一种GNSS数据质量检测分析系统及其分析方法与流程

本发明属于数字信息的传输的技术领域，特别涉及一种直观展现gnss元数据关键指标与定位结果之间的关联关系以方便技术人员快速准确定位影响定位效果的影响因子和原因的gnss数据质量检测分析系统及其分析方法。

背景技术：

网络rtk（real-timekinematic，载波相位差分技术）也称基准站rtk，是近年来在常规rtk和差分gps的基础上建立起来的一种新技术，目前尚处于试验、发展阶段。网络rtk差分定位技术最终的定位效果（主要是固定率、定位精度等）涉及很多影响因素，包括差分（rtcm）数据质量、用户终端原始观测数据、终端硬件／算法性能、通信网络质量等，其中一个或多个有问题都会导致最终定位效果不理想。

同时，rtklib、teqc等开源精密定位算法和数据分析工具，主要作用是基于输入的原始观测数据利用预先设定的函数模型模拟硬件终端解算生成nmea定位文件，或是支持对gnss文件进行不同格式之间的转换、编辑、以及对某些关键性指标（多径、周跳、信噪比等）解析做定量分析，这并不能直观展现差分数据rtcm、终端卫星观测数据与终端定位结果（nmea）之间的关联性和定性分析。

现有技术中，基于rtd/rtk的差分定位技术对用户终端进行位置纠偏最终达到高精度定位的过程中，往往会有较多影响因素导致最终终端无法定位或定位精度不理想，比如差分数据服务端播发的rtcm数据质量不好、或者用户终端原始卫星观测数据质量不佳，又或者是终端软硬件性能等等，而单独分析服务端差分数据或用户端卫星观测数据很难确定数据关键性指标变化与最终定位结果之间的关联性，当前并没有任何一种工具或方法能够直观明了将定位结果与上述影响因子的关联性可视化展现出来，以致网络差分服务提供者在定位问题时往往需要投入较大的专业人力资源和时间进行数据分析工作，生产效率不高。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是，现有技术中，基于rtd/rtk的差分定位技术对用户终端进行位置纠偏最终达到高精度定位的过程中，往往会有较多影响因素导致最终终端无法定位或定位精度不理想，而单独分析服务端差分数据或用户端卫星观测数据很难确定数据关键性指标变化与最终定位结果之间的关联性，当前并没有任何一种工具或方法能够直观明了将定位结果与上述影响因子的关联性可视化展现出来，而导致的网络差分服务提供者在定位问题时往往需要投入较大的专业人力资源和时间进行数据分析工作，生产效率不高的问题，进而提供了一种优化的gnss数据质量检测分析系统及其分析方法。

本发明所采用的技术方案是，一种gnss数据质量检测分析系统，所述系统分别与网络rtd/rtk差分服务平台和用户终端配合设置，所述系统包括与网络rtd/rtk差分服务平台连接的差分数据解析及格式转换模块、与用户终端连接的原始卫星观测数据解析及格式转换模块和图形化展示与预警功能模块；所述差分数据解析及格式转换模块和原始卫星观测数据解析及格式转换模块的输出端分别连接至gnss定位引擎和gnss数据质量检测模块的输入端，所述gnss定位引擎的输出端连接至与用户终端连接的nmea数据解析模块，所述gnss数据质量检测模块的输出端连接至图形化展示与预警功能模块的输入端，所述nmea数据解析模块的输出端连接至图形化展示与预警功能模块的输入端。

优选地，所述网络rtd/rtk差分服务平台包括离线差分数据管理模块和实时差分数据播发模块，所述离线差分数据管理模块输出历史差分数据至差分数据解析及格式转换模块，所述实时差分数据播发模块输出实时差分数据至差分数据解析及格式转换模块。

优选地，所述实时差分数据播发模块输出实时差分数据至用户终端。

优选地，所述用户终端包括终端原始卫星观测数据存储模块和nmea定位结果文件存储模块。

优选地，所述终端原始卫星观测数据存储模块输出终端原始卫星观测数据至原始卫星观测数据解析及格式转换模块。

优选地，所述nmea定位结果文件存储模块输出nmea定位结果文件至nmea数据解析模块。

优选地，所述差分数据解析及格式转换模块将差分数据转换为目标格式输出至gnss定位引擎和gnss数据质量分析模块；所述原始卫星观测数据解析及格式转换模块将终端原始卫星观测数据转换为目标格式输出至gnss定位引擎和gnss数据质量分析模块。

