廣西現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)管理與綜合服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)

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(jì),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(jí)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航(BDS)地基增強(qiáng)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(jí)BDS地基增強(qiáng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了BDS與位置服務(wù)的米級(jí)、亞米級(jí)、厘米級(jí)和事后毫米級(jí)的多級(jí)導(dǎo)航定位服務(wù)[3-4]．

廣西現(xiàn)代測(cè)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(cè)繪資質(zhì)的單位開展測(cè)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(cè)量,具備支撐海量大地控制測(cè)量服務(wù)的能力;在基準(zhǔn)站運(yùn)行維護(hù)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(yùn)維管理能力等.無論是管理上還是技術(shù)實(shí)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(cè)繪基準(zhǔn)管理與綜合服務(wù)方式,利用現(xiàn)代測(cè)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(cè)繪基準(zhǔn)管理與綜合服務(wù)平臺(tái)(下稱平臺(tái)),力求解決行政監(jiān)管有效性、業(yè)務(wù)服務(wù)高效性和運(yùn)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(yùn)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(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)(CORS)基礎(chǔ)平臺(tái),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(cè)繪基準(zhǔn)管理與綜合服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng),通過該系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)CORS 運(yùn)維三位一體(即“基站、控制中心、流動(dòng)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(shí)考慮與共享發(fā)布平臺(tái)的互融互通,具有較好的擴(kuò)展性和前瞻性．

1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

平臺(tái)利用模塊化設(shè)計(jì),各個(gè)模塊之間相互獨(dú)立,無直接耦合關(guān)系. 數(shù)據(jù)傳遞通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)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(tái)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(fù)著用戶與模塊層間的對(duì)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(shí)現(xiàn)應(yīng)用層與數(shù)據(jù)層間的交互．模塊層包含確認(rèn)用戶對(duì)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(fù)責(zé)管理對(duì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的讀寫;3)平臺(tái)層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)和開發(fā)平臺(tái);4)數(shù)據(jù)層是整套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源部分,負(fù)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(duì)這四層進(jìn)行明確分割,并在邏輯上獨(dú)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(tái)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(gè)數(shù)據(jù)庫搭建根據(jù)業(yè)務(wù)流程和核心技術(shù)兩個(gè)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(cè)、申請(qǐng)、審核、上傳、批準(zhǔn)、短信通知和觀測(cè)數(shù)據(jù)上傳等系列業(yè)務(wù)流數(shù)據(jù),同時(shí)存儲(chǔ)用戶日志數(shù)據(jù)、流動(dòng)站數(shù)據(jù)、用戶登錄數(shù)據(jù),新聞播報(bào)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(cè)數(shù)據(jù)、基站日志文件、各等級(jí)自動(dòng)解算控制點(diǎn)成果、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、BDS短報(bào)文數(shù)據(jù)、日常運(yùn)維報(bào)表、數(shù)據(jù)質(zhì)量分析、基站管理、對(duì)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(tái)數(shù)據(jù)庫構(gòu)成示意圖

2 功能設(shè)計(jì)

平臺(tái)采用模塊化開發(fā),主要包括三個(gè)功能模塊：1)服務(wù)端,負(fù)責(zé)對(duì)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(fù)責(zé)后臺(tái)差分監(jiān)控的開發(fā),主要包含在線委托保管、電子運(yùn)維和視頻監(jiān)控、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)碼相位差分(RTD)和格網(wǎng)化差分服務(wù)、GNSS自動(dòng)解算和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等管理業(yè)務(wù)模塊；3)監(jiān)管端,負(fù)責(zé)政務(wù)服務(wù)開發(fā),主要包含并網(wǎng)申請(qǐng),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(tái)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(cè)申請(qǐng)、審核和批準(zhǔn)三大流程組成．用戶通過注冊(cè)申請(qǐng),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(cè)、審核和賬號(hào)發(fā)送等環(huán)節(jié)都提供了短信推送,及時(shí)告知用戶.同時(shí)申請(qǐng)表根據(jù)注冊(cè)信息自動(dòng)生成,并將保密承諾、用戶使用須知和用戶申請(qǐng)信息等集成在一張紙上,實(shí)現(xiàn)“一紙化”減少用戶申請(qǐng)工序,具體流程如圖4所示．為提高現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)成果的應(yīng)用和推廣,將用戶區(qū)分為測(cè)繪資質(zhì)單位、建設(shè)勘測(cè)資質(zhì)單位和自治區(qū)政府行政單位三類：1)測(cè)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(qǐng);2)建設(shè)勘測(cè)資質(zhì)單位必須有相應(yīng)項(xiàng)目支撐,在項(xiàng)目期和項(xiàng)目區(qū)內(nèi)提供相應(yīng)的服務(wù),不得從事非法測(cè)繪;3)自治區(qū)各級(jí)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(cè)繪活動(dòng)．

