楊翼飛

(廣西壯族自治區(qū)基礎(chǔ)地理信息中心,廣西 南寧 530023)

0 引 言

據(jù)全國衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站備案管理統(tǒng)計,已建有覆蓋全國的各類衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站不少于6 000座,絕大部分省份都建立了省(自治區(qū)、直轄市)級北斗衛(wèi)星導(dǎo)航(BDS)地基增強系統(tǒng)[1-2]．廣西也構(gòu)建了由102座衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站搭建的自治區(qū)級BDS地基增強系統(tǒng),實現(xiàn)了BDS與位置服務(wù)的米級、亞米級、厘米級和事后毫米級的多級導(dǎo)航定位服務(wù)[3-4]．

廣西現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)管理和綜合服務(wù)在常規(guī)導(dǎo)航與位置服務(wù),特別是高精度定位服務(wù)上,一般采用審慎審核的方式,需要提供多種證明材料,確保符合測繪資質(zhì)的單位開展測繪地理信息采集業(yè)務(wù)[5-6];在衛(wèi)星定位基準(zhǔn)站行政監(jiān)管方面,需要做到安全并網(wǎng)服務(wù),基準(zhǔn)站建設(shè)和備案監(jiān)管;在全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)數(shù)據(jù)快速處理方面,需要做到服務(wù)全區(qū)全域大地控制測量,具備支撐海量大地控制測量服務(wù)的能力;在基準(zhǔn)站運行維護方面,需要做到視頻監(jiān)控、委托保管和技術(shù)支持等高效智能化的運維管理能力等.無論是管理上還是技術(shù)實現(xiàn)方式上均存在不能滿足用戶需求的情況,為改變傳統(tǒng)測繪基準(zhǔn)管理與綜合服務(wù)方式,利用現(xiàn)代測繪地理信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),構(gòu)建了廣西現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)管理與綜合服務(wù)平臺(下稱平臺),力求解決行政監(jiān)管有效性、業(yè)務(wù)服務(wù)高效性和運維管理智能化等多方面的問題,提高業(yè)務(wù)服務(wù)的效率和綜合運維管理的能力[7-9]．

1 系統(tǒng)搭建

系統(tǒng)依托現(xiàn)有廣西連續(xù)運行基準(zhǔn)站網(wǎng)(CORS)基礎(chǔ)平臺,建設(shè)采用Client/Server(C/S))和Browser/Server(B/S)混合架構(gòu)的廣西現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)管理與綜合服務(wù)平臺系統(tǒng),通過該系統(tǒng)平臺實現(xiàn)CORS 運維三位一體(即“基站、控制中心、流動站(用戶)”)的管理模式,并通過靈活配置,可為不同類型、不同角色的用戶提供基于天地圖等圖文一體化的位置定位服務(wù).同時考慮與共享發(fā)布平臺的互融互通,具有較好的擴展性和前瞻性．

1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

平臺利用模塊化設(shè)計,各個模塊之間相互獨立,無直接耦合關(guān)系. 數(shù)據(jù)傳遞通過數(shù)據(jù)庫進行互相聯(lián)系,模塊間的修改更新互不影響．整體架構(gòu)包括應(yīng)用層、模塊層、平臺層和數(shù)據(jù)層．其中:1)應(yīng)用層是系統(tǒng)的用戶接口部分,它擔(dān)負著用戶與模塊層間的對話功能．為使用戶能直觀地操作,一般要使用圖形用戶接口,操作簡單、易學(xué)易用;2)模塊層相當(dāng)于應(yīng)用的本體,實現(xiàn)應(yīng)用層與數(shù)據(jù)層間的交互．模塊層包含確認用戶對應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫存取權(quán)限的功能以及記錄系統(tǒng)處理日志的功能,是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),負責(zé)管理對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的讀寫;3)平臺層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺和開發(fā)平臺;4)數(shù)據(jù)層是整套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源部分,負責(zé)提供系統(tǒng)所需的各種基礎(chǔ)信息．四層結(jié)構(gòu)解決方案是:對這四層進行明確分割,并在邏輯上獨立．系統(tǒng)主要技術(shù)架構(gòu)如圖1所示．

