基于Web數(shù)據(jù)庫(kù)的BDS／GPS在線資訊及數(shù)據(jù)處理服務(wù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

宗 干，郭金運(yùn)，2，胡志博，代 杰，譚爭(zhēng)光

（1.山東科技大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266590 2.海島（礁）測(cè)繪技術(shù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266590）

0 引 言

近年來(lái)Web相關(guān)技術(shù)的發(fā)展為信息的交換與處理提供了極大便利，基于Browser／Server（B／S）架構(gòu)的Web數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在其中更是發(fā)揮了主要作用。各方面研究為Web服務(wù)及其相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展做出極大貢獻(xiàn)[1－4]。在 GNSS領(lǐng)域，為滿足用戶對(duì)GNSS數(shù)據(jù)高精度處理結(jié)果的需求，考慮到以Web數(shù)據(jù)庫(kù)等為主的交互式動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)技術(shù)在數(shù)據(jù)的傳輸方面的優(yōu)勢(shì)以及傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件在傳播、安裝與學(xué)習(xí)使用方面所受的限制，已有多個(gè)組織機(jī)構(gòu)推出了自己的 Web數(shù)據(jù)處理服務(wù)，主要有SOPAC提供的SCOUT[5]，加拿大自然資源部提供的CSRS Online Database，紐布倫斯威克大學(xué)（UNB）提供的GAPS，澳大利亞地球科學(xué)局提供的AUSPOS[5－6]，美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）提供的 APPS等。

總體來(lái)看，當(dāng)前的Web數(shù)據(jù)處理服務(wù)多為國(guó)外組織所提供，國(guó)內(nèi)用戶在使用時(shí)會(huì)有一定障礙。并且這些服務(wù)主要以GPS數(shù)據(jù)的處理為主，對(duì)我國(guó)北斗系統(tǒng)（BDS）觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理能力偏弱。另外，目前國(guó)內(nèi)BDS相關(guān)網(wǎng)站大多僅提供相關(guān)的新聞資訊，并沒(méi)有結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理業(yè)務(wù)。

因此，針對(duì)以上GNSS Web服務(wù)所存在的不足，同時(shí)考慮到目前北斗系統(tǒng)正處于發(fā)展階段，數(shù)據(jù)處理軟件并不普及，許多用戶雖有BDS觀測(cè)數(shù)據(jù)但無(wú)法進(jìn)行處理的這一難點(diǎn)，提出了BDS／GPS雙系統(tǒng)在線資訊及數(shù)據(jù)處理服務(wù)。該服務(wù)基于B／S架構(gòu)，利用 Web數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)開發(fā)技術(shù)，使用Bernese及自主開發(fā)的北斗數(shù)據(jù)處理程序?qū)τ脩舻谋倍泛虶PS兩種觀測(cè)數(shù)據(jù)提供基本處理服務(wù)，處理結(jié)果可靠，使用方便。

1 B／S架構(gòu)

B／S（瀏覽器／服務(wù)器）架構(gòu)的興起是為滿足一體化客戶端的需要，完成從胖客戶端向瘦客戶端的轉(zhuǎn)變，它是對(duì)20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的C／S（客服機(jī)／服務(wù)器）結(jié)構(gòu)的發(fā)展。相對(duì)于傳統(tǒng)兩層的C／S，B／S是一種三層結(jié)構(gòu)，分為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層（事務(wù)邏輯）和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層（數(shù)據(jù)層），結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 B／S三層結(jié)構(gòu)圖

在以B／S結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的BDS／GPS Web服務(wù)中，表示層主要負(fù)責(zé)用戶在進(jìn)行北斗系統(tǒng)數(shù)據(jù)或者GPS數(shù)據(jù)處理時(shí)關(guān)于解算策略設(shè)置的接收以及處理結(jié)果和其他新聞信息的顯示，由距離用戶最近的Web瀏覽器完成這一任務(wù)；業(yè)務(wù)邏輯層是整個(gè)結(jié)構(gòu)的核心部分，位于表示層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層之間，其任務(wù)一方面是響應(yīng)由表示層發(fā)出的用戶對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)處理或其他方面的請(qǐng)求，并通過(guò)Web應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接，另一方面將來(lái)自數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的處理的結(jié)果由Web服務(wù)器傳送回客戶端，起到連接與信息傳遞的作用；數(shù)據(jù)訪問(wèn)層主要由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器構(gòu)成，其任務(wù)主要是響應(yīng)業(yè)務(wù)邏輯層對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作的請(qǐng)求，將用戶在表單中的解算策略設(shè)置以及郵箱等信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，另外如果用戶進(jìn)行了在線留言，除了將留言內(nèi)容存入數(shù)據(jù)庫(kù)以外還要將其返回Web服務(wù)器，再由Web服務(wù)器以標(biāo)準(zhǔn)HTML頁(yè)面的形式顯示于瀏覽器中。

