楊正午

(山西省信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

在我國廣大的邊境地區(qū)，特別是東北、西北等地，由于缺乏足夠數(shù)量和密度的高精度北斗基礎(chǔ)設(shè)施及用于導(dǎo)航增強信號傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)沒有或滿足不了要求，與厘米級覆蓋能力目標(biāo)的實現(xiàn)相距甚遠(yuǎn)。中高分辨率遙感數(shù)據(jù)主要依賴高分專項衛(wèi)星數(shù)據(jù)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)國土覆蓋每年不足一次，相比美國、歐洲等傳統(tǒng)遙感強國，中國遙感系統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)起步晚、技術(shù)底子薄，雖然通過近些年的發(fā)展取得了長足的進步，但仍與世界先進水平存在差距。對于遙感信息提取，停留在遙感數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)處理上，在多源數(shù)據(jù)融合與聯(lián)合反演、遙感數(shù)據(jù)深層次挖掘以及遙感增值服務(wù)方面的發(fā)展水平與國外仍有差距[1，2]。在未來的十年中，北斗遙感技術(shù)將步入一個能快速、及時提供多種對地觀測數(shù)據(jù)的新階段。遙感圖像的空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率都會有極大的提高。高分辨率遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用隨著空間技術(shù)發(fā)展，尤其是地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展及相互滲透，將會越來越廣泛[3，4]。

1 北斗高分系統(tǒng)總體架構(gòu)

北斗高分系統(tǒng)綜合應(yīng)用示范總體架構(gòu)結(jié)合北斗高分信息化規(guī)劃要求，以開展全方位、高效率、智能化的行業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用為原則，強化北斗在行業(yè)領(lǐng)域的服務(wù)和支撐。采用標(biāo)準(zhǔn)的層級結(jié)構(gòu)體系，建立體系架構(gòu)分層模型，共分為應(yīng)用業(yè)務(wù)層、基礎(chǔ)支撐層、基礎(chǔ)設(shè)施層三個部分，并構(gòu)建一整套安全規(guī)范體系，確保數(shù)據(jù)及信息安全?？傮w如下：

1.1 感知層

感知層是北斗終端、傳感器及高分遙感載荷的信息采集和匯集層，包括農(nóng)機終端、車載終端、手持終端、人員定位終端、高精度終端等。可將車輛、人員、貨物、環(huán)境、農(nóng)作物等對象的位置、速度、圖片、視頻等感知信息進行采集、存儲、傳輸。

1.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要包括4G/5G移動互聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、專用VPN網(wǎng)絡(luò)、北斗短報文、物聯(lián)網(wǎng)通訊的方式將感知層的各種數(shù)據(jù)傳輸至平臺。不同的終端設(shè)備采用一種或多種方式進行傳輸。平臺與平臺之間主要通過互聯(lián)網(wǎng)、VPN專網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交互。

1.3 基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層包括服務(wù)器、存儲器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)安全防御、數(shù)據(jù)庫和軟件等；基礎(chǔ)設(shè)施層是將大量相同類型的資源構(gòu)成同構(gòu)或接近同構(gòu)的資源池，如計算資源池、數(shù)據(jù)資源池等。構(gòu)建資源池更多是物理資源的集成和管理工作，利用管理中間件對云計算的資源進行管理，并對眾多應(yīng)用任務(wù)進行調(diào)度，使資源能夠高效、安全地為應(yīng)用提供服務(wù)。

1.4 平臺服務(wù)層

平臺服務(wù)層主要以標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)接口為各示范應(yīng)用的業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。平臺服務(wù)層包括數(shù)據(jù)資源池、基礎(chǔ)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)。數(shù)據(jù)資源池包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(空間地理信息數(shù)據(jù)、系統(tǒng)支撐數(shù)據(jù)、高分遙感數(shù)據(jù)、終端實時數(shù)據(jù)等)和專題應(yīng)用數(shù)據(jù)(農(nóng)業(yè)農(nóng)情數(shù)據(jù)、車輛動態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)、環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)等)；基礎(chǔ)服務(wù)包括數(shù)據(jù)連接、匯聚、融合、共享、分析、挖掘、交換等服務(wù)；應(yīng)用服務(wù)包括北斗信息服務(wù)、電子地圖服務(wù)、遙感影像信息服務(wù)、終端管理與展示等應(yīng)用服務(wù)內(nèi)容。

