區(qū)域GNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源規(guī)范管理研究

成夏葳，馬新瑩，王 斌

(國(guó)家測(cè)繪地理信息局 大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理中心，西安 710054)

0 引言

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(global navigation satellite system，GNSS)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站是建立和維持國(guó)家和區(qū)域高精度靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、地心、3維坐標(biāo)參考框架的現(xiàn)代測(cè)繪基礎(chǔ)設(shè)施，是地理空間基礎(chǔ)框架的核心，是國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，可提供實(shí)時(shí)和準(zhǔn)實(shí)時(shí)的集約化位置導(dǎo)航服務(wù)。GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)(簡(jiǎn)稱“基準(zhǔn)站網(wǎng)”)是由若干基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)中心及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的，提供數(shù)據(jù)、導(dǎo)航、定位、定時(shí)及其他服務(wù)的系統(tǒng)[1-2]。

基準(zhǔn)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(kāi)了快速精確的空間位置信息，就不能優(yōu)質(zhì)高效的獲取地理信息數(shù)據(jù)，影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)與之相關(guān)領(lǐng)域的信息化、數(shù)字化、智能化發(fā)展水平和速度。目前省級(jí)測(cè)繪地理信息部門(mén)和地震、氣象等行業(yè)部門(mén)建設(shè)了2 300多座基準(zhǔn)站[3]，但由于對(duì)基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源管理沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，難以實(shí)現(xiàn)國(guó)家和區(qū)域基準(zhǔn)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(chǎn)品以及服務(wù)等方面的技術(shù)障礙。為此需要對(duì)基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的類(lèi)別劃分、技術(shù)要求、存儲(chǔ)備份等方面予以規(guī)范，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息記錄、存儲(chǔ)、備份、共享和應(yīng)用制度化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，為國(guó)家和區(qū)域坐標(biāo)框架建立、維持、更新、基準(zhǔn)站穩(wěn)定性分析、衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)等應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀

1.1 基準(zhǔn)站網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀

我國(guó)國(guó)家基準(zhǔn)站網(wǎng)于2015年建成，由410個(gè)基準(zhǔn)站組成，其中新建基準(zhǔn)站全部配置北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(BeiDou navigation satellite system，BDS)接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)了基于BDS的國(guó)家坐標(biāo)框架維持及實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位服務(wù)[4-5]。區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)從2006年開(kāi)始到目前為止，除西藏、陜西外，全國(guó)29個(gè)省(市、區(qū))建設(shè)了各自的基準(zhǔn)站網(wǎng)，并對(duì)社會(huì)提供服務(wù)；區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)已經(jīng)成為區(qū)域坐標(biāo)框架維持的主要測(cè)繪基礎(chǔ)設(shè)施，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、國(guó)家安全等方面都發(fā)揮著重要作用。

新的測(cè)繪法提出測(cè)繪地理信息主管部門(mén)要建立統(tǒng)一的衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)，提供導(dǎo)航定位基準(zhǔn)信息的公共服務(wù)[6]。2015—2030年期間，我國(guó)將對(duì)國(guó)家和區(qū)域基準(zhǔn)站進(jìn)行升級(jí)改造，使其逐漸過(guò)渡到BDS或BDS兼容系統(tǒng)。統(tǒng)籌區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)，形成全國(guó)無(wú)縫銜接、資源共享的全國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域自主可控，面向全國(guó)用戶提供米級(jí)、分米級(jí)、厘米級(jí)的實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位服務(wù)[7-8]。

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

目前，國(guó)家和區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)的運(yùn)行、應(yīng)用已經(jīng)日趨成熟，全國(guó)一張網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)初具規(guī)模，但由于區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)建設(shè)的年代先后不一，建設(shè)的技術(shù)要求和坐標(biāo)基準(zhǔn)不一致，儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式、管理標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，且只能滿足本區(qū)域的基本應(yīng)用[9-14]。國(guó)家基準(zhǔn)站網(wǎng)與區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)，區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)之間彼此獨(dú)立，無(wú)法互聯(lián)、互通、互操作，不能實(shí)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(wù)的推廣，不利于全國(guó)區(qū)域站網(wǎng)之間資源共享、數(shù)據(jù)應(yīng)用、科學(xué)研究，阻礙著未來(lái)跨區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ环?wù)的開(kāi)展[5]。

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

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

1.3.2 存在問(wèn)題

1)基準(zhǔn)站信息記錄不規(guī)范。全國(guó)沒(méi)有統(tǒng)一的基準(zhǔn)站信息管理規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，各地的基準(zhǔn)站信息記錄不統(tǒng)一、更新不及時(shí)。雖然文獻(xiàn)[1]對(duì)部分信息記錄有所規(guī)定，但沒(méi)有具體樣表、圖例參考，如當(dāng)基準(zhǔn)站站點(diǎn)要素信息發(fā)生變化，或幾個(gè)基準(zhǔn)站使用同一站名、代碼時(shí)，如何記錄站點(diǎn)信息沒(méi)有具體規(guī)定。

