河南基準服務系統(tǒng)：讓空間定位更快更精準

本刊記者 王敏

2020 年5 月27 日，2020 珠峰高程測量登山隊成功登頂珠穆朗瑪峰，并圓滿完成登頂測量任務。此次測量，我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)首次上陣，幫助測繪工作者測量珠峰精確高程。

目前，我國已發(fā)射54 顆北斗導航衛(wèi)星，距完成全球組網，僅一星之遙。衛(wèi)星信號受設備、電離層等干擾時會產生誤差，難以滿足高精度位置服務需求，這就需要地面的基準服務系統(tǒng)與之“呼應”。該系統(tǒng)可以接收北斗等導航衛(wèi)星發(fā)射的初始信號，傳輸至數據綜合處理中心，處理后產生修正信號，通過互聯(lián)網向用戶實時播發(fā)差分信息。

河南省衛(wèi)星導航定位基準服務系統(tǒng)（以下簡稱“河南基準服務系統(tǒng)”），是目前我國建站技術標準最高、站點數量最多、密度最大、完全自主可控、整體水平達到國際先進水平的省級北斗地面基站增強系統(tǒng)，由247 個基準站組成，以我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)為主，兼容GPS、格洛納斯、伽利略等衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號，具備了覆蓋全省及其周邊的亞米級實時導航定位服務能力。

自2018 年底啟用以來，河南基準服務系統(tǒng)向全省用戶提供了實時、高效、精準的導航定位服務，滿足了專業(yè)應用領域和社會公眾不同的導航與位置服務需求。

改變傳統(tǒng)測繪作業(yè)模式

5 月7 日9 點左右，在鄭州航空港區(qū)會展物流片區(qū)的一塊空曠地段，兩個小伙子架設好儀器，握著記錄本，在認真觀測數據。

這是方宇勘測有限公司的技術人員劉永坤、朱曉昌在為安博鄭州空港國際物流中心項目開展控制點測量，方便后續(xù)施工放樣。

選定待測點，埋石，打開GPS-RTK，登錄河南基準服務系統(tǒng)，選用控制點測量模式，2 ～3 分鐘就獲取了控制點的高精度平面坐標和高程。如此反復測量3 次，取平均值為本點測量結果，記錄好數據后趕往下一待測點。1 個多小時后，劉永坤、朱曉昌圓滿完成了這塊300 畝倉儲用地的控制點測量工作。

“是不是覺得測量流程很簡單？”看著記者驚愕的表情，劉永坤解釋說，“測量效率的提高，得益于我省基準服務系統(tǒng)的應用?！币酝鶞y量控制點，需尋找已知點架設基準站，設置流動站測量參數，由基準站向流動站發(fā)送差分修正信號，再到另一已知點進行測量校正，校正后方可進行控制點埋石、觀測、記錄等工作?！白钌僖度? 臺設備、三四個人，耗費4小時才能完成這塊倉儲用地的控制點測量?！?/p>

“架設的基準站覆蓋范圍較小，要經常更換位置。位置變了，參數也發(fā)生改變，需重新轉換，耗時耗力。如今，河南基準服務系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)的等級控制點測繪，無需架設基站，1 人手持測量儀器，連接系統(tǒng)，幾秒即可獲取高精度坐標，真正實現了即時測量、即測即走?！碧崞鸷幽匣鶞史障到y(tǒng)，河南緯達勘測規(guī)劃設計有限公司測量二部總工李林原贊不絕口，他所負責的小浪底南岸灌區(qū)勘測定界、欒川重渡溝地形圖測繪、嵩縣G344 勘測定界等項目，因為該系統(tǒng)的應用，節(jié)省了大量人力物力，提高了工作效率。

據了解，2018 年底，河南省建成了由247 個站點組成的衛(wèi)星導航定位基準站網，建立了1 個省級數據中心、28 個市級分中心運行架構和數據處理分發(fā)服務體系，實現了基準站分級、分類、分層次管理，最終組成了河南省衛(wèi)星導航定位基準服務系統(tǒng)，形成了我省新一代時空基準服務體系。

遍布全省的247 個基準站，按照平均30 公里的間距進行規(guī)劃選址，即每個縣都有1 至2 個地面基準站，規(guī)避了建筑物形變的影響，確保了全省信號服務無死角，具備了實時、無縫、快速、高精度定位的能力，可面向不同用戶提供開放的實時動態(tài)亞米級、厘米級和靜態(tài)毫米級服務，實現位置信息處理和播發(fā)，以后還將支持百萬級用戶規(guī)模和高并發(fā)數據處理。

