成夏葳，馬新瑩，王 斌

(國家測繪地理信息局 大地測量數(shù)據(jù)處理中心，西安 710054)

0 引言

全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(global navigation satellite system，GNSS)連續(xù)運行基準站是建立和維持國家和區(qū)域高精度靜態(tài)、動態(tài)、地心、3維坐標參考框架的現(xiàn)代測繪基礎設施，是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，可提供實時和準實時的集約化位置導航服務。GNSS連續(xù)運行基準站網(wǎng)(簡稱“基準站網(wǎng)”)是由若干基準站、數(shù)據(jù)中心及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡組成的，提供數(shù)據(jù)、導航、定位、定時及其他服務的系統(tǒng)[1-2]。

基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息是地理信息獲取不可或缺的手段和資源，離開了快速精確的空間位置信息，就不能優(yōu)質高效的獲取地理信息數(shù)據(jù)，影響經濟社會與之相關領域的信息化、數(shù)字化、智能化發(fā)展水平和速度。目前省級測繪地理信息部門和地震、氣象等行業(yè)部門建設了2 300多座基準站[3]，但由于對基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源管理沒有統(tǒng)一標準，難以實現(xiàn)國家和區(qū)域基準站網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息資源互聯(lián)、互通、互操作，造成了數(shù)據(jù)信息、產品以及服務等方面的技術障礙。為此需要對基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的類別劃分、技術要求、存儲備份等方面予以規(guī)范，實現(xiàn)基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息記錄、存儲、備份、共享和應用制度化、規(guī)范化、標準化，為國家和區(qū)域坐標框架建立、維持、更新、基準站穩(wěn)定性分析、衛(wèi)星導航定位服務等應用奠定基礎。

1 基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀

1.1 基準站網(wǎng)建設現(xiàn)狀

我國國家基準站網(wǎng)于2015年建成，由410個基準站組成，其中新建基準站全部配置北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)(BeiDou navigation satellite system，BDS)接收機，實現(xiàn)了基于BDS的國家坐標框架維持及實時導航定位服務[4-5]。區(qū)域基準站網(wǎng)從2006年開始到目前為止，除西藏、陜西外，全國29個省(市、區(qū))建設了各自的基準站網(wǎng)，并對社會提供服務；區(qū)域基準站網(wǎng)已經成為區(qū)域坐標框架維持的主要測繪基礎設施，在國民經濟建設、社會發(fā)展、國家安全等方面都發(fā)揮著重要作用。

新的測繪法提出測繪地理信息主管部門要建立統(tǒng)一的衛(wèi)星導航定位基準服務系統(tǒng)，提供導航定位基準信息的公共服務[6]。2015—2030年期間，我國將對國家和區(qū)域基準站進行升級改造，使其逐漸過渡到BDS或BDS兼容系統(tǒng)。統(tǒng)籌區(qū)域基準站網(wǎng)，形成全國無縫銜接、資源共享的全國衛(wèi)星導航定位基準服務系統(tǒng)，實現(xiàn)我國衛(wèi)星導航領域自主可控，面向全國用戶提供米級、分米級、厘米級的實時導航定位服務[7-8]。

1.2 基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源管理現(xiàn)狀

目前，國家和區(qū)域基準站網(wǎng)的運行、應用已經日趨成熟，全國一張網(wǎng)的規(guī)劃建設初具規(guī)模，但由于區(qū)域基準站網(wǎng)建設的年代先后不一，建設的技術要求和坐標基準不一致，儀器設備、數(shù)據(jù)存儲方式、管理標準不盡相同，且只能滿足本區(qū)域的基本應用[9-14]。國家基準站網(wǎng)與區(qū)域基準站網(wǎng)，區(qū)域基準站網(wǎng)之間彼此獨立，無法互聯(lián)、互通、互操作，不能實現(xiàn)跨區(qū)域數(shù)據(jù)信息資源共享，不利于高精度位置服務的推廣，不利于全國區(qū)域站網(wǎng)之間資源共享、數(shù)據(jù)應用、科學研究，阻礙著未來跨區(qū)域導航定位服務的開展[5]。

1.3 基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源管理存在的問題1.3.1 基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源

基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源主要包括基準站網(wǎng)信息、基準站信息、GNSS觀測數(shù)據(jù)文件和實時GNSS觀測數(shù)據(jù)流等(如圖1所示)。

1.3.2 存在問題

1)基準站信息記錄不規(guī)范。全國沒有統(tǒng)一的基準站信息管理規(guī)范標準，各地的基準站信息記錄不統(tǒng)一、更新不及時。雖然文獻[1]對部分信息記錄有所規(guī)定，但沒有具體樣表、圖例參考，如當基準站站點要素信息發(fā)生變化，或幾個基準站使用同一站名、代碼時，如何記錄站點信息沒有具體規(guī)定。