优选地，所述gnss数据质量检测模块输出目标格式的差分数据和终端原始卫星观测数据至图形化展示与预警功能模块。

优选地，所述nmea数据解析模块输出目标格式的终端硬解nmea定位结果和gnss定位引擎软解nmea定位结果至图形化展示与预警功能模块。

一种采用所述的gnss数据质量检测分析系统的分析方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：数据导入：

差分数据解析及格式转换模块接收实时差分数据播发模块输出的差分数据，或离线差分数据管理模块导出的历史差分数据，将差分数据转换为目标格式后输出至gnss定位引擎和gnss数据质量分析模块；

原始卫星观测数据解析及格式转换模块将用户终端输出的不同格式的原始卫星观测数据转换为目标格式，并将转换后的数据输出至rtk精密定位引擎和gnss数据质量分析模块；

用户终端的nmea定位结果文件存储模块输出nmea定位结果文件至nmea数据解析模块；

步骤2：数据处理：

gnss数据质量分析模块对指定时段的差分数据和终端原始卫星观测数据进行质量检查，输出结果至图形化展示与预警功能模块；

gnss定位引擎通过实时和后处理定位模式及函数，对差分数据和原始卫星观测数据进行处理，输出软解得到的nmea定位文件至nmea数据解析模块；

nmea数据解析模块对接收到的nmea定位结果文件进行错误数据的过滤和校验，针对校验通过并且有效定位的数据进行解析；输出结果至图形化展示与预警功能模块；

步骤3：图形化展示：

图形化展示与预警功能模块对gnss数据质量分析模块和nmea数据解析模块输出的数据基于同一时间坐标轴进行图形化展示；

步骤4：分析：

对比分析同一时段的差分数据、终端原始卫星观测数据和终端硬解nmea定位结果的图形，得出当终端硬解nmea定位结果的定位效果不好时，对应差分数据、终端原始卫星观测数据中的指标数值出现劣化或突变，影响终端硬解nmea定位结果的定位效果的原因是差分数据服务平台播发的差分数据存在质量问题，或终端原始卫星观测数据用户终端的原始观测数据存在质量问题；

对比分析同一组终端硬解nmea定位结果和gnss定位引擎软解nmea定位结果，通过固定率和定位精度分析得到终端硬解nmea定位结果和gnss定位引擎软解nmea定位结果的优劣，分析得到用户终端的硬件性能；

步骤5：预警：

图形化展示与预警功能模块设定的报警规则定义产生相应告警，展示在图形化的数据中。

本发明提供了一种优化的gnss数据质量检测分析系统及其分析方法，构建支持解析各类gnss数据质量分析工具，支持实时或离线解析多维度的gnss数据，通过量化分析影响最终定位结果的关键性指标，如卫星可见性、连续性，卫星空间分布，载波相位，周跳，多径，历元完整率等，以图表可视化方式动态展现某一时间序列下的各关键指标与定位结果关联性，从而直观展现gnss元数据关键指标与定位结果之间的关联关系，并实现程序自动化监控预警功能，协助技术人员准确快速发现定位问题，找到影响定位效果的影响因子和原因，节约人力资源和时间，生产效率高。

附图说明

图1为本发明的gnss数据分析流程；

图2为本发明中的基于同步时间序列的图形化展示及预警功能模块的工作流程示意图；

图1和图2中，①表示差分数据rtcm检测结果，包括但不限于卫星可见性、连续性、卫星空间分布、载波相位、周跳、多径、历元完整率，②表示终端原始卫星观测数据检测结果，包括但不限于卫星可见性、连续性、卫星空间分布、卫星信噪、载波相位、周跳、多径、历元完整率，③表示用户真实nmea文件分析结果，包括但不限于坐标变化、定位状态、使用卫星、差分龄期指标，④表示rtk精密算法引擎解算的nmea文件分析结果，包括但不限于坐标变化、定位状态、使用卫星、差分龄期指标。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。