選用B／S進(jìn)行BDS／GPS Web服務(wù)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)[7－9]在于：1）操作簡(jiǎn)便，用戶僅需瀏覽器即可完成GPS和BDS相關(guān)資訊的獲取以及數(shù)據(jù)的上傳與下載，對(duì)用戶計(jì)算機(jī)軟硬件的要求低。2）由于幾乎所有操作和設(shè)置都在服務(wù)器端完成，因此管理員對(duì)系統(tǒng)維護(hù)管理較方便。3）結(jié)合動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)技術(shù)，各種關(guān)于GNSS的新聞或信息的發(fā)布與更新更加方便，工作量相對(duì)于使用靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)減少明顯。

2 Web數(shù)據(jù)庫(kù)與Web應(yīng)用程序

Web應(yīng)用程序是B／S的典型產(chǎn)物，其本質(zhì)與傳統(tǒng)的應(yīng)用程序并無(wú)不同，但最大的特點(diǎn)是不需要單獨(dú)安裝，僅需瀏覽器便可運(yùn)行。通常所見到的網(wǎng)頁(yè)計(jì)數(shù)器、日期時(shí)間顯示都屬于該范疇。開發(fā)Web應(yīng)用程序，設(shè)計(jì)增強(qiáng)網(wǎng)頁(yè)交互性的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)可以借助 Active Server Pages（ASP），將 HTML與腳本開發(fā)有機(jī)結(jié)合，腳本通過(guò)位于Web服務(wù)器端的IIS進(jìn)行解釋，根據(jù)其處理結(jié)果僅以標(biāo)準(zhǔn)HTML頁(yè)面的形式返回。保證了ASP代碼的保密性與對(duì)瀏覽器的適應(yīng)性[7]。

為向用戶提供BDS／GPS數(shù)據(jù)服務(wù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新的GNSS資訊，傳統(tǒng)的靜態(tài)頁(yè)面已無(wú)法滿足需要，因此有必要將Web應(yīng)用開發(fā)與數(shù)據(jù)庫(kù)相融合。Web數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)將數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的獨(dú)立性、共享性以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化水平高、易于維護(hù)等特性與動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的交互性、靈活性相結(jié)合，彌補(bǔ)了靜態(tài)頁(yè)面的不足。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查找、刪除等操作是Web應(yīng)用程序中最主要的方面，通過(guò)Web數(shù)據(jù)庫(kù)查詢返回的動(dòng)態(tài)頁(yè)面屬于Deep Web的一種形式，這方面技術(shù)的應(yīng)用有利于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的集成[10]，同時(shí)也有利于增強(qiáng)信息數(shù)據(jù)處理與反饋等方面的交互性、動(dòng)態(tài)性、實(shí)時(shí)性。

使用Web應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作并返回動(dòng)態(tài)頁(yè)面的一般過(guò)程如下：

1）用戶向Web服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器會(huì)對(duì)請(qǐng)求中所包含的asp文件進(jìn)行判斷，若含有腳本程序（VBScript或JavaScript），則通過(guò)IIS對(duì)其進(jìn)行解釋執(zhí)行，否則將直接返回，處理結(jié)束。

2）在對(duì)腳本進(jìn)行解釋的過(guò)程中，如果腳本中使用了 ActiveX Data Objects（ADO）對(duì)象，則 Web服務(wù)器會(huì)根據(jù)ADO的設(shè)置啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的Open Database Connectivity（ODBC）驅(qū)動(dòng)程序，連接數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，訪問(wèn)指定的數(shù)據(jù)庫(kù)，完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作并返回結(jié)果。

3）若需要將數(shù)據(jù)庫(kù)操作結(jié)果顯示于用戶瀏覽器，則IIS在解釋腳本的過(guò)程中會(huì)利用ASP提供的輸出對(duì)象結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器返回的結(jié)果，將需要顯示的內(nèi)容以HTML頁(yè)面的形式顯示于用戶瀏覽器窗口中。

使用ASP的Web數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)流程如圖2所示。

圖2 Web數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)流程

3 基于Web數(shù)據(jù)庫(kù)的在線資訊及數(shù)據(jù)處理服務(wù)

3.1 服務(wù)背景與特點(diǎn)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）作為我國(guó)自主研發(fā)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)于2012年12月27日正式提供區(qū)域服務(wù)，截至2012年底共有4顆MEO衛(wèi)星，5顆IGSO衛(wèi)星和5顆GEO衛(wèi)星在軌工作[11]，定位精度可以達(dá)到高程10m，水平10m.