1.2 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

在數(shù)據(jù)庫搭建方面,平臺采用MySQL及SQLServer2008混合搭建．服務(wù)端B/S架構(gòu)數(shù)據(jù)庫采用MySQL,C/S架構(gòu)數(shù)據(jù)庫采用SQLServer2008．整個數(shù)據(jù)庫搭建根據(jù)業(yè)務(wù)流程和核心技術(shù)兩個框架來搭建,首先B/S架構(gòu)數(shù)據(jù)庫MySQL容納了日常業(yè)務(wù)的注冊、申請、審核、上傳、批準(zhǔn)、短信通知和觀測數(shù)據(jù)上傳等系列業(yè)務(wù)流數(shù)據(jù),同時存儲用戶日志數(shù)據(jù)、流動站數(shù)據(jù)、用戶登錄數(shù)據(jù),新聞播報和業(yè)務(wù)通知等用戶和新聞通告數(shù)據(jù);C/S架構(gòu)數(shù)據(jù)庫SQLServer2008容納了基站觀測數(shù)據(jù)、基站日志文件、各等級自動解算控制點成果、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、BDS短報文數(shù)據(jù)、日常運維報表、數(shù)據(jù)質(zhì)量分析、基站管理、對流層、電離層和多路徑分析等,概要數(shù)據(jù)庫集合如圖2所示．

圖2 平臺數(shù)據(jù)庫構(gòu)成示意圖

2 功能設(shè)計

平臺采用模塊化開發(fā),主要包括三個功能模塊：1)服務(wù)端,負責(zé)對外服務(wù)的開發(fā),主要包含在線業(yè)務(wù)辦理、短信提醒和在線支付等業(yè)務(wù)模塊;2)管理端,負責(zé)后臺差分監(jiān)控的開發(fā),主要包含在線委托保管、電子運維和視頻監(jiān)控、實時動態(tài)(RTK)、實時動態(tài)碼相位差分(RTD)和格網(wǎng)化差分服務(wù)、GNSS自動解算和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等管理業(yè)務(wù)模塊；3)監(jiān)管端,負責(zé)政務(wù)服務(wù)開發(fā),主要包含并網(wǎng)申請,子網(wǎng)劃分和電子圍欄等政務(wù)模塊．主要模塊如圖3所示．

圖3 平臺主要業(yè)務(wù)模塊

2.1 服務(wù)端

服務(wù)端分為用戶和管理員,由注冊申請、審核和批準(zhǔn)三大流程組成．用戶通過注冊申請,將材料提交到系統(tǒng),管理員審核提交資料后,決定是否生效.在用戶注冊、審核和賬號發(fā)送等環(huán)節(jié)都提供了短信推送,及時告知用戶.同時申請表根據(jù)注冊信息自動生成,并將保密承諾、用戶使用須知和用戶申請信息等集成在一張紙上,實現(xiàn)“一紙化”減少用戶申請工序,具體流程如圖4所示．為提高現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)成果的應(yīng)用和推廣,將用戶區(qū)分為測繪資質(zhì)單位、建設(shè)勘測資質(zhì)單位和自治區(qū)政府行政單位三類：1)測繪資質(zhì)單位通過提供有效的資質(zhì)證書等材料直接申請;2)建設(shè)勘測資質(zhì)單位必須有相應(yīng)項目支撐,在項目期和項目區(qū)內(nèi)提供相應(yīng)的服務(wù),不得從事非法測繪;3)自治區(qū)各級政府行政單位,通過行政審批,可用于日常行政業(yè)務(wù),不得從事盈利性或與業(yè)務(wù)無關(guān)的測繪活動．

服務(wù)端的功能設(shè)計主要改變了傳統(tǒng)辦理賬號和GNSS解算業(yè)務(wù)需要到達CORS中心的模式,改變?yōu)槔没ヂ?lián)網(wǎng),實現(xiàn)網(wǎng)上辦理業(yè)務(wù),減少了繁冗資料和手續(xù)的準(zhǔn)備工作.根據(jù)用戶類型,制定了對應(yīng)的規(guī)范申請流程,提升了服務(wù)效率．

圖4 業(yè)務(wù)辦理流程圖

2.2 管理端

管理端負責(zé)后臺差分服務(wù)的開發(fā),具備米級、亞米級、厘米級和事后毫米級的多級定位服務(wù)能力和智能化運維保障能力,同時提供強大的位置服務(wù)能力．