2)站址周邊環(huán)境發(fā)生變化記錄不及時。當站址周邊一定范圍內發(fā)生滑坡、地震、大型工程施工、新建構筑物形成遮擋時，導致站點位置坐標變化，觀測數(shù)據(jù)質量不高或產生嚴重錯誤。此類信息如不及時更新記錄，或不隨觀測數(shù)據(jù)文件一起存儲備份，將會導致計算的站點坐標產生較大誤差或錯誤，影響定位精度及成果的準確性[10-12]。

3)基準站數(shù)據(jù)文件組織形式不統(tǒng)一。區(qū)域基準站網(wǎng)建設時間先后不一，使用的儀器設備類型多樣，同一區(qū)域有多個品牌，同一品牌因儀器設備升級、更新帶來儀器型號不同，性能也不一樣[2]。隨機軟件下載的數(shù)據(jù)會因儀器生產廠家不同、軟件版本差異，導致基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)文件組織形式不盡相同，影響事后精密處理結果和以往數(shù)據(jù)資料分析查證。

4)基準站天線高歸算位置不統(tǒng)一。區(qū)域基準站網(wǎng)建設時未采用統(tǒng)一技術標準，形成各區(qū)域基準站網(wǎng)天線高歸算位置不一致。基準站坐標是實現(xiàn)差分定位服務的關鍵，其天線型號、天線高歸算位置的準確性直接影響導航定位的精度和可靠性。如天線的相位中心偏差(phase center offset,PCO)及相位中心變化(phase center variation，PCV)對長基線在各分量方向或長度上的影響最大可達到101 mm[15]。

5)數(shù)據(jù)存儲備份管理標準不統(tǒng)一。造成基準站數(shù)據(jù)存儲備份管理內容不一致，表現(xiàn)在接收機、天線、天線高等信息更新不及時、不完整，關鍵信息命名標準不統(tǒng)一，存儲內容不統(tǒng)一，部分信息與實際不符，站點觀測數(shù)據(jù)異常時不能及時發(fā)現(xiàn)。

6)基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源不共享。各地基準站建設、運行、維護、管理、服務標準不統(tǒng)一，坐標框架更新不一致，數(shù)據(jù)信息資源難以共享，造成資源極大浪費。

上述問題的存在不利于基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息獲取、整理、分析、處理、存儲、備份、管理及充分合理利用。有些數(shù)據(jù)信息僅當時數(shù)據(jù)管理人員清楚，一旦其離開工作崗位，數(shù)據(jù)信息很難復原，影響成果的溯源和使用。

2 基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源規(guī)范管理

2.1 規(guī)范基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息

基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源包括基準站網(wǎng)基本信息、基準站屬性、GNSS儀器設備及管理單位信息等，如表1所示。

表1 基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息

按照表1的內容建立基準站網(wǎng)信息記錄檔案，以圖表的形式詳細規(guī)范每項屬性信息填寫內容，如一站多名稱，一站多用途，一地多站的站名及代碼編寫要求，接收機、天線、天線罩的使用、升級、維修、更換信息記錄，站點發(fā)生地震、滑坡等地質災害記錄，管理單位信息變更記錄，重要問題處理意見及處理結果記錄等，均應按要求及時填寫變化信息，記錄歸檔，長期保存。

2.2 規(guī)范基準站數(shù)據(jù)信息

基準站數(shù)據(jù)信息包括站點基本情況、GNSS儀器設備類型、天線高信息及聯(lián)測水準信息等，如表2所示。

表2 基準站數(shù)據(jù)信息

基準站數(shù)據(jù)信息記錄按照表2的內容順序編制，范例采用文字和圖表結合的形式嚴格規(guī)定。每個基準站有一個完整的信息記錄手簿，并對手簿進行編號，手簿按頁碼順序連續(xù)記錄，不得漏頁和缺頁。每項數(shù)據(jù)信息有具體規(guī)定，如站點名稱、站點代碼命名、天線高的計量單位。當站點周圍環(huán)境、儀器設備、天線高及歸算位置等發(fā)生變化或更換，應現(xiàn)場實時填寫，不能事后憑回憶記錄，記錄信息及時歸檔，長期保存。

2.3 規(guī)范GNSS觀測數(shù)據(jù)文件

GNSS觀測數(shù)據(jù)文件是指基準站連續(xù)觀測生成的數(shù)據(jù)文件，可準實時或事后傳輸至數(shù)據(jù)控制中心，主要用于事后精密數(shù)據(jù)處理、坐標框架計算以及其他服務。文件內容包括站點基本信息、GNSS觀測數(shù)據(jù)、氣象元素數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 基準站觀測數(shù)據(jù)信息

GNSS觀測數(shù)據(jù)文件格式包括設備直接輸出格式和國際通用標準格式(如：RINEX格式)。按照文獻[1]規(guī)定，基準站僅傳輸采樣間隔為30 s的RINEX格式觀測、氣象、導航等文件，在本地保留二進制數(shù)據(jù)至少30 d作中發(fā)現(xiàn)有的單位只用隨機軟件保留了標準格式，而未保存設備直接輸出格式。從實際應用看，這2種格式均應長期保存。