如图所示，本发明涉及一种gnss数据质量检测分析系统，所述系统分别与网络rtd/rtk差分服务平台和用户终端配合设置，所述系统包括与网络rtd/rtk差分服务平台连接的差分数据解析及格式转换模块、与用户终端连接的原始卫星观测数据解析及格式转换模块和图形化展示与预警功能模块；所述差分数据解析及格式转换模块和原始卫星观测数据解析及格式转换模块的输出端分别连接至gnss定位引擎和gnss数据质量检测模块的输入端，所述gnss定位引擎的输出端连接至与用户终端连接的nmea数据解析模块，所述gnss数据质量检测模块的输出端连接至图形化展示与预警功能模块的输入端，所述nmea数据解析模块的输出端连接至图形化展示与预警功能模块的输入端。

所述网络rtd/rtk差分服务平台包括离线差分数据管理模块和实时差分数据播发模块，所述离线差分数据管理模块输出历史差分数据至差分数据解析及格式转换模块，所述实时差分数据播发模块输出实时差分数据至差分数据解析及格式转换模块。

所述实时差分数据播发模块输出实时差分数据至用户终端。

所述用户终端包括终端原始卫星观测数据存储模块和nmea定位结果文件存储模块。

所述终端原始卫星观测数据存储模块输出终端原始卫星观测数据至原始卫星观测数据解析及格式转换模块。

所述nmea定位结果文件存储模块输出nmea定位结果文件至nmea数据解析模块。

本发明中，gnss数据主要包括网络rtd/rtk差分服务平台播发的差分数据、用户终端原始卫星观测数据、定位结果文件（nmea）。

本发明中，网络rtd/rtk差分服务平台是指将一定区域的物理基准站接收的卫星信号传送至数据处理中心，通过特定的虚拟组网算法，如虚拟组网算法是nrtd/nrtk，选择用户移动终端附近几个位置比较好的基准站信息，“虚拟”出一个虚拟参考站（virtualreferencestation），然后将vrs站的差分改正数据播发给用户终端，从而确保用户达到高精度定位纠偏的效果。其中，rtd和rtk区别在于算法模型和参数选择不同，rtd是指伪距差分（一般为亚米级），rtk是指载波相位差分（一般可达到厘米级）。上述的vrs技术最早由美国天宝公司提出，其他类似的技术还有瑞士徕卡的主辅站技术、fkp技术，一般情况下，差分服务平台都是基于这一原理，但是算法模型和协议为根据实际需求自主研发。

本发明中，差分数据主要即是指rtcm数据。

本发明中，差分数据从网络rtd/rtk差分服务平台的实时差分数据播发模块获得，用户终端原始卫星观测数据从用户终端获得，利用差分数据、用户终端原始卫星观测数据输入gnss精密定位引擎，实时解算出厘米级高精定位结果。

本发明中，对于离线数据的分析，可以从网络rtd/rtk差分服务平台的离线差分数据管理模块中获取特定时段的离线差分数据，同时导入用户终端的终端原始卫星观测数据存储模块记录的对应时段的原始卫星观测数据，利用gnss定位引擎进行软解，得出软解模拟定位结果。

本发明中，实时差分数据播发模块与用户终端连接，目的是将差分数据输入到用户端进行纠偏解算以获得实时的高精定位解，而离线差分数据管理模块并不需要与用户终端连接，它的作用主要是记录、存储历史vrs差分数据并以某种格式按需提供下载，以便技术人员进行事后分析。

本发明中，厘米级高精定位结果包括硬件解算结果和软件解算结果。

本发明中，一般情况下，将用户终端上传的不同格式原始卫星观测数据统一转换为renix格式，并将转换后renix数据分发至gnss定位引擎和gnss数据质量分析模块。

本发明中，gnss精密定位引擎提供多种gnss实时和后处理定位模式，包括dgps/dgnss，动态rtk、静态rtk，以及进行实时和后处理定位解算所需用到的函数，如rinex函数、星历和时钟函数、精密星历和时钟、接收机原始数据函数、rtcm函数，解算函数、流数据输入和输出函数、整周模糊度解算、标准定位、精密定位、后处理定位（解算）、流服务器函数、rtk服务器函数等，通过函数调用，最终输出软件得到的nmea定位文件。