服務(wù)端的功能設(shè)計(jì)主要改變了傳統(tǒng)辦理賬號(hào)和GNSS解算業(yè)務(wù)需要到達(dá)CORS中心的模式,改變?yōu)槔没ヂ?lián)網(wǎng),實(shí)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(duì)應(yīng)的規(guī)范申請(qǐng)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(fù)責(zé)后臺(tái)差分服務(wù)的開發(fā),具備米級(jí)、亞米級(jí)、厘米級(jí)和事后毫米級(jí)的多級(jí)定位服務(wù)能力和智能化運(yùn)維保障能力,同時(shí)提供強(qiáng)大的位置服務(wù)能力．

2.2.1 電子運(yùn)維和視頻監(jiān)控

基準(zhǔn)站電子運(yùn)維改變了傳統(tǒng)在站點(diǎn)上放置紙質(zhì)運(yùn)維手冊(cè)進(jìn)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(shí)地拍照,記錄問題,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與后臺(tái)同步更新的智能運(yùn)維方式.同時(shí)數(shù)據(jù)中心提供多頻視頻監(jiān)控,如圖5所示,圖中藍(lán)色站點(diǎn)為已安裝視頻監(jiān)控,灰色站點(diǎn)為未安裝視頻監(jiān)控,點(diǎn)擊某個(gè)站點(diǎn)即可實(shí)時(shí)查看站點(diǎn)狀況,并可與實(shí)地委托保管員進(jìn)行溝通,顯著提高了站點(diǎn)運(yùn)維效率.結(jié)合每日實(shí)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(cè)分析,確保了站點(diǎn)上線率達(dá)到95%以上．

圖5 基準(zhǔn)站視頻監(jiān)控運(yùn)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(tái)差分系統(tǒng)是現(xiàn)代測(cè)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)厘米級(jí)和米級(jí)(亞米級(jí))的導(dǎo)航定位服務(wù),實(shí)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(shí)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(jí))的高精度定位服務(wù).通過多種技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)了廣西現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)的米級(jí)、亞米級(jí)、厘米級(jí)和事后毫米級(jí)導(dǎo)航定位服務(wù)能力．

2.2.3 GNSS自動(dòng)解算

GNSS自動(dòng)解算功能的實(shí)現(xiàn),有效地提高了平臺(tái)對(duì)全區(qū)測(cè)量控制網(wǎng)的解算能力．該模塊實(shí)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(bào)告自動(dòng)生成的全流程集成.同時(shí)針對(duì)不同等級(jí)控制點(diǎn),對(duì)外業(yè)務(wù)具備從10 min～3 h的D級(jí)及以下等級(jí)各級(jí)控制點(diǎn)的快速解算能力,有效保障了重大項(xiàng)目控制網(wǎng)的快速敷設(shè)．

2.3 監(jiān)管端

監(jiān)管端負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)基站進(jìn)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(shí)掌握基站動(dòng)態(tài)[10],完善對(duì)基站的管理．

2.3.1 并網(wǎng)服務(wù)模塊

平臺(tái)提供了并網(wǎng)功能,根據(jù)站點(diǎn)共享機(jī)制原則,市縣測(cè)繪行政主管部門根據(jù)自治區(qū)級(jí)框架網(wǎng)進(jìn)行加密建設(shè).目前已實(shí)現(xiàn)南寧、柳州和北海等6個(gè)區(qū)市的站點(diǎn)并網(wǎng)申請(qǐng),合理利用了已有站點(diǎn)情況,避免重復(fù)建設(shè),達(dá)到資源的有效利用．

