宋傳峰，張洪文，肖青懷，周 源，劉禹鑫

(1. 國家測繪地理信息局第二大地測量隊(黑龍江第一測繪工程院)，黑龍江 哈爾濱 150025； 2. 國家測繪地理信息局黑龍江基礎(chǔ)地理信息中心，黑龍江 哈爾濱 150081)

根據(jù)國家對衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的保密要求[1]，實時差分服務(wù)數(shù)據(jù)屬于受控管理的內(nèi)容，但為保證數(shù)據(jù)中心和基準(zhǔn)站等涉密數(shù)據(jù)的安全，CORS服務(wù)機(jī)構(gòu)一般通過安全性比較高的網(wǎng)絡(luò)向用戶播發(fā)導(dǎo)航定位實時差分服務(wù)數(shù)據(jù)。播發(fā)網(wǎng)絡(luò)多以GPRS/3G/4G等蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建虛擬專用網(wǎng)(virtual private network，VPN)、專線接入點(diǎn)[2](access point name，APN)或進(jìn)行數(shù)據(jù)加密等方式，增加播發(fā)網(wǎng)絡(luò)的安全性。

而基于用戶位置的服務(wù)，一般以普通互聯(lián)網(wǎng)為服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。用戶端將位置信息上傳到位置服務(wù)平臺，通過位置服務(wù)平臺實現(xiàn)對用戶的位置監(jiān)控、查詢、管理、調(diào)度等功能。若要實現(xiàn)對用戶的高精度位置服務(wù)，用戶需要借助CORS等手段實現(xiàn)高精度定位，然后上傳高精度的位置信息。

用戶端種類繁多，但其位置信息一般支持通過NMEA 0183標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議[3]進(jìn)行傳輸。而位置服務(wù)平臺一般會根據(jù)需要自定義位置信息數(shù)據(jù)格式，如黑龍江省位置服務(wù)平臺就自定義了數(shù)據(jù)通信協(xié)議。

通過以上分析，若要實現(xiàn)位置服務(wù)平臺對專網(wǎng)CORS用戶的高精度位置服務(wù)，需要解決以下問題：

(1) 用戶端所在的專用網(wǎng)絡(luò)和位置服務(wù)平臺的普通互聯(lián)網(wǎng)間可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

(2) NMEA 0183標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與位置服務(wù)平臺自定義數(shù)據(jù)通信協(xié)議間可進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。

本文設(shè)計、研發(fā)了一種中間件(位置路由工具)，解決了上述問題，實現(xiàn)了不同網(wǎng)絡(luò)間和不同編碼協(xié)議下位置信息的轉(zhuǎn)發(fā)。通過該工具的應(yīng)用，實現(xiàn)了黑龍江省位置服務(wù)平臺對黑龍江省衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行綜合服務(wù)系統(tǒng)(HLJCORS)用戶的高精度位置服務(wù)。下文將以該應(yīng)用為基礎(chǔ)，討論位置路由工具的設(shè)計、研發(fā)及其實現(xiàn)方法。

1 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境介紹

HLJCORS和黑龍江省位置服務(wù)平臺是兩個相互獨(dú)立的、具有不同功能和用途的平臺，若將兩個平臺集成應(yīng)用，則會實現(xiàn)更高精度的位置服務(wù)。但兩個平臺具有各自的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

1.1 HLJCORS介紹

HLJCORS[4]由122座基準(zhǔn)站、1個數(shù)據(jù)處理中心和專線網(wǎng)絡(luò)組成，具有維持黑龍江省參考框架、提供差分動態(tài)定位和數(shù)據(jù)服務(wù)的作用，是黑龍江省現(xiàn)代化測繪基準(zhǔn)體系重要的組成部分。

HLJCORS基準(zhǔn)站將接收的衛(wèi)星數(shù)據(jù)通過專線網(wǎng)絡(luò)匯集到數(shù)據(jù)中心，經(jīng)數(shù)據(jù)中心處理后將差分?jǐn)?shù)據(jù)通過中國移動專線APN向用戶播發(fā)，數(shù)據(jù)中心能同時兼容專線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)和專線APN。

1.2 專線APN網(wǎng)絡(luò)

APN即接入點(diǎn),是通過手機(jī)上網(wǎng)時必須配置的一個參數(shù),它決定了通過哪種接入方式來訪問網(wǎng)絡(luò)[2]。APN用來標(biāo)識2G/3G/4G分組域的業(yè)務(wù)種類[5]，中國移動針對大眾用戶的業(yè)務(wù)分為CMWAP(2G)、CMNET(3G/4G)兩類。APN業(yè)務(wù)的接入方法有L2TP隧道方案和GRE隧道方案等[5]。