“河南基準服務系統(tǒng)完全自主可控、安全性高，因為無論是GNSS 接收裝備，還是系統(tǒng)數據解算軟件、服務發(fā)布平臺，全都是國產的，打破了以往基準站以GPS 信號為主、軟硬件設備依賴進口的局面?！焙幽鲜y繪工程院副院長張留民介紹說。

多領域開展示范應用

事實上，河南基準服務系統(tǒng)改變的不只是傳統(tǒng)繁重的測繪作業(yè)模式，還可以為防災減災、自然資源監(jiān)測、無人駕駛等領域注入全新的發(fā)展動能。

2016 年7 月，一場自有氣象記錄以來最強降雨襲擊安陽，林州市遭受百年不遇洪災，房屋被沖毀、山體滑坡、道路坍塌、人員被困……作為我省地質災害易發(fā)區(qū)之一，林州市目前共有隱患點149 個，嚴重威脅當地群眾生命財產安全。2019 年，河南省測繪地理信息局在林州啟動建設了基于北斗的地質災害監(jiān)測預警綜合管理平臺，選取林州市衡水鎮(zhèn)吳家井村為項目示范點，旨在探索北斗高精度導航定位技術在防災減災領域的應用。

吳家井村位于衡水鎮(zhèn)東北15 公里處。村莊東側山體結構松散，成分為砂石與泥土的混合物，滑坡體已形成，受雨水沖刷，極易誘發(fā)滑坡，是林州市新增地質災害隱患點之一。

一個太陽能電池板、一個小控制箱，吳家井村隱患點布設的監(jiān)測設備，模樣看似簡單，但科技感十足，是集GNSS 位移監(jiān)測設備、自動雨量監(jiān)測系統(tǒng)等前端設備為一體的地災自動化監(jiān)測系統(tǒng)，由河南測繪地理信息局聯(lián)合武漢大學研發(fā)而成。基于北斗衛(wèi)星高精度差分定位技術，該系統(tǒng)可實時接收河南基準服務系統(tǒng)提供的差分數據服務，長期連續(xù)跟蹤觀測衛(wèi)星信號，對監(jiān)測點的表面位移、裂縫、雨量、土壤含水量等關鍵地質信息的變化進行實時精準監(jiān)測，最終得到監(jiān)測點的三維坐標，以及毫米級的高精度形變量。

“哪怕在無常規(guī)通信網絡條件下，監(jiān)測點的任何細小變化，都能通過北斗數據傳輸終端以三維坐標數據實時傳輸到遠程數據中心。”據河南省測繪工程院CORS 管理中心主任朱洪江介紹，綜合管理平臺會自動處理、分析與計算監(jiān)測數據，給出實時的地質災害預警結果。一旦有地災風險，平臺會將預警信息及時、準確地傳至地災可能威脅區(qū)域，使群測群防及相關工作人員及時采取防范措施，最大限度減少人員傷亡和財產損失。“監(jiān)測人員還可隨時通過電腦、手機在綜合管理平臺察看監(jiān)測點的監(jiān)測方案、實時數據等信息?！?/p>

基于北斗的新縣礦山安全生產三維監(jiān)管系統(tǒng)，是河南省測繪地理信息局利用北斗導航實時定位技術研發(fā)的另一典型示范應用。

“通過在礦車上安裝位置服務CORS車載硬件終端，實時接收北斗衛(wèi)星導航信號，系統(tǒng)對監(jiān)測到的礦車經緯度、時間、方向、速度等信息進行解算，獲取礦車的實時位置軌跡、行駛狀態(tài)、報警信息等，并對車輛總數、在線車輛、離線車輛等車輛運行狀況進行分析，進而實現多車監(jiān)控、車輛統(tǒng)一調度管理等功能?！敝旌榻榻B說。

此外，河南省測繪地理信息局還聯(lián)合鄭州宇通集團有限公司，開展了汽車無人駕駛等基于北斗高精度導航定位的示范應用。利用河南基準服務系統(tǒng)，精準定位每個扶貧村、貧困戶的位置，迅速掌握貧困戶情況；精準定位污染源，結合遙感影像，及時發(fā)現垃圾、黑臭水體和污水口的位置；準確定位山水林田湖草需要監(jiān)測的重點領域，通過對比分析，監(jiān)測自然生態(tài)環(huán)境的變化……

增強用戶獲得感

7×24 小時保持電話暢通，每天一上班就打開基準服務系統(tǒng)，查看站點故障及原因，列成表格發(fā)給各地基準站維護人員，成為CORS 管理中心運維人員周哲和張凱莉的“標配”，他們要督促指導當地排除故障，確保數據正常傳輸。