1.5 應(yīng)用系統(tǒng)層

用戶層主要負(fù)責(zé)平臺信息系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的部署和使用能夠為政府、行業(yè)、企業(yè)和大眾提供融合、統(tǒng)一的服務(wù)平臺。用戶層不局限于具體的技術(shù)，其主要特點和目標(biāo)是能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)實環(huán)境中的各種用戶信息、網(wǎng)絡(luò)資源等應(yīng)用關(guān)注的各要素進行統(tǒng)一管理和應(yīng)用，能夠面向不同的需求提供不同服務(wù)。主要包含：農(nóng)機管理系統(tǒng)、網(wǎng)約農(nóng)事服務(wù)系統(tǒng)、城市特種作業(yè)車輛指揮調(diào)度系統(tǒng)、環(huán)保巡查以及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等。通過云平臺接口層提供訪問底層的資源和服務(wù)器。

2 北斗高分綜合信息服務(wù)平臺

北斗高分綜合信息服務(wù)平臺接入各種北斗終端的位置數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及北斗 RDSS 短報文數(shù)據(jù)，并可向接入平臺的所有終端進行數(shù)據(jù)交互、指令下發(fā)等遠(yuǎn)程控制操作。平臺對所有的終端信息進行統(tǒng)一管理。采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，面向邊防巡護、數(shù)字農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護、城市管理等方向的各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)提供經(jīng)過處理的終端位置數(shù)據(jù)、狀態(tài)傳感數(shù)據(jù)以及經(jīng)過處理后的可供業(yè)務(wù)系統(tǒng)直接使用的高分遙感數(shù)據(jù)，平臺組成如圖1所示。

圖1 北斗高分綜合信息服務(wù)平臺組成示意圖

1) 數(shù)據(jù)接入功能

數(shù)據(jù)接入服務(wù)是北斗高分綜合信息服務(wù)平臺與示范應(yīng)用的各型終端、第三方平臺進行數(shù)據(jù)交互的通道，是一個高性能分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提供對外接口的擴展和模塊管理功能，支持車輛/人員位置、環(huán)境圖片、車載視頻、傳感器、農(nóng)情信息等采集數(shù)據(jù)的接入，可實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)采集和動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的一體化管理。負(fù)責(zé)從外部系統(tǒng)接入各種類型的原始數(shù)據(jù)，并對原始數(shù)據(jù)按照需求進行處理，為用戶提供高效的、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集和處理服務(wù)。

2) 數(shù)據(jù)存儲服務(wù)

細(xì)化北斗高分示范系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，主要分為高分遙感數(shù)據(jù)、空間地圖數(shù)據(jù)、終端采集數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)四部分，包含了各種交互指令、文本、圖片、音視頻等數(shù)據(jù)格式。根據(jù)存儲對象的不同特性，將存儲系統(tǒng)集中并分離為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)(包括高分圖片、視頻等數(shù)據(jù))存儲兩大模塊，每個模塊均采用高性能、虛擬化、擴展性能強的獨立存儲系統(tǒng)進行支持。

3) 數(shù)據(jù)服務(wù)引擎

數(shù)據(jù)服務(wù)引擎主要服務(wù)數(shù)據(jù)接入服務(wù)采集到的感知數(shù)據(jù)(北斗終端、高分載荷、傳感器、監(jiān)控程序采集的數(shù)據(jù))、數(shù)據(jù)交換與匯聚服務(wù)系統(tǒng)載入的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、由數(shù)據(jù)分析服務(wù)得到的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。其中，感知數(shù)據(jù)和對象數(shù)據(jù)需要通過數(shù)據(jù)服務(wù)引擎進行實時存儲；而結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)由其他組件直接入庫，數(shù)據(jù)服務(wù)引擎只有訪問權(quán)限。