2.3.2 電子圍欄模塊

平臺(tái)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(xiàng)目區(qū)內(nèi)實(shí)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(jī)場(chǎng)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(dá)到行政監(jiān)管,避免黑飛和非法測(cè)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(dòng)解算、平差功能,實(shí)現(xiàn)從用戶上傳數(shù)據(jù)到輸出平差報(bào)告的自動(dòng)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(dòng)化解算思想,系統(tǒng)根據(jù)概略位置自動(dòng)選取足夠的周邊基準(zhǔn)站作為解算控制點(diǎn)及數(shù)據(jù)檢核點(diǎn),利用加密的基站坐標(biāo)庫,進(jìn)行GNSS觀測(cè)點(diǎn)E級(jí)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(shí)使用2000國家大地坐標(biāo)作為檢查點(diǎn)檢核解算成果精度,并最終直接輸出平差報(bào)告,從用戶上傳數(shù)據(jù)到輸出平差報(bào)告的自動(dòng)無縫銜接,實(shí)現(xiàn)兼容BDS的GNSS數(shù)據(jù)全自動(dòng)解算,解算流程包括申請(qǐng)、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(dòng)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(dú)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(xiàng)智能傻瓜式的內(nèi)業(yè)處理功能,對(duì)促進(jìn)行業(yè)發(fā)展具有重要意義．

圖6為利用平臺(tái)自動(dòng)解算功能計(jì)算三個(gè)已知點(diǎn)的坐標(biāo)值與真值的偏差圖,隨著觀測(cè)時(shí)長的增長,即觀測(cè)時(shí)長達(dá)到30 min后,N、E、U三個(gè)方向上的自動(dòng)解的計(jì)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(gè)已知點(diǎn)自動(dòng)解算軟件在NEU方向的計(jì)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(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)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(duì)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(xiàng)目的整個(gè)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(cè)繪等違法事件的發(fā)生．

2)作業(yè)進(jìn)度及軌跡查詢

對(duì)于電子?xùn)艡趦?nèi)的設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控,根據(jù)作業(yè)面積或作業(yè)點(diǎn)數(shù)進(jìn)行概略的進(jìn)度統(tǒng)計(jì),管理者可以在手機(jī)或電腦中了解項(xiàng)目實(shí)時(shí)進(jìn)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(xiàng)目負(fù)責(zé)人作業(yè)進(jìn)度信息,實(shí)現(xiàn)真正的精細(xì)化管理．

圖7 用戶作業(yè)軌跡查詢

3.3 實(shí)現(xiàn)差分軟件與系統(tǒng)管理平臺(tái)一體化

差分服務(wù)軟件NRS,如圖8示,以廣西CORS為平臺(tái),兼容接入拓普康、天寶、南方等多品牌參考站觀測(cè)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(tái)以差分服務(wù)軟件為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)差分軟件與系統(tǒng)管理平臺(tái)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(tái)化,從系統(tǒng)概念到平臺(tái)概念的提升

通過本項(xiàng)目基準(zhǔn)平臺(tái),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廣西規(guī)劃局、國土局等下屬縣市已有的CORS基準(zhǔn)站進(jìn)行有條件的并網(wǎng)操作,統(tǒng)一由省網(wǎng)管理;同時(shí)，對(duì)各區(qū)域原有的CORS子網(wǎng)，分配周邊省級(jí)或地市級(jí)CORS基準(zhǔn)站,進(jìn)行子網(wǎng)的加強(qiáng),達(dá)到資源利用最大化．

這種對(duì)分散的基準(zhǔn)站進(jìn)行統(tǒng)一申請(qǐng),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(shì),可避免社會(huì)資源的閑置及浪費(fèi),在提升經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),也大大提升了社會(huì)效益．

4 結(jié)束語

廣西現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)管理與綜合服務(wù)平臺(tái)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(yùn)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(shí)也為行政監(jiān)管提供了一個(gè)行之有效的手段.智能化衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站運(yùn)維方式,減輕了技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提升了工作效能．