本发明中，定位结果文件（nmea）自nmea定位结果文件存储模块输出至nmea数据解析模块。

本发明中，最终将gnss数据质量检测模块的解算结果和nmea数据解析模块的解算结果输出到图形化展示与预警功能模块，完成展示作业。

本发明直观展现gnss元数据关键指标与定位结果之间的关联关系，并实现程序自动化监控预警功能，协助技术人员准确快速发现定位问题，找到影响定位效果的影响因子和原因，节约人力资源和时间，生产效率高。

所述差分数据解析及格式转换模块将差分数据转换为目标格式输出至gnss定位引擎和gnss数据质量分析模块；所述原始卫星观测数据解析及格式转换模块将终端原始卫星观测数据转换为目标格式输出至gnss定位引擎和gnss数据质量分析模块。

本发明中，差分数据解析及格式转换模块接收实时差分数据播发模块下发的rtcm，或离线差分数据管理模块导出的历史rtcm，将rtcm数据转换为目标格式，分发至gnss定位引擎和gnss数据质量分析模块。

本发明中，目标格式一般为支持rtcm和renix。

所述gnss数据质量检测模块输出目标格式的差分数据和终端原始卫星观测数据至图形化展示与预警功能模块。

本发明中，利用gnss数据质量分析模块，可以对指定时段的差分数据rtcm和终端原始卫星观测数据进行质量检查。

本发明中，利用gnss数据质量分析模块检查的对象参数包括可见卫星、卫星空间分布、卫星信噪、载波相位、周跳、多径、历元完整率等关键指标。

本发明中，通过伪距和相位观测量线性计算出量化结果，并生成特定格式的数据文件。

本发明中，数据文件是指系统内部各应用模块交互接口文件格式，可以是json、xml或纯文本文件，看编程实现方案选择。

所述nmea数据解析模块输出目标格式的终端硬解nmea定位结果和gnss定位引擎软解nmea定位结果至图形化展示与预警功能模块。

本发明中，nmea数据解析模块会首先对nmea数据进行错误数据的过滤，根据nmea的格式规则对nmea数据进行checksum校验，针对校验通过并且有效定位的数据解析utc定位时间、经纬度、高程、定位质量、hdop、vdop、pdop、差分龄期、差分站id、所有所观测到卫星的编号、高度角、方位角、信噪比，定位解算用到卫星编号列表，最终可以生成过滤后的nmea数据文件或者数据对象传递给图形化展示与预警功能模块。

本发明中，差分数据rtcm和原始观测数据一般存为.gz压缩文件，通过检测模块可解析出上述关键指标并做统计展示。

一种采用所述的gnss数据质量检测分析系统的分析方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：数据导入：

差分数据解析及格式转换模块接收实时差分数据播发模块输出的差分数据，或离线差分数据管理模块导出的历史差分数据，将差分数据转换为目标格式后输出至gnss定位引擎和gnss数据质量分析模块；

原始卫星观测数据解析及格式转换模块将用户终端输出的不同格式的原始卫星观测数据转换为目标格式，并将转换后的数据输出至rtk精密定位引擎和gnss数据质量分析模块；

用户终端的nmea定位结果文件存储模块输出nmea定位结果文件至nmea数据解析模块；

步骤2：数据处理：

gnss数据质量分析模块对指定时段的差分数据和终端原始卫星观测数据进行质量检查，输出结果至图形化展示与预警功能模块；

gnss定位引擎通过实时和后处理定位模式及函数，对差分数据和原始卫星观测数据进行处理，输出软解得到的nmea定位文件至nmea数据解析模块；

nmea数据解析模块对接收到的nmea定位结果文件进行错误数据的过滤和校验，针对校验通过并且有效定位的数据进行解析；输出结果至图形化展示与预警功能模块；

步骤3：图形化展示：

图形化展示与预警功能模块对gnss数据质量分析模块和nmea数据解析模块输出的数据基于同一时间坐标轴进行图形化展示；

步骤4：分析：

对比分析同一时段的差分数据、终端原始卫星观测数据和终端硬解nmea定位结果的图形，得出当终端硬解nmea定位结果的定位效果不好时，对应差分数据、终端原始卫星观测数据中的指标数值出现劣化或突变，影响终端硬解nmea定位结果的定位效果的原因是差分数据服务平台播发的差分数据存在质量问题，或终端原始卫星观测数据用户终端的原始观测数据存在质量问题；