2.2.1 電子運維和視頻監(jiān)控

基準(zhǔn)站電子運維改變了傳統(tǒng)在站點上放置紙質(zhì)運維手冊進行記錄登記的方式,利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),調(diào)取數(shù)據(jù)庫中電子表格,實地拍照,記錄問題,實現(xiàn)現(xiàn)場與后臺同步更新的智能運維方式.同時數(shù)據(jù)中心提供多頻視頻監(jiān)控,如圖5所示,圖中藍色站點為已安裝視頻監(jiān)控,灰色站點為未安裝視頻監(jiān)控,點擊某個站點即可實時查看站點狀況,并可與實地委托保管員進行溝通,顯著提高了站點運維效率.結(jié)合每日實現(xiàn)的所有衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測分析,確保了站點上線率達到95%以上．

圖5 基準(zhǔn)站視頻監(jiān)控運維

2.2.2 RTK、RTD和格網(wǎng)化差分服務(wù)

支持四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS，GLONASS，BDS，Calileo)的后臺差分系統(tǒng)是現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)維持的核心,基于載波相位差分和偽距差分原理,實現(xiàn)實時厘米級和米級(亞米級)的導(dǎo)航定位服務(wù),實現(xiàn)高精度用戶的定位服務(wù).通過格網(wǎng)化改正推送方式,實現(xiàn)導(dǎo)航和位置服務(wù)大眾應(yīng)用分布式海量用戶(目前支持同步十萬量級)的高精度定位服務(wù).通過多種技術(shù)手段,實現(xiàn)了廣西現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)的米級、亞米級、厘米級和事后毫米級導(dǎo)航定位服務(wù)能力．

2.2.3 GNSS自動解算

GNSS自動解算功能的實現(xiàn),有效地提高了平臺對全區(qū)測量控制網(wǎng)的解算能力．該模塊實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核、基線解算、三維無約束平差、三維約束平差、二維平差和報告自動生成的全流程集成.同時針對不同等級控制點,對外業(yè)務(wù)具備從10 min～3 h的D級及以下等級各級控制點的快速解算能力,有效保障了重大項目控制網(wǎng)的快速敷設(shè)．

2.3 監(jiān)管端

監(jiān)管端負責(zé)實現(xiàn)對全區(qū)衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站監(jiān)督管理,提供省市縣衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站并網(wǎng)服務(wù),電子圍欄等功能,減少重復(fù)建設(shè),提高公共資源利用效率．監(jiān)管端可對基站進行數(shù)據(jù)質(zhì)檢,包括數(shù)據(jù)完整率、多路徑與周跳比,及時掌握基站動態(tài)[10],完善對基站的管理．

2.3.1 并網(wǎng)服務(wù)模塊

平臺提供了并網(wǎng)功能,根據(jù)站點共享機制原則,市縣測繪行政主管部門根據(jù)自治區(qū)級框架網(wǎng)進行加密建設(shè).目前已實現(xiàn)南寧、柳州和北海等6個區(qū)市的站點并網(wǎng)申請,合理利用了已有站點情況,避免重復(fù)建設(shè),達到資源的有效利用．

2.3.2 電子圍欄模塊

平臺具備按照行政區(qū)劃、矩形和多邊形等多種方式的電子圍欄功能模塊．在特定項目區(qū)內(nèi)實現(xiàn)高精度定位服務(wù);在重要設(shè)施如軍事管理區(qū)、民用機場和大型公共設(shè)施等區(qū)域設(shè)定不提供高精度差分服務(wù)等,在位置服務(wù)的源頭即可達到行政監(jiān)管,避免黑飛和非法測繪等行為的發(fā)生．

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 自主研發(fā)GNSS數(shù)據(jù)自動解算、平差功能,實現(xiàn)從用戶上傳數(shù)據(jù)到輸出平差報告的自動無縫銜接

以COM組件為表現(xiàn)形式,以靜態(tài)后處理軟件為數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ),輔以自動化解算思想,系統(tǒng)根據(jù)概略位置自動選取足夠的周邊基準(zhǔn)站作為解算控制點及數(shù)據(jù)檢核點,利用加密的基站坐標(biāo)庫,進行GNSS觀測點E級解算平差,結(jié)果輸出1954年北京坐標(biāo)系及1980西安坐標(biāo)系的投影坐標(biāo),同時使用2000國家大地坐標(biāo)作為檢查點檢核解算成果精度,并最終直接輸出平差報告,從用戶上傳數(shù)據(jù)到輸出平差報告的自動無縫銜接,實現(xiàn)兼容BDS的GNSS數(shù)據(jù)全自動解算,解算流程包括申請、審核、批準(zhǔn)、解算完成等均可以短信方式通知用戶．