2)站址周邊環(huán)境發(fā)生變化記錄不及時(shí)。當(dāng)站址周邊一定范圍內(nèi)發(fā)生滑坡、地震、大型工程施工、新建構(gòu)筑物形成遮擋時(shí)，導(dǎo)致站點(diǎn)位置坐標(biāo)變化，觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量不高或產(chǎn)生嚴(yán)重錯(cuò)誤。此類(lèi)信息如不及時(shí)更新記錄，或不隨觀測(cè)數(shù)據(jù)文件一起存儲(chǔ)備份，將會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的站點(diǎn)坐標(biāo)產(chǎn)生較大誤差或錯(cuò)誤，影響定位精度及成果的準(zhǔn)確性[10-12]。

3)基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)文件組織形式不統(tǒng)一。區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)建設(shè)時(shí)間先后不一，使用的儀器設(shè)備類(lèi)型多樣，同一區(qū)域有多個(gè)品牌，同一品牌因儀器設(shè)備升級(jí)、更新帶來(lái)儀器型號(hào)不同，性能也不一樣[2]。隨機(jī)軟件下載的數(shù)據(jù)會(huì)因儀器生產(chǎn)廠家不同、軟件版本差異，導(dǎo)致基準(zhǔn)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(jié)果和以往數(shù)據(jù)資料分析查證。

4)基準(zhǔn)站天線高歸算位置不統(tǒng)一。區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)建設(shè)時(shí)未采用統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，形成各區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)天線高歸算位置不一致?；鶞?zhǔn)站坐標(biāo)是實(shí)現(xiàn)差分定位服務(wù)的關(guān)鍵，其天線型號(hào)、天線高歸算位置的準(zhǔn)確性直接影響導(dǎo)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(duì)長(zhǎng)基線在各分量方向或長(zhǎng)度上的影響最大可達(dá)到101 mm[15]。

5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份管理標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。造成基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份管理內(nèi)容不一致，表現(xiàn)在接收機(jī)、天線、天線高等信息更新不及時(shí)、不完整，關(guān)鍵信息命名標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，存儲(chǔ)內(nèi)容不統(tǒng)一，部分信息與實(shí)際不符，站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

6)基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源不共享。各地基準(zhǔn)站建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)、管理、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，坐標(biāo)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(fèi)。

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

2 基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源規(guī)范管理

2.1 規(guī)范基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息

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

表1 基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息

按照表1的內(nèi)容建立基準(zhǔn)站網(wǎng)信息記錄檔案，以圖表的形式詳細(xì)規(guī)范每項(xiàng)屬性信息填寫(xiě)內(nèi)容，如一站多名稱，一站多用途，一地多站的站名及代碼編寫(xiě)要求，接收機(jī)、天線、天線罩的使用、升級(jí)、維修、更換信息記錄，站點(diǎn)發(fā)生地震、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害記錄，管理單位信息變更記錄，重要問(wèn)題處理意見(jiàn)及處理結(jié)果記錄等，均應(yīng)按要求及時(shí)填寫(xiě)變化信息，記錄歸檔，長(zhǎng)期保存。

2.2 規(guī)范基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)信息

基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)信息包括站點(diǎn)基本情況、GNSS儀器設(shè)備類(lèi)型、天線高信息及聯(lián)測(cè)水準(zhǔn)信息等，如表2所示。

表2 基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)信息

基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)信息記錄按照表2的內(nèi)容順序編制，范例采用文字和圖表結(jié)合的形式嚴(yán)格規(guī)定。每個(gè)基準(zhǔn)站有一個(gè)完整的信息記錄手簿，并對(duì)手簿進(jìn)行編號(hào)，手簿按頁(yè)碼順序連續(xù)記錄，不得漏頁(yè)和缺頁(yè)。每項(xiàng)數(shù)據(jù)信息有具體規(guī)定，如站點(diǎn)名稱、站點(diǎn)代碼命名、天線高的計(jì)量單位。當(dāng)站點(diǎn)周?chē)h(huán)境、儀器設(shè)備、天線高及歸算位置等發(fā)生變化或更換，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)填寫(xiě)，不能事后憑回憶記錄，記錄信息及時(shí)歸檔，長(zhǎng)期保存。

2.3 規(guī)范GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)文件

GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)文件是指基準(zhǔn)站連續(xù)觀測(cè)生成的數(shù)據(jù)文件，可準(zhǔn)實(shí)時(shí)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(biāo)框架計(jì)算以及其他服務(wù)。文件內(nèi)容包括站點(diǎn)基本信息、GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)、氣象元素?cái)?shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)信息

GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)文件格式包括設(shè)備直接輸出格式和國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)格式(如：RINEX格式)。按照文獻(xiàn)[1]規(guī)定，基準(zhǔn)站僅傳輸采樣間隔為30 s的RINEX格式觀測(cè)、氣象、導(dǎo)航等文件，在本地保留二進(jìn)制數(shù)據(jù)至少30 d作中發(fā)現(xiàn)有的單位只用隨機(jī)軟件保留了標(biāo)準(zhǔn)格式，而未保存設(shè)備直接輸出格式。從實(shí)際應(yīng)用看，這2種格式均應(yīng)長(zhǎng)期保存。