“賬號如何登錄、坐標系怎么設置……”每次手機一響，運維人員祁禮剛的腦海里就條件反射地羅列出“常見問題解答”，他主要負責系統(tǒng)的用戶注冊、賬戶發(fā)放、技術服務等工作，每天隨時隨地為微信群、QQ 群里的用戶答疑解惑?！耙荒甓鄟恚S著系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，群里用戶的問題越來越少，但我們依然沒有松懈。”祁禮剛說。

“我們的宗旨就是以用戶為中心，不斷優(yōu)化服務、改進技術、嚴格監(jiān)管，增強用戶的獲得感，擴大基準服務系統(tǒng)的影響力?！敝旌榻缡钦f。

“系統(tǒng)實行用戶注冊審核制度，用戶需向當地分中心申請，當地審核后上傳至省中心進行審批。整個流程下來，最快也得一兩天才能發(fā)放賬戶、開通服務。”朱洪江說，為減少審批環(huán)節(jié)，優(yōu)化服務程序，技術人員專門對系統(tǒng)進行了完善升級，增加了網上審批模塊，實現了用戶申請、注冊、審核一站式服務?！澳壳?，系統(tǒng)這一功能正在試運行，正式上線后可讓用戶足不出戶就能辦完手續(xù)，實現‘零上門、無紙化’的全省統(tǒng)一用戶注冊流程和用戶服務?！?/p>

在資源共享方面，河南省測繪地理信息局與陜西、山東、安徽等相鄰六省份達成站點共享協(xié)議，實現了與鄰省邊界區(qū)域的基準站數據共享，便于為河南及周邊區(qū)域用戶提供高精度、全天候的實時導航定位服務。

● 為基準站安裝“身份標牌”

在基準站監(jiān)管方面，按照省自然資源廳相關文件要求，河南省測繪地理信息局建設了運維管理機制，確定了各市分中心負責人和站點維護人員，制定了運行維護管理辦法和故障應急機制，運維情況雙月報；為每一個基準站制作安裝了“身份標牌”，明確管理責任單位和維護主體 ；要求維護人員定期對站點設備、環(huán)境、電力和網絡進行巡查與維護，確?；鶞收菊＿\行，向社會提供7×24 小時不間斷數據服務。

2019 年，河南省測繪地理信息局聯(lián)合武漢大學李建成院士團隊，利用國家基準工程最新的GNSS A、B級網和一、二等水準網復測成果，結合河南省地形數據、重力資料，完成了全省厘米級似大地水準面精化工作，確定了全省域、高分辨率、高精度似大地水準面的格網數值模型，得出我省2′×2′格網似大地水準面，精度達到±2.4cm，并開發(fā)出具有實時向用戶分發(fā)厘米級似大地水準面精化成果產品的綜合服務平臺，構建了我省衛(wèi)星導航定位基準服務三維框架體系。

“以往用戶連接基準服務系統(tǒng)，獲取的是大地高，用戶必須進行參數轉換才可獲取實際需求的正常高。似大地水準面精化工作的完成，讓用戶直接獲取正常高，無需再進行參數轉換。目前，這一工作仍在測試階段，數據基本可滿足正常精度需求?！敝旌榻f。

優(yōu)質的服務和技術水平，換來了用戶的高度認可?！盎鶞史障到y(tǒng)提供的網絡RTK 技術和河南省大地水準面精化成果，大大提高了作業(yè)精度和效率。使用中通信系統(tǒng)穩(wěn)定，未出現網絡RTK 不能覆蓋的區(qū)域?！秉S河勘測規(guī)劃設計有限公司測繪信息工程院承擔的黃河水利工程劃界、河道生態(tài)治理、黃河下游綜合治理等項目中，基準服務系統(tǒng)發(fā)揮了巨大作用，并頗受好評。

據介紹，自正式啟用至今，河南基準服務系統(tǒng)注冊用戶已達600 家左右，發(fā)放賬號近3000 個，為企業(yè)提高生產效率50%以上，每日即時用戶最多可達300余個，固定率保持在70%左右。

探索，永不止步

北斗高精度定位設備的使用，讓火神山、雷神山醫(yī)院的測量標繪工作迅速完成；基于北斗的無人機設備可以快速精準運送物資；北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)車載終端，向600 萬輛入網車提供14 天的軌跡查詢……新冠肺炎疫情期間，各類基于北斗的智能終端產品進入大眾視野，也讓測繪工作者開始思考如何拓展基準服務系統(tǒng)應用的深度與廣度。

● 故障維修

“目前，基于河南基準服務系統(tǒng)的應用多集中在測繪這個圈子?！敝旌榻f，“雖然經過測繪市場的磨礪，我們在基準