2.4 規(guī)范實時觀測數(shù)據(jù)流

實時觀測數(shù)據(jù)流是基準站以一定的時間間隔輸出的觀測數(shù)據(jù)，包括觀測數(shù)據(jù)及其屬性信息[2]，如表4所示。

表4 實時觀測數(shù)據(jù)流信息

實時觀測數(shù)據(jù)流的格式包括設備直接輸出格式和國際通用標準格式(如：RTCM、BINEX格式)，2種格式均應長期保存。對接收機能接收到的多模GNSS觀測數(shù)據(jù)，也應全部長期保存。

2.5 規(guī)范數(shù)據(jù)信息匯集格式

基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源匯集、存儲、備份時，應有嚴格的目錄結構要求，為日后查詢、使用、分析提供方便。匯集目錄結構應以圖2結構規(guī)范，即“省市名稱/基準站名(站編號)/數(shù)據(jù)文件”。

2.6 規(guī)范數(shù)據(jù)信息存儲標準

研究分析各區(qū)域基準站數(shù)據(jù)信息的不同下載及存儲方式，按照制度化、通用化、統(tǒng)一化、標準化原則，規(guī)范基準站數(shù)據(jù)信息存儲內容和文件組織形式。制定數(shù)據(jù)信息長期保存、備份方案，防止存儲介質失效，確保數(shù)據(jù)的完整性和可用性。研發(fā)高效、可靠、準確、規(guī)范、安全自動化的存儲備份管理軟件，確保對基準站網(wǎng)各期數(shù)據(jù)信息長期有效安全的存儲。

3 制定相關規(guī)范研發(fā)共享應用平臺思考

3.1 制定相關規(guī)范標準

制定基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源管理規(guī)范標準，研發(fā)與之相適應的應用管理軟件，解決數(shù)據(jù)信息缺漏丟失，避免重復投入和應用不便，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息資源共享和合理使用，確?；鶞收揪W(wǎng)數(shù)據(jù)信息的權威性和準確性：

1)制定規(guī)范標準要在充分調研區(qū)域基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源管理的基礎上進行，以協(xié)調性、統(tǒng)一性、強制性、實用性、規(guī)范性為原則，充分考慮省市和行業(yè)部門對基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源的應用需求，達到操作性強、覆蓋面廣、適用性好。

2)規(guī)范基準站網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)、站址信息、設備信息、數(shù)據(jù)處理、坐標成果、用戶信息、應用服務、運行維護、坐標參考框架維持與更新標準，實現(xiàn)區(qū)域網(wǎng)與區(qū)域網(wǎng)之間，國家網(wǎng)與區(qū)域網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)資源共享。

3)規(guī)范基準站信息、站址變動信息填寫格式。制定統(tǒng)一的天線高信息、數(shù)據(jù)頭文件信息、接收機及天線更換信息等內容的記錄格式、填寫順序、計量單位、信號編碼和傳輸格式、存儲方式等方面的技術標準，確?；鶞收緮?shù)據(jù)信息的準確性、可溯性。

4)按照基準站數(shù)據(jù)密級劃分要求，制定基準站數(shù)據(jù)信息安全管理規(guī)范，并開發(fā)與之相適應的保密技術處理軟硬件，確保基準站數(shù)據(jù)信息安全[16]。

3.2 搭建共享應用平臺

為了便于管理基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，本著統(tǒng)一、通用、實用、方便的原則，搭建基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源共享交換平臺，實現(xiàn)國家和區(qū)域基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息在平臺上填報統(tǒng)計、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)檢測、質量分析、交換共享、存儲管理等功能，保證區(qū)域基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)資源的正確性、實時性、現(xiàn)勢性、合理性、一致性和兼容性。構建區(qū)域基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源共享基本架構如圖3所示。

4 結束語

國家和區(qū)域基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息是國家和區(qū)域重要的空間地理信息資源，目前我國尚未形成基準站數(shù)據(jù)信息資源管理機制，造成全國范圍內數(shù)據(jù)信息資源共享困難，不能發(fā)揮數(shù)據(jù)信息在源頭性研究和社會服務，給國家和省市行政管理和公共服務帶來不便。

本文結合當前區(qū)域基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源管理現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，提出了以現(xiàn)有國家、區(qū)域基準站網(wǎng)為基礎，規(guī)范基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源管理策略和搭建基準站網(wǎng)共享應用平臺的思考，從而消除以行政區(qū)域彼此獨立管理造成的資源共享障礙，提高數(shù)據(jù)信息資源利用率。以標準化、網(wǎng)絡化、自動化、實時化、智能化為目標，實現(xiàn)區(qū)域基準站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源跨區(qū)域、跨行業(yè)的共享和廣泛應用，增強國家及區(qū)域衛(wèi)星導航定位服務能力，推進衛(wèi)星導航定位產業(yè)發(fā)展。