敖敏思，黎晨曦，劉 瓊，唐超華，韓 郴

（1.湖南省測繪科技研究所，湖南 長沙 410007）

管理服務(wù)系統(tǒng)是連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站（CORS）中高效的信息化管理手段，也是銜接行政管理部門、運(yùn)維機(jī)構(gòu)和用戶的媒介?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)解算軟件存在實(shí)用性、安全性、交互性不足等問題，各省市級CORS系統(tǒng)多根據(jù)自身需求設(shè)計(jì)開發(fā)：甘肅省[1]、河北省[2]、福建省[3]基于Trimble網(wǎng)絡(luò)解算軟件設(shè)計(jì)了管理服務(wù)系統(tǒng)；河南省[4]設(shè)計(jì)了用戶收費(fèi)管理系統(tǒng)；參考文獻(xiàn)[5]、[6]分別探討了城市級CORS管理服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等業(yè)務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)。

面向湖南省連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站（HNCORS[7]）兩套網(wǎng)絡(luò)解算軟件并行、位置服務(wù)與大數(shù)據(jù)分析需求特征，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了HNCORS管理服務(wù)與統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)兼容了現(xiàn)有并行核心網(wǎng)絡(luò)解算軟件，可根據(jù)用戶類型和行政區(qū)域劃分功能和數(shù)據(jù)權(quán)限，滿足行政管理、運(yùn)維機(jī)構(gòu)和用戶的實(shí)時(shí)歷史位置服務(wù)需求，支持位置大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，為科學(xué)決策奠定基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)包括RTK核心網(wǎng)絡(luò)解算軟件層、數(shù)據(jù)庫采集存儲層、系統(tǒng)應(yīng)用層、外部終端與網(wǎng)絡(luò)通信層?？傮w框架如圖1所示。

RTK核心網(wǎng)絡(luò)解算軟件層包含Leica Spider和Trimble Pivot軟件，其數(shù)據(jù)庫為系統(tǒng)基準(zhǔn)站與RTK用戶信息來源。利用基準(zhǔn)站分配的唯一IP地址，網(wǎng)絡(luò)解算軟件可監(jiān)測各基準(zhǔn)站的網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)流狀態(tài)等實(shí)時(shí)信息。利用網(wǎng)絡(luò)解算軟件中的RTK位置數(shù)據(jù)分發(fā)模塊，可將用戶賬戶、時(shí)間、位置以及定位狀態(tài)等屬性分發(fā)至目的服務(wù)器地址和端口。數(shù)據(jù)庫采集存儲層由采集模塊和存儲文件組成。采集模塊將網(wǎng)絡(luò)層1發(fā)送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫或文本文件；數(shù)據(jù)庫文件存儲基準(zhǔn)站的實(shí)時(shí)信息、用戶信息、基本的統(tǒng)計(jì)分析信息和實(shí)時(shí)RTK位置數(shù)據(jù)；文本文件存儲歷史RTK位置大數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

系統(tǒng)應(yīng)用層包括基準(zhǔn)站信息管理發(fā)布子系統(tǒng)、用戶管理子系統(tǒng)、綜合統(tǒng)計(jì)分析子系統(tǒng)和RTK用戶信息管理子系統(tǒng)4個(gè)功能子系統(tǒng)，如圖2所示?；鶞?zhǔn)站信息管理發(fā)布子系統(tǒng)面向公眾用戶，用戶可利用電腦、手機(jī)等終端，以瀏覽器或手機(jī)應(yīng)用的方式查詢基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)、位置等信息。RTK用戶信息管理子系統(tǒng)面向注冊機(jī)構(gòu)、行政管理單位用戶和運(yùn)維機(jī)構(gòu)，可查詢權(quán)限范圍內(nèi)的RTK賬號屬性、實(shí)時(shí)位置和軌跡分析。用戶管理子系統(tǒng)面向運(yùn)維管理人員，可管理各類用戶，分配功能屬性和數(shù)據(jù)權(quán)限。綜合統(tǒng)計(jì)分析子系統(tǒng)面向運(yùn)維管理人員，可對基準(zhǔn)站、用戶所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析?；鶞?zhǔn)站統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)包括基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、數(shù)據(jù)完整性等；RTK用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析包括用戶機(jī)構(gòu)的相關(guān)屬性、賬戶實(shí)時(shí)和歷史位置的時(shí)空分布等。