本系統(tǒng)的自動解算技術(shù)可以將BDS、GPS和GLONASS的數(shù)據(jù)處理方式統(tǒng)一起來,既可以單獨處理這三種系統(tǒng)數(shù)據(jù),也可以聯(lián)合處理組合數(shù)據(jù)．在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi),作為一項智能傻瓜式的內(nèi)業(yè)處理功能,對促進行業(yè)發(fā)展具有重要意義．

圖6為利用平臺自動解算功能計算三個已知點的坐標(biāo)值與真值的偏差圖,隨著觀測時長的增長,即觀測時長達到30 min后,N、E、U三個方向上的自動解的計算值與真值的偏差滿足平面3 cm以內(nèi),高程5 cm以內(nèi)的精度要求．

圖6 三個已知點自動解算軟件在NEU方向的計算值與真值的偏差圖

3.2 電子?xùn)艡诩夹g(shù),更加有效地監(jiān)管廣西CORS的用戶和設(shè)備．

1)有效使用區(qū)域的規(guī)劃管理

可預(yù)先對作業(yè)區(qū)域進行工作范圍規(guī)劃,合理配置資源,依據(jù)用戶需求繪制不規(guī)則區(qū)域的電子?xùn)艡?對使用廣西CORS的用戶和設(shè)備的管理做到心中有數(shù),管控項目的整個過程．更重要的是,電子?xùn)艡诠δ苓€能在一定程度上有效預(yù)防非法測繪等違法事件的發(fā)生．

2)作業(yè)進度及軌跡查詢

對于電子?xùn)艡趦?nèi)的設(shè)備實時監(jiān)控,根據(jù)作業(yè)面積或作業(yè)點數(shù)進行概略的進度統(tǒng)計,管理者可以在手機或電腦中了解項目實時進度信息.如圖7所示,可查詢用戶的作業(yè)軌跡,以短信形式通知項目負責(zé)人作業(yè)進度信息,實現(xiàn)真正的精細化管理．

圖7 用戶作業(yè)軌跡查詢

3.3 實現(xiàn)差分軟件與系統(tǒng)管理平臺一體化

差分服務(wù)軟件NRS,如圖8示,以廣西CORS為平臺,兼容接入拓普康、天寶、南方等多品牌參考站觀測數(shù)據(jù),提供單GPS衛(wèi)星系統(tǒng)或兼容BDS的多衛(wèi)星系統(tǒng)的聯(lián)合解算,提供高精度差分定位服務(wù).系統(tǒng)管理平臺以差分服務(wù)軟件為基礎(chǔ),實現(xiàn)差分軟件與系統(tǒng)管理平臺一體化．

圖8 差分服務(wù)用戶管理軟件界面

3.4 CORS基準(zhǔn)站管理平臺化,從系統(tǒng)概念到平臺概念的提升

通過本項目基準(zhǔn)平臺,可以實現(xiàn)對廣西規(guī)劃局、國土局等下屬縣市已有的CORS基準(zhǔn)站進行有條件的并網(wǎng)操作,統(tǒng)一由省網(wǎng)管理;同時，對各區(qū)域原有的CORS子網(wǎng)，分配周邊省級或地市級CORS基準(zhǔn)站,進行子網(wǎng)的加強,達到資源利用最大化．

這種對分散的基準(zhǔn)站進行統(tǒng)一申請,統(tǒng)一檢查,統(tǒng)一管理的模式,是CORS系統(tǒng)管理的必然趨勢,可避免社會資源的閑置及浪費,在提升經(jīng)濟效益的同時,也大大提升了社會效益．

4 結(jié)束語

廣西現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)管理與綜合服務(wù)平臺的建設(shè),改變了衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)的傳統(tǒng)模式,提出了智能化運維、行政監(jiān)管和位置服務(wù)三位一體的多功能服務(wù)模式.有效地提升了位置服務(wù)的能力和范圍,同時也為行政監(jiān)管提供了一個行之有效的手段.智能化衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站運維方式,減輕了技術(shù)人員的勞動強度,提升了工作效能．