為推廣北斗系統(tǒng)的應(yīng)用，提出一種基于 Web數(shù)據(jù)庫(kù)的BDS／GPS服務(wù)，該服務(wù)可以提供北斗系統(tǒng)和GPS相關(guān)的新聞資訊，也可以處理用戶提交的BDS／GPS數(shù)據(jù)，并將結(jié)果通過(guò)郵件的形式返回。該服務(wù)依托相應(yīng)的服務(wù)網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)，其特點(diǎn)主要包括：

1）基于B／S結(jié)構(gòu)，用戶不需要另外安裝客戶端軟件，只需要瀏覽器即可使用本服務(wù)。

2）綜合利用靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)與動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)，提高數(shù)據(jù)與信息的交互性。

3）利用ASP開發(fā)Web應(yīng)用程序訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，依靠Web數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)管理的交互性、動(dòng)態(tài)性、實(shí)時(shí)性。

3.2 網(wǎng)站結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

服務(wù)網(wǎng)站的頁(yè)面劃分以及主要功能如下：

1）主頁(yè)：作為網(wǎng)站的入口，向用戶提供主要服務(wù)內(nèi)容、網(wǎng)站導(dǎo)航，并且滾動(dòng)更新最新資訊。

2）資訊：作為本站主要功能之一，匯總國(guó)內(nèi)外北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其他GNSS新聞資訊，涵蓋視頻新聞、圖片新聞、文字新聞等多種形式，另外包括專家訪談欄目與定位導(dǎo)航行業(yè)最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，為用戶提供及時(shí)的資訊服務(wù)。該頁(yè)面屬于動(dòng)態(tài)頁(yè)面、與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器相連，使用戶在獲得近期新聞的同時(shí)可以查閱過(guò)往資料。

3）圖集：收集展示與GNSS、航空航天領(lǐng)域相關(guān)的圖片資料。

4）百科：為非專業(yè)用戶提供BDS、航空航天以及GPS、GLONASS等其他GNSS系統(tǒng)的介紹，主要包括系統(tǒng)歷史與當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r，專業(yè)術(shù)語(yǔ)解釋，系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域與范圍等多方面。

5）服務(wù)：可以提供BDS與GPS兩種系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)處理與下載服務(wù)。

數(shù)據(jù)處理方面分為本站數(shù)據(jù)處理和外站服務(wù)鏈接。本站北斗數(shù)據(jù)處理服務(wù)目前可提供北斗靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)絕對(duì)定位服務(wù)，對(duì)于GPS數(shù)據(jù)可以提供靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)條件下的絕對(duì)定位和相對(duì)定位服務(wù)。外站數(shù)據(jù)處理服務(wù)主要針對(duì)GPS數(shù)據(jù)。提供多種GPS服務(wù)組織的鏈接地址，包括CSRS Online Database、The Precise Point Positioning Software Center、APPS、AUSPOS、SCOUT、GAPS 和magicGNSS，用戶通過(guò)這些鏈接可直接使用以上組織提供的數(shù)據(jù)處理服務(wù)。

數(shù)據(jù)下載方面，提供本站數(shù)據(jù)下載和外站數(shù)據(jù)下載鏈接。外站數(shù)據(jù)主要為國(guó)外各組織的GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)及精密產(chǎn)品的下載鏈接，包括CDDIS、SOPAC／CSRC Archive、NGS CORS、GDC等。本站北斗和GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的星歷文件使用FTP下載方式，數(shù)據(jù)來(lái)自山東科技大學(xué)BDS／GPS數(shù)據(jù)觀測(cè)站。測(cè)站采用兩臺(tái)和芯星通UR240－CORS雙模四頻點(diǎn)接收機(jī)進(jìn)行連續(xù)同步觀測(cè)。旨在為暫無(wú)北斗接收機(jī)的用戶提供觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解算、軟件測(cè)試以及其他教學(xué)和科研方面的幫助，測(cè)站的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)可用于檢驗(yàn)同站北斗觀測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果精度。