圖2 系統(tǒng)應(yīng)用層子系統(tǒng)示意圖

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與同步更新技術(shù)

系統(tǒng)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)解算軟件間的數(shù)據(jù)同步和更新是關(guān)鍵。系統(tǒng)重新定義并設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)庫表，采用ETL過程模型和KETTLE解決方案[8]實(shí)現(xiàn)同步更新。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基準(zhǔn)站信息表、基準(zhǔn)站狀態(tài)記錄表等6個(gè)數(shù)據(jù)庫表。以RTK賬戶信息表為例，其結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)來源見表1。

表1 RTK賬戶信息表

RTK賬戶信息表結(jié)構(gòu)包括賬號屬性和注冊信息，賬號名稱為主鍵，是RTK賬號信息記錄的唯一標(biāo)識，其數(shù)據(jù)均與Pivot軟件數(shù)據(jù)庫同步。以賬號名稱為例，其同步于TPPDBAcounting中表dbo. Logins的LoginName字段。數(shù)據(jù)庫同步更新采用增量數(shù)據(jù)捕獲更新技術(shù)，以避免重復(fù)全量抽取數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和一致性。

2.2 RTK位置大數(shù)據(jù)的采集與管理

系統(tǒng)依托Pivot和Spider的NMEA數(shù)據(jù)分發(fā)模塊，對其轉(zhuǎn)發(fā)的用戶狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。由于該數(shù)據(jù)是不間斷、高頻率（一般為1 Hz）地向服務(wù)器推送，具備大數(shù)據(jù)特征，難以采集和管理，本文采用文本文件與數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的方法，在保存完整的實(shí)時(shí)和歷史位置數(shù)據(jù)的同時(shí)，兼顧數(shù)據(jù)調(diào)度效率，加載所屬機(jī)構(gòu)和位置信息的行政區(qū)域標(biāo)記，為RTK位置大數(shù)據(jù)挖掘和分析奠定基礎(chǔ)。RTK位置大數(shù)據(jù)采集與管理的具體流程如圖3所示。

圖3 RTK位置大數(shù)據(jù)采集與管理

①配置網(wǎng)絡(luò)解算軟件。配置現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)解算軟件的模塊作為客戶端配置的IP地址和端口，設(shè)定NMEA數(shù)據(jù)格式。以Pivot的NMEA distributer模塊為例，可設(shè)定為“Login+NMEA”，向目標(biāo)服務(wù)器發(fā)送RTK位置數(shù)據(jù)流。②接收RTK位置數(shù)據(jù)流。系統(tǒng)作為服務(wù)器端配置監(jiān)聽端口。③寫入數(shù)據(jù)庫文件，直接將初級RTK數(shù)據(jù)按時(shí)間先后順序依次寫入數(shù)據(jù)庫文件。系統(tǒng)為MySQL格式的RTK位置信息記錄表。④寫入文本文件，與步驟③同步進(jìn)行，文本文件采用YYYYMMDD_id.txt的形式保存。YYYY、MM和DD分別表示年月日。文本文件中一 行為一條位置數(shù)據(jù)記錄；同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)中賬號信息，添加其所屬機(jī)構(gòu)的區(qū)域標(biāo)識，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)權(quán)限的分配。⑤添加區(qū)域標(biāo)記，依次讀取存儲初級RTK位置數(shù)據(jù)流文本文件的每條記錄，利用經(jīng)緯度信息，采用“射線法”與行政區(qū)邊界數(shù)據(jù)逐個(gè)匹配。若位置記錄屬于某一行區(qū)域，則在位置記錄結(jié)尾添加區(qū)域代碼，形成最終的RTK位置數(shù)據(jù)。區(qū)域代碼可以《全國縣區(qū)以上行政區(qū)劃分類代碼》為參考。⑥將最終的RTK位置數(shù)據(jù)寫入文本文件，其對應(yīng)的文本文件采用YYYYMMDD_geo.txt的形式保存。