2.4 規(guī)范實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)流

實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)流是基準(zhǔn)站以一定的時(shí)間間隔輸出的觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括觀測(cè)數(shù)據(jù)及其屬性信息[2]，如表4所示。

表4 實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)流信息

實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)流的格式包括設(shè)備直接輸出格式和國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)格式(如：RTCM、BINEX格式)，2種格式均應(yīng)長(zhǎng)期保存。對(duì)接收機(jī)能接收到的多模GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)，也應(yīng)全部長(zhǎng)期保存。

2.5 規(guī)范數(shù)據(jù)信息匯集格式

基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源匯集、存儲(chǔ)、備份時(shí)，應(yīng)有嚴(yán)格的目錄結(jié)構(gòu)要求，為日后查詢、使用、分析提供方便。匯集目錄結(jié)構(gòu)應(yīng)以圖2結(jié)構(gòu)規(guī)范，即“省市名稱/基準(zhǔn)站名(站編號(hào))/數(shù)據(jù)文件”。

2.6 規(guī)范數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

研究分析各區(qū)域基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)信息的不同下載及存儲(chǔ)方式，按照制度化、通用化、統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化原則，規(guī)范基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)內(nèi)容和文件組織形式。制定數(shù)據(jù)信息長(zhǎng)期保存、備份方案，防止存儲(chǔ)介質(zhì)失效，確保數(shù)據(jù)的完整性和可用性。研發(fā)高效、可靠、準(zhǔn)確、規(guī)范、安全自動(dòng)化的存儲(chǔ)備份管理軟件，確保對(duì)基準(zhǔn)站網(wǎng)各期數(shù)據(jù)信息長(zhǎng)期有效安全的存儲(chǔ)。

3 制定相關(guān)規(guī)范研發(fā)共享應(yīng)用平臺(tái)思考

3.1 制定相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

制定基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源管理規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)與之相適應(yīng)的應(yīng)用管理軟件，解決數(shù)據(jù)信息缺漏丟失，避免重復(fù)投入和應(yīng)用不便，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息資源共享和合理使用，確?；鶞?zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的權(quán)威性和準(zhǔn)確性：

1)制定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要在充分調(diào)研區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源管理的基礎(chǔ)上進(jìn)行，以協(xié)調(diào)性、統(tǒng)一性、強(qiáng)制性、實(shí)用性、規(guī)范性為原則，充分考慮省市和行業(yè)部門(mén)對(duì)基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源的應(yīng)用需求，達(dá)到操作性強(qiáng)、覆蓋面廣、適用性好。

2)規(guī)范基準(zhǔn)站網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)、站址信息、設(shè)備信息、數(shù)據(jù)處理、坐標(biāo)成果、用戶信息、應(yīng)用服務(wù)、運(yùn)行維護(hù)、坐標(biāo)參考框架維持與更新標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域網(wǎng)與區(qū)域網(wǎng)之間，國(guó)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(zhǔn)站信息、站址變動(dòng)信息填寫(xiě)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(jī)及天線更換信息等內(nèi)容的記錄格式、填寫(xiě)順序、計(jì)量單位、信號(hào)編碼和傳輸格式、存儲(chǔ)方式等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確?；鶞?zhǔn)站數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性、可溯性。

4)按照基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)密級(jí)劃分要求，制定基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)信息安全管理規(guī)范，并開(kāi)發(fā)與之相適應(yīng)的保密技術(shù)處理軟硬件，確?；鶞?zhǔn)站數(shù)據(jù)信息安全[16]。

3.2 搭建共享應(yīng)用平臺(tái)

為了便于管理基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，本著統(tǒng)一、通用、實(shí)用、方便的原則，搭建基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源共享交換平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)國(guó)家和區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息在平臺(tái)上填報(bào)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)檢測(cè)、質(zhì)量分析、交換共享、存儲(chǔ)管理等功能，保證區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)資源的正確性、實(shí)時(shí)性、現(xiàn)勢(shì)性、合理性、一致性和兼容性。構(gòu)建區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源共享基本架構(gòu)如圖3所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)家和區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息是國(guó)家和區(qū)域重要的空間地理信息資源，目前我國(guó)尚未形成基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)信息資源管理機(jī)制，造成全國(guó)范圍內(nèi)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(huì)服務(wù)，給國(guó)家和省市行政管理和公共服務(wù)帶來(lái)不便。

本文結(jié)合當(dāng)前區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源管理現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，提出了以現(xiàn)有國(guó)家、區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)為基礎(chǔ)，規(guī)范基準(zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)信息資源管理策略和搭建基準(zhǔn)站網(wǎng)共享應(yīng)用平臺(tái)的思考，從而消除以行政區(qū)域彼此獨(dú)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(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、智能化為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域基準(zhǔn)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(yīng)用，增強(qiáng)國(guó)家及區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)能力，推進(jìn)衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)發(fā)展。