对比分析同一组终端硬解nmea定位结果和gnss定位引擎软解nmea定位结果，通过固定率和定位精度分析得到终端硬解nmea定位结果和gnss定位引擎软解nmea定位结果的优劣，分析得到用户终端的硬件性能；

步骤5：预警：

图形化展示与预警功能模块设定的报警规则定义产生相应告警，展示在图形化的数据中。

本发明中，图形化展示与预警功能模块主要负责将接入的差分数据rtcm、终端原始卫星观测数据、终端硬解nmea定位结果和gnss定位引擎软解nmea定位结果这四个数据的关键指标基于同一时间坐标轴做图形化展示，并且通过设定的预警规则对元数据和定位结果数据“异常”情况报警，如某个关键指标超出预定阀值或定位状态码切换为非差分／非固定模式。

本发明中，涉及到的差分数据在输入算法引擎实际分析前会先由差分数据解析及格式转换模块转换为目标格式，一般情况下为rtcm和renix。

本发明中，接入的差分数据rtcm、终端原始卫星观测数据、终端硬解nmea定位结果和gnss定位引擎软解nmea定位结果这四个数据首先应该进入数据处理单元做时间戳对齐、数据分组，处理后的数据为按时间排序的数组，每组数据包含同一时刻的4类数据，数据处理单元作为一个独立的模块，再将时间排序后的数组分发至图形化展示与预警功能模块。

本发明中，图形化展示与预警功能模块根据数组对应的时间戳依次动态展示各关键指标图形，再根据设定的报警规则定义产生相应告警展示在指标图形中。

本发明中，可以针对图形化的差分数据rtcm、终端原始卫星观测数据、终端硬解nmea定位结果和gnss定位引擎软解nmea定位结果这四个数据分别做以下两个模式的关联分析。

分析一：

基于输入输出数据质量进行因果分析：通常定位结果（终端硬解nmea定位结果和gnss定位引擎软解nmea定位结果）的质量好坏取决于输入的元数据质量（差分数据rtcm、终端原始卫星观测数据），通过对比分析同一时段的差分数据rtcm、终端原始卫星观测数据和终端硬解nmea定位结果指标图形，很容易发现终端硬解nmea定位结果定位效果不好时，对应差分数据rtcm、终端原始卫星观测数据中历元的哪些指标数值出现劣化或突变。

从而得出结论：影响终端硬解nmea定位结果定位效果的原因包括：

①服务平台播发的差分数据质量问题；

②用户终端原始观测数据质量问题。

分析二：

基于同一组输入数据对硬／软解结果进行对比分析：通过对比分析同一时间序列下的差分数据和原始观测数据经过终端硬解结果和gnss定位引擎软解结果，能很容易得知终端硬解nmea定位结果和gnss定位引擎软解nmea定位结果那个定位效果更好，评价标准包括固定率、定位精度，其中定位精度可以计算连续一段时间的结果坐标求内符合精度来对比，从而作为评判终端硬件性能的参考。

本发明解决了现有技术中，基于rtd/rtk的差分定位技术对用户终端进行位置纠偏最终达到高精度定位的过程中，往往会有较多影响因素导致最终终端无法定位或定位精度不理想，而单独分析服务端差分数据或用户端卫星观测数据很难确定数据关键性指标变化与最终定位结果之间的关联性，当前并没有任何一种工具或方法能够直观明了将定位结果与上述影响因子的关联性可视化展现出来，而导致的网络差分服务提供者在定位问题时往往需要投入较大的专业人力资源和时间进行数据分析工作，生产效率不高的问题，构建支持解析各类gnss数据质量分析工具，支持实时或离线解析多维度的gnss数据，通过量化分析影响最终定位结果的关键性指标，如卫星可见性、连续性，卫星空间分布，载波相位，周跳，多径，历元完整率等，以图表可视化方式动态展现某一时间序列下的各关键指标与定位结果关联性，从而直观展现gnss元数据关键指标与定位结果之间的关联关系，并实现程序自动化监控预警功能，协助技术人员准确快速发现定位问题，找到影响定位效果的影响因子和原因，节约人力资源和时间，生产效率高。