HLJCORS專線APN采用GRE隧道方案接入，使用“hljcors.hl”專用標(biāo)識。用戶使用專用SIM卡，配置專用標(biāo)識APN后，即可實現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心的通信，但用戶無法連接互聯(lián)網(wǎng)。

1.3 位置服務(wù)平臺

黑龍江省位置服務(wù)平臺通過特定公網(wǎng)IP和端口向用戶提供位置監(jiān)控、查詢、警報等服務(wù)。該平臺已在重慶、福建、新疆、齊齊哈爾等省市安裝部署。

2 數(shù)據(jù)通信協(xié)議

HLJCORS用戶支持通過NMEA 0183標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議輸出位置信息，黑龍江省位置服務(wù)平臺使用自定義協(xié)議數(shù)據(jù)格式。

2.1 NMEA 0183標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議

表1 NMEA 0183標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議命令

2.2 自定義協(xié)議數(shù)據(jù)格式

在保持信息全面且最小化數(shù)據(jù)通信流量的原則下，用戶向位置服務(wù)平臺上傳位置信息自定義協(xié)議數(shù)據(jù)格式見表2。

表2 自定義協(xié)議數(shù)據(jù)格式

(1) 幀頭：兩個字節(jié)，0xff，0xff。

(2) 版本號：如”zx1”，即0x7a，0x78，0x31。

(3) 命令號：范圍：0x00—0xff。

(4) 幀長：所有幀長都為數(shù)值類型。如幀長為100個字節(jié)，表示為“0x00，0x64”。

(5) ID：以手機(jī)號碼為唯一ID值，11位。

(6) 其余未經(jīng)注明，均以字符型表示。

命令內(nèi)容為要傳輸?shù)奈恢眯畔?見表3)。

表3 位置信息

(1) GPS時間：非字符型，如UTC時間2009年5月11日8點(diǎn)19分26秒為0x090x050x110x080x19 0x26。

(2) 緯經(jīng)度：非字符型，先緯度后經(jīng)度，0x030x900x810x230x410x110x610x230x450x62，表示北緯39°08.123 41′、東經(jīng)116°12.345 62′(第一字節(jié)高半字節(jié)最高位表示南北緯，0表示北緯，1表示南緯;次高位表示東西經(jīng)，0表示東經(jīng)，1表示西經(jīng)),分保留5位小數(shù)。

(3) 速度：非字符型,0x120x09表示速度為120.9 nm/h,保留一位小數(shù)。

(4) 航向：非字符型,0x350x06表示航向為350.6°，保留一位小數(shù)。

(5) 里程：非字符型,范圍為0—999 999.99。如0x000x120x340x56表示1 234.56 km，保留一位小數(shù)。

(6) 海拔：非字符型,如812.56 m為0x080x12 0x56，保留一位小數(shù)。

3 位置路由工具

用戶端設(shè)備一般不支持并發(fā)運(yùn)行2種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，無法在接收HLJCORS差分?jǐn)?shù)據(jù)的同時向位置服務(wù)平臺上傳位置信息。而且，用戶設(shè)備直接輸出的位置信息與位置服務(wù)平臺自定義的數(shù)據(jù)格式也不同。因此，最直接、最經(jīng)濟(jì)的方式就是在HLJCORS服務(wù)端部署一中間件，完成網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。

3.1 設(shè)計思路

HLJCORS能同時兼容互聯(lián)網(wǎng)和專線APN，因此將位置路由工具部署在HLJCORS端，即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換情況如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換由位置路由工具完成，位置路由工具接收到用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)流后，首先完成數(shù)據(jù)解析，獲得用戶的經(jīng)緯度、大地高等位置信息，然后按自定義數(shù)據(jù)格式編碼，將位置信息轉(zhuǎn)發(fā)給位置服務(wù)平臺。

3.2 程序?qū)崿F(xiàn)

位置路由工具采用Java語言基于TCP/IP協(xié)議開發(fā)完成。位置路由工具首先建立一個serverSocket(服務(wù)器套接字)，等待用戶設(shè)備的連接，有用戶設(shè)備連接后，位置路由工具與位置服務(wù)平臺建立通信，開始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。該過程的部分核心代碼如下。

本地IP端口：

final int port=Integer.parseInt(portNum);

final InetAddress host=InetAddress.getByName(hostName);