在將RTK位置數(shù)據(jù)寫入文本文件時(shí)，系統(tǒng)每天存儲一個(gè)文本文件，當(dāng)天處理前一天數(shù)據(jù)并添加區(qū)域代碼，因此位置數(shù)據(jù)分析現(xiàn)勢性最高為前1天。當(dāng)數(shù)據(jù)量較小或計(jì)算能力較強(qiáng)時(shí)，可進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)分析現(xiàn)勢性。

3 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

3.1 基準(zhǔn)站管理與統(tǒng)計(jì)分析

查詢基準(zhǔn)站的屬性和實(shí)時(shí)狀態(tài)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析是運(yùn)維人員的日常工作?；鶞?zhǔn)站管理、顯示以及統(tǒng)計(jì)分析界面如圖4所示。圖4a為基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)狀態(tài)界面，正常、異?；鶞?zhǔn)站和用戶均以天地圖為底圖顯示；圖 4b為基準(zhǔn)站管理界面，根據(jù)用戶類型的不同，可查詢到不同層次的信息，如維護(hù)人員可以而公眾用戶則無法查詢基準(zhǔn)站保管人信息；圖4c、4d為統(tǒng)計(jì)分析界面，可根據(jù)市州、建站時(shí)間等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

圖4 基準(zhǔn)站管理與統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用界面（審圖號：GS(2017)508）

3.2 歷史軌跡分析

歷史軌跡分析用于測繪機(jī)構(gòu)查詢賬號歷史作業(yè)位置和軌跡，也可為各級行政主管部門提供監(jiān)管依據(jù)。以2017年2月4日湖南省某測繪單位賬號為例，其歷史作業(yè)位置如圖5所示。

圖5中紅色位置為經(jīng)過抽稀后的RTK作業(yè)位置，依據(jù)時(shí)間先后順序在地圖中展示。結(jié)合該作業(yè)位置，測繪單位可核實(shí)作業(yè)隊(duì)伍的工作情況，同時(shí)測繪地理信息行政管理部門也可監(jiān)督轄區(qū)內(nèi)測繪作業(yè)的情況。

圖5 歷史軌跡分析應(yīng)用界面

3.3 RTK位置大數(shù)據(jù)分析

對RTK位置大數(shù)據(jù)分布進(jìn)行分析是維護(hù)人員的重要工作。維護(hù)人員可對用戶分布、信號覆蓋進(jìn)行進(jìn)一步分析，為后期基準(zhǔn)站升級改造和優(yōu)化服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)。圖6為RTK位置數(shù)據(jù)轄區(qū)統(tǒng)計(jì)和熱力分析示意圖。

圖6 RTK位置分析界面

圖6a為長沙地區(qū)（含6區(qū)2縣1市）2016年12 月1～20日時(shí)段，共計(jì)204個(gè)賬號曾在該區(qū)域內(nèi)登陸HNCORS進(jìn)行作業(yè)。如圖6b所示，可采用熱力分布圖的形式進(jìn)一步展示具體位置分布情況。該時(shí)段內(nèi)，用戶主要集中在長沙城區(qū)、長沙縣、寧鄉(xiāng)縣以及長株潭交界等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。

4 結(jié) 語

管理服務(wù)系統(tǒng)是反映CORS發(fā)展和服務(wù)能力的窗口。針對HNCORS建設(shè)特點(diǎn)，本文設(shè) 計(jì)并實(shí)現(xiàn)了兼容HNCORS現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)解算軟件、滿足各類監(jiān)管和位置大數(shù)據(jù)分析需求的管理服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)面向控制中心、RTK用戶機(jī)構(gòu)以及行政主管部門，具有較好的交互性，有利于規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化HNCORS的管理運(yùn)行維護(hù)水平，提升監(jiān)督管理和服務(wù)能力。

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