4) 數(shù)據(jù)交換與匯聚服務(wù)

可實現(xiàn)多源、多格式空間數(shù)據(jù)和各示范地區(qū)業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)的抽取、轉(zhuǎn)換、整合和加載功能；提供圖形化操作界面，支持復(fù)制、增量更新，可定義各種規(guī)則，工作流程可以自動定時執(zhí)行。

5) 空間地理數(shù)據(jù)服務(wù)

平臺地圖服務(wù)可選的引擎包括GeoServer、ArcGIS以及GeoStar等。平臺地圖發(fā)布基于WebGIS，它是利用Web技術(shù)來擴展和完善地理信息系統(tǒng)的一項新技術(shù)。

6) 應(yīng)用服務(wù)引擎

通過建立屏蔽底層技術(shù)異構(gòu)性的基礎(chǔ)架構(gòu)，將北斗衛(wèi)星定位、授時、通信、視頻、圖片、傳感器等公共業(yè)務(wù)功能封裝成可復(fù)用、互操作的服務(wù)，并根據(jù)各行業(yè)和領(lǐng)域業(yè)務(wù)的需求進行動態(tài)組合，從而使集成后的架構(gòu)可以快速適應(yīng)業(yè)務(wù)流程的變更，并滿足新型業(yè)務(wù)開展的信息化需求。

7) 北斗衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)服務(wù)

通過北斗指揮型用戶機實現(xiàn)平臺端北斗RDSS數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送。同時，平臺還具有外部數(shù)據(jù)接口，可從具有北斗分理級服務(wù)資質(zhì)運營商平臺接入北斗RDSS數(shù)據(jù)。北斗RDSS終端用戶或管理用戶也可通過北斗高分綜合應(yīng)用服務(wù)平臺將北斗RDSS通信指令下發(fā)至用戶終端上，從而實現(xiàn)北斗RDSS終端與業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)之間的雙向通信。

8) 高分遙感數(shù)據(jù)服務(wù)

北斗高分綜合信息服務(wù)平臺連接高分專線接入高分遙感影像數(shù)據(jù)，提供高分遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理一體化服務(wù)，實現(xiàn)高分遙感數(shù)據(jù)的智能一體化匯聚、引接、處理、管理、分發(fā)與共享服務(wù)；根據(jù)用戶實際需求提供多元化的數(shù)據(jù)服務(wù)，提供基于平臺調(diào)度的高分遙感衛(wèi)星的預(yù)處理，實現(xiàn)高分遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的一體化處理、管理和服務(wù)，對遙感數(shù)據(jù)接入、遙感數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理、遙感數(shù)據(jù)分發(fā)傳輸?shù)确?wù)組件進行統(tǒng)一的調(diào)度、管理，為四大應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)遙感數(shù)據(jù)支撐。

3 未來發(fā)展

國家對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航、高分遙感產(chǎn)業(yè)高度重視，發(fā)布多項政策引導(dǎo)，推動北斗高分的快速發(fā)展。在《國家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》政策的推動下，北斗產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，衛(wèi)星導(dǎo)航市場規(guī)模逐步擴大。高分系統(tǒng)作為國家重大專項，為國家重大區(qū)域戰(zhàn)略和發(fā)展規(guī)劃實施、國家級新區(qū)建設(shè)、重點流域水環(huán)境、生態(tài)修復(fù)、重大災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)和災(zāi)后重建、國家重要戰(zhàn)略資源安全等多個領(lǐng)域提供服務(wù)，滿足各領(lǐng)域?qū)Ω叻诌b感數(shù)據(jù)的需求。基于北斗高分系統(tǒng)信息服務(wù)平臺能夠接入“人、車、船、基礎(chǔ)設(shè)施”等各種傳感器的位置、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及高分遙感數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理、存儲、大數(shù)據(jù)分析等，進一步促進北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的規(guī)模化應(yīng)用。