位置服務(wù)平臺IP 端口：

final int remotePort=Integer.parseInt(remotePortNum);

final InetAddress remoteHost=InetAddress.getByName(remoteHostName);

建立本地服務(wù)，等待用戶連接：

serverSocket=new ServerSocket(port,50,host);

clientSocket=serverSocket.accept();

用戶連接后，建立遠(yuǎn)程連接：

remoteServerSocket=new Socket(remoteHost，remotePort);

在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)前，需要進(jìn)行NMEA 0183協(xié)議格式解析，然后按自定義格式編碼，編碼過程即按字節(jié)排列信息。該過程由TransPortData類完成，部分核心代碼：

獲得輸入(用戶端)、輸出(位置服務(wù)平臺)數(shù)據(jù)流：

InputStream in=getDataSocket.getInputStream();

OutputStream out=putDataSocket.getOutputStream();

讀入用戶端數(shù)據(jù)：

byte[] data=new byte[2048];

int dataLength=in.read(data);

……(進(jìn)行數(shù)據(jù)解析和編碼)

轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)：

out.write(sendgps,0,sendgps.length);

out.flush();

位置路由工具使用了多線程技術(shù)，每連接一個用戶，會單獨(dú)創(chuàng)建一個線程進(jìn)行數(shù)據(jù)解析和編碼轉(zhuǎn)發(fā)：

(new TransPortData(clientSocket,remoteServerSocket,ID[clientNum-1])).start();

另外，位置路由工具引入了心跳包機(jī)制，保證在轉(zhuǎn)發(fā)位置信息過程中，保持與位置服務(wù)平臺的通信。

3.3 應(yīng)用測試

使用2臺平板設(shè)備接入HLJCORS進(jìn)行高精度定位，然后將位置信息回傳至HLJCORS服務(wù)端，經(jīng)位置路由工具解析NMEA 0183位置信息并重新編碼后，將位置信息轉(zhuǎn)發(fā)至位置服務(wù)平臺。圖2為位置路由工具正在轉(zhuǎn)發(fā)2個用戶的位置信息，并等待其他用戶的連接。

4 結(jié) 語

專網(wǎng)CORS與位置服務(wù)平臺的集成應(yīng)用存在專網(wǎng)CORS用戶不能直接與位置服務(wù)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)通信及位置信息編碼協(xié)議不同兩個問題。本文設(shè)計了中間件，即位置路由工具，解決了上述問題。本文的研究思路和成果可供其他項目參考借鑒，中間件可向其他省市推廣使用。

圖2 位置路由工具

[1] 國家測繪地理信息局.關(guān)于規(guī)范衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)密級劃分和管理的通知[EB/OL].2016-01-27.www.sbsm.gov.cn/zwgk/zcfgjjd/gfxwj/201702/t20170228_385148.shtml.

[2] 薛錚，宋玉兵.CORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全策略[J].現(xiàn)代測繪，2010，33(5)：3-5.

[3] 方書山，章傳銀，秘金鐘.NMEA-0183格式數(shù)據(jù)流解析的一種實用方法[J].測繪通報，2013(11)：114-116.

[4] 張曉磊，古一鳴，宮殿明.黑龍江省衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行綜合服務(wù)系統(tǒng)(HLJCORS)控制中心設(shè)計[J].測繪與空間地理信息，2014，37(10)：173-174.

[5] 秦建軍，劉詩儒.幾種實現(xiàn)APN業(yè)務(wù)的方法及比較[J].中國新通信，2010(21)：13-15.

[6] 李斌，趙旺飛.多APN接入點(diǎn)并發(fā)訪問控制方法[J].電信技術(shù)，2013，1(7)：31-33.

[7] 黨亞民，秘金鐘，成英燕.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].北京：測繪出版社，2007.

[8] 黃俊華，陳文森.連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用[M]北京：科學(xué)出版社，2009.

[9] 黃丁發(fā)，周樂韜，李成鋼，等.GPS增強(qiáng)參考站網(wǎng)絡(luò)理論[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[10] 黨亞民，成英燕，薛樹強(qiáng).大地坐標(biāo)系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[11] 陳昊鵬.JAVA編程思想[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[12] 張慶全，林富明，周源.基于“天地圖”的位置服務(wù)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].測繪與空間地理信息，2013，36(8)：98-102.

[13] 李健，呂志平.基于CORS的衛(wèi)星定位在線服務(wù)系統(tǒng)[J].測繪通報，2007(8)：40-44.