武軍酈，陳 明,3

(1. 國家基礎地理信息中心,北京100830； 2. 導航與位置服務國家測繪地理信息局重點實驗室，北京 100830； 3. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079)

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關于全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)統(tǒng)籌建設的若干思考

武軍酈1,2，陳 明1,2,3

(1. 國家基礎地理信息中心,北京100830； 2. 導航與位置服務國家測繪地理信息局重點實驗室，北京 100830； 3. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079)

針對目前國家和省級衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)建設現(xiàn)狀和存在的問題，介紹了全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)統(tǒng)籌建設的必要性和可行性，重點闡述了當前統(tǒng)籌建設的目標和具體任務，以及系統(tǒng)服務形式、指標等，并提出了系統(tǒng)的總體設計框架。

衛(wèi)星導航；定位服務；統(tǒng)籌建設；系統(tǒng)構架

當前GNSS技術的發(fā)展與應用改變了傳統(tǒng)的測量技術手段，綜合應用GNSS技術、信息技術、網(wǎng)絡技術等建設的衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)已成為國家信息化建設的基礎設施主要組成部分。國家測繪地理信息系統(tǒng)從1992年開始建設，“十二五”末期在全國范圍內形成均勻分布，總體規(guī)模360個站，初步構建了基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家基準服務系統(tǒng)；目前已有超過29個省(市)根據(jù)自身需求，建設成平均站間距40～70 km的省級衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)，站點規(guī)模超過3000站。

衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)可用于國家坐標框架的建立與維持，但并不局限于測繪地理信息行業(yè)，還可面向政府其他部門、企業(yè)和社會大眾提供導航定位服務。全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)可滿足不同行業(yè)用戶對高精度、快速、實時定位和導航的要求，為各領域多種現(xiàn)代化信息化管理提供服務，甚至可擴展到健康、商業(yè)等行業(yè)，進一步壯大測繪地理信息的產(chǎn)業(yè)市場。

由于國家和地方衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)建設和發(fā)展不同步，系統(tǒng)之間站點分布不均勻，發(fā)展不平衡，各系統(tǒng)之間彼此獨立，不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。通過全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)的資源整合和規(guī)范的運行服務，可構建形成全國融合發(fā)展、無縫銜接的衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)，協(xié)調各個獨立的系統(tǒng)成為一個有機整體，面向全國用戶提供分米級、米級的實時導航定位服務，可有效解決省級接邊和空白區(qū)域服務問題，高效發(fā)揮國家和省級衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)的作用，開拓創(chuàng)新，促進測繪地理信息事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

一、統(tǒng)籌建設的必要性

1. 維持全國坐標框架統(tǒng)一性需要

2008年7月我國啟用CGCS2000作為國家法定的坐標系和新一代的大地基準。目前，由于各省衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)建立的坐標框架各自獨立，起算基準框架不統(tǒng)一。只有通過全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)的統(tǒng)籌整合，實現(xiàn)全國坐標框架的統(tǒng)一，才能提供高精度、動態(tài)、實用、統(tǒng)一的參照基準，提高整體服務水平，擴大服務范圍，為地學、空間科學、海洋學、氣象學、環(huán)境科學、資源開發(fā)等領域服務。

2. 解決接邊和空白區(qū)服務問題的需要

目前全國各省、直轄市、自治區(qū)紛紛建設衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)，其應用范圍和應用對象也逐步擴展到社會的各個領域。但由于各個系統(tǒng)獨立建設，相互之間接邊所覆蓋區(qū)域不足，其應用服務得不到保障，甚至出現(xiàn)服務空白區(qū)。統(tǒng)籌建設全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)，協(xié)調各個獨立的系統(tǒng)成為一個有機整體，可有效解決接邊和空白區(qū)域服務問題。

3. 高效、充分利用國家資源的需要

各地各部門建設的全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)主要投資來源為國家財政，但是各個系統(tǒng)之間并無統(tǒng)籌規(guī)劃，難免存在重復建設、資源浪費的情況。統(tǒng)籌全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)資源，使各地區(qū)和部門的資源充分共享，實現(xiàn)服務的高效性和完整性，在不同的層面如國家部門之間、區(qū)域之間形成多方位的服務渠道，從而發(fā)揮衛(wèi)星導航定位基準站作為國家基礎設施最大的效能。

4. 促進北斗應用健康發(fā)展的需要

當前，國家現(xiàn)代測繪基準體系基礎設施建設一期工程正在實施，建設的國家GNSS連續(xù)運行基準站兼容北斗系統(tǒng)。隨著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的逐步完善和快速發(fā)展，通過對全國基準站網(wǎng)統(tǒng)籌協(xié)調，統(tǒng)一部署，分步實施，使全國基準站網(wǎng)逐步全面兼容北斗系統(tǒng)，這對于推進現(xiàn)代測繪基準的廣泛使用、為用戶提供更高精度的北斗導航與定位服務、大力促進北斗系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化應用產(chǎn)生顯著效果，從而推動我國北斗應用和衛(wèi)星導航事業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

