03 0.3241 0.3458 3539 58 SZZX 97.38 0.4125 0.5090 2443 59 ZJHB 99.22 0.3834 0.4941 3081 注：有效率斜体加粗值表示有效率低于85%；MP1、MP2斜体加粗值表示多路径效应大于0.50 m；周跳比斜体加粗值表示周跳比≤200。 
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图(6) / 表 (1)
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