6）關(guān)于：總體介紹本站背景、所提供服務(wù)范圍等信息。

7）聯(lián)系我們：提供聯(lián)系電話、地址、郵箱等信息。同時(shí)提供在線留言功能，該功能同樣基于Web數(shù)據(jù)庫(kù)，將用戶的留言信息保存至數(shù)據(jù)庫(kù)并返回顯示于動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)中。

網(wǎng)站功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 網(wǎng)站結(jié)構(gòu)圖

3.3 BDS／GPS在線資訊及數(shù)據(jù)處理服務(wù)網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

根據(jù)以上功能規(guī)劃，對(duì)網(wǎng)站各頁(yè)面進(jìn)行了設(shè)計(jì)和調(diào)試。網(wǎng)站首頁(yè)如圖4所示。首頁(yè)提供GNSS最新相關(guān)消息、GNSS系統(tǒng)介紹、圖片展示以及對(duì)應(yīng)鏈接，作為整個(gè)站點(diǎn)的入口以及各種資訊匯總頁(yè)。

圖4 網(wǎng)站首頁(yè)

數(shù)據(jù)服務(wù)作為本服務(wù)的另一主要方面，主要針對(duì)GPS和北斗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與下載。數(shù)據(jù)服務(wù)頁(yè)如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)服務(wù)頁(yè)

使用數(shù)據(jù)處理服務(wù)需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟，首先是填寫處理策略表單，表單內(nèi)容包括所提交文件名稱、衛(wèi)星截止高度角、氣象參數(shù)、郵箱地址等基本設(shè)置，在表單中的各項(xiàng)設(shè)置會(huì)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，該過(guò)程選擇VBScript編寫動(dòng)態(tài)頁(yè)面腳本，通過(guò)位于Web服務(wù)器上的IIS對(duì)腳本進(jìn)行解釋，由于需要連接數(shù)據(jù)庫(kù)，因此在腳本中使用了ADO來(lái)啟動(dòng)ODBC，訪問(wèn)BDS或是GPS表單設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)，將用戶在瀏覽器中的設(shè)置記錄至其中。

表單填寫完成后需要提交觀測(cè)數(shù)據(jù)，觀測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)Rinex格式；其次是數(shù)據(jù)的提交，用戶觀測(cè)數(shù)據(jù)文件的提交采用在線上傳的方式，該功能根據(jù)ASP無(wú)組件上傳的原理進(jìn)行開發(fā)。上傳完成后根據(jù)這些設(shè)置對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理結(jié)果以及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以郵件的形式發(fā)送到用戶郵箱，若數(shù)據(jù)處理不成功同樣會(huì)返回郵件告知用戶，并提供適當(dāng)解決方案。

對(duì)于GPS數(shù)據(jù)，處理時(shí)采用Bernese，處理結(jié)果可靠而且能夠達(dá)到較高精度。北斗系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理采用自主開發(fā)軟件進(jìn)行。為驗(yàn)證軟件處理精度，以山東科技大學(xué)北斗系統(tǒng)觀測(cè)站東站2012年DoY 362天1Hz采樣全天的觀測(cè)數(shù)據(jù)為例，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1及圖6所示。

表1 東站DoY 362全天觀測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖6 東站E、N、U三方向偏差

由于19點(diǎn)以后本地降雪，由圖6可以看出E、N、U方向精度變差，U方向?qū)﹄婋x層和對(duì)流層的變化敏感，因此，其誤差波動(dòng)較其他兩方向劇烈，但綜合分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，E、N、U三方向偏差RMS分別為3.839m、2.590m和4.758m，可以看出程序處理結(jié)果合理，能夠達(dá)到北斗系統(tǒng)合理定位精度。

4 結(jié) 論

基于Web數(shù)據(jù)庫(kù)的BDS／GPS服務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)可以解決一部分用戶對(duì)數(shù)據(jù)以及處理結(jié)果的需求問(wèn)題，彌補(bǔ)缺少數(shù)據(jù)處理工具的不足，具有操作方便、處理快速、結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)。

該服務(wù)目前仍存在諸多需要改進(jìn)之處，將來(lái)的工作主要包括使用ASP.net代替ASP，優(yōu)化動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)；除GNSS外，同時(shí)提供包括垂線偏差計(jì)算（使用山東科技大學(xué)數(shù)字天頂攝影儀[12]），重力數(shù)據(jù)、衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)、潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)等的處理，為用戶提供更全面、更可靠的服務(wù)；另外可建立英文站點(diǎn)，以滿足國(guó)外用戶需要。

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