二、建設目標

全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)統(tǒng)籌建設總體目標為：構建框架統(tǒng)一、功能完備、分級管理、無縫銜接、服務高效的全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)，實現(xiàn)中國CGCS2000地心坐標框架的維持與更新，形成覆蓋全國的高精度實時導航定位服務的能力，推動北斗衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)化應用，滿足社會大眾和行業(yè)對導航定位(高精度)日趨增長的需求。

全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)統(tǒng)籌建設以國家級基準站為核心、地方站作加密，最終實現(xiàn)國家與地方基準站網(wǎng)資源的共建共享，形成更加豐富的數(shù)據(jù)資源服務于各行各業(yè)，尤其在國家重大工程項目中發(fā)揮重要的作用，形成職責清晰、服務范圍更加合理的全國統(tǒng)一的導航定位服務系統(tǒng)。

三、具體任務

1. 實現(xiàn)站網(wǎng)整體布局優(yōu)化

全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)應充分考慮國家、行業(yè)及區(qū)域應用的需求。國家應在全國范圍內規(guī)劃建設國家級GNSS連續(xù)運行基準站，實現(xiàn)與地方基準框架的銜接和統(tǒng)一，充分利用地方和行業(yè)資源，維持我國地心坐標系統(tǒng)服務。全國范圍基準站網(wǎng)應通過統(tǒng)籌規(guī)劃、優(yōu)化布局，國家建設和統(tǒng)籌地方并舉，形成東部間距40～70 km、西部間距70～100 km的密度，維持和精化我國高精度的坐標參考框架，實現(xiàn)全國范圍內快速、實時的高精度定位服務。

2. 發(fā)布統(tǒng)一權威的基準框架

衛(wèi)星導航定位基準站是CGCS2000坐標框架的骨干和主要技術支撐，是框架中點位三維地心坐標的精度和動態(tài)性的保證，是實現(xiàn)國家與地方大地基準統(tǒng)一，以及我國大地坐標系統(tǒng)與全球地球參考系統(tǒng)保持動態(tài)聯(lián)系最主要的技術手段。通過全國衛(wèi)星導航服務系統(tǒng)建設，匯集全國基準站的數(shù)據(jù)資源，經(jīng)過整體數(shù)據(jù)處理和平差，得到高精度的基準站坐標、速度場和時間序列，可為國內衛(wèi)星導航定位服務提供統(tǒng)一、權威的國家空間基準框架。

3. 實現(xiàn)全國站網(wǎng)數(shù)據(jù)資源高度融合

通過全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)建設，搭建全國基準站數(shù)據(jù)交換和共享平臺，實現(xiàn)國家和地方、行業(yè)之間資源共享，各類數(shù)據(jù)匯集、整網(wǎng)處理、數(shù)據(jù)共享和成果發(fā)布，從而實現(xiàn)全國站網(wǎng)數(shù)據(jù)資源的高度融合，國家及地方服務能力增強，服務內容、形式和范圍不斷擴大，也可增強PPP、氣象、跨區(qū)服務及邊緣地帶定位等服務。

4. 開展全國站網(wǎng)北斗升級改造

已建國家GNSS連續(xù)運行基準站兼容北斗系統(tǒng)，隨著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的逐步完善和快速發(fā)展，通過全國統(tǒng)籌協(xié)調，統(tǒng)一部署，分步實施升級改造，將使全國基準站網(wǎng)逐步全面兼容北斗系統(tǒng)，形成國內規(guī)模最大的北斗網(wǎng)，并最終替代GPS系統(tǒng)。同時應考慮通過政策引導，支持各省級數(shù)據(jù)中心部署國產(chǎn)自主研發(fā)的定位系統(tǒng)軟件。

5. 實現(xiàn)全國廣域分米級實時服務

構建的全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)將在全國開展廣域分米級北斗差分服務，滿足不同精度北斗導航定位用戶的需求，推進衛(wèi)星導航定位產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進和增強北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)在測繪行業(yè)的應用與服務水平，并綜合利用地理信息技術和遙感影像資源，為移動定位、車輛導航、互聯(lián)網(wǎng)地圖、智慧城市、地理國情等領域提供位置服務和基礎支撐。

6. 實現(xiàn)全國區(qū)域厘米級實時服務

構建的全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)可通過省級數(shù)據(jù)中心在全國范圍內開展區(qū)域厘米級實時差分定位服務，滿足高精度導航定位用戶的需求，為工程測量、國土調查、城市規(guī)劃、地籍管理、城鄉(xiāng)建設、環(huán)境監(jiān)測、防災減災、交通監(jiān)控、礦山測量等多種現(xiàn)代化信息化管理提供服務。

四、系統(tǒng)服務方案

全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)可提供的服務內容主要包括數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務、廣域米級差分定位服務、廣域分米級差分定位服務、區(qū)域厘米級差分定位服務、事后毫米級定位服務。

1. 服務形式

上述服務內容中，由于服務的具體數(shù)據(jù)內容不同，服務的形式也有所區(qū)別。其中，數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務和事后毫米級定位服務對實時性要求不高，可通過FTP下載或提供技術服務等方式實現(xiàn)。廣域米級、分米級差分定位服務和區(qū)域厘米級定位服務對實時性要求較高，可采取地基、星基廣播的服務方式，區(qū)域厘米級定位服務一般通過地面移動通信網(wǎng)絡實時播發(fā)方式實現(xiàn)。

根據(jù)目前的播發(fā)資源情況，全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)可采取地基和星基兩種方式。具體的播發(fā)手段包括地面移動通信、地面數(shù)字廣播和轉發(fā)式衛(wèi)星通信3種。根據(jù)各類播發(fā)手段的能力與特點、覆蓋范圍等因素，對應核實的差分數(shù)據(jù)產(chǎn)品與服務用戶。

在服務覆蓋方面，地基播發(fā)手段可在目前移動通信網(wǎng)絡和數(shù)字廣播所覆蓋的地區(qū)，如城市、鄉(xiāng)村、道路、峽谷等多種復雜環(huán)境下應用。衛(wèi)星轉發(fā)播發(fā)模式適用于野外或海上開闊環(huán)境中，特別是地面移動通信信號沒有覆蓋或覆蓋不好的地區(qū)，可以服務于我國大陸和海域。星基和地基播發(fā)手段在覆蓋性方面可實現(xiàn)優(yōu)勢互補，確保服務的可靠性。具體服務形式見表1。

2. 服務指標

全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)服務指標見表2。

表1 全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)服務形式

表2 全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)服務指標

五、系統(tǒng)構架

根據(jù)全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)目標及任務重點，國家與各省應通過完善的協(xié)調機制和運行服務機制，共同構建框架統(tǒng)一、功能完備、分級管理、無縫銜接、服務高效的全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)，從而更好地為社會發(fā)展和經(jīng)濟建設提供高質量導航位置服務。

全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)包括國家級和省級兩級系統(tǒng)。衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)從組成內容上劃分，由基準站、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡、國家數(shù)據(jù)中心、省級數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)播發(fā)網(wǎng)絡和用戶構成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)共享交換、數(shù)據(jù)處理、廣域差分服務等功能，系統(tǒng)框架關系如圖1所示。

六、結束語

以衛(wèi)星導航定位基準站為主體的全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)是建立和維持國家和區(qū)域高精度靜態(tài)、動態(tài)、地心、三維坐標參考框架的現(xiàn)代基礎設施，是測繪基準體系和地理空間基礎框架的核心，是國家空間數(shù)據(jù)基礎設施的重要組成部分，全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)的建設是實現(xiàn)新一代國家高精度空間基準的重要步驟。通過統(tǒng)籌利用全國各地衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，建立起基礎設施地基穩(wěn)定、整體分布合理、坐標框架基準統(tǒng)一的全國系統(tǒng)，在全國范圍內有利于形成“一張網(wǎng)”，改變原來分散、獨立的系統(tǒng)運行模式，使各級衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)無縫銜接，實現(xiàn)CGCS2000地心坐標框架的統(tǒng)一、維持和更新，規(guī)范系統(tǒng)應用和服務，具備全國范圍內高精度、實時定位服務的能力，從而進一步提高測繪基準服務能力，在國民經(jīng)濟建設、社會發(fā)展、科學研究、國家安全和國防等方面發(fā)揮更加重要的作用。

圖1 系統(tǒng)框架關系

[1] 陳俊勇,張鵬,武軍酈,等.關于在中國構建全球導航衛(wèi)星國家級連續(xù)運行站系統(tǒng)的思考[J]. 測繪學報，2007,36(4):366-369.

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Several Considerations for Overall Construction of National Satellite Navigation Positioning Service System

WU Junli，CHEN Ming

2016-01-07

國家自然科學基金(41274030)；國家公益性科研項目(201512006)

武軍酈(1972—)，男，高級工程師，主要研究方向為GNSS基準站設計與規(guī)劃。E-mail：jlwu@nsdi.gov.cn

陳 明

武軍酈，陳明.關于全國衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)統(tǒng)籌建設的若干思考[J].測繪通報，2016(11)：1-4.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0351.

P228

B

0494-0911(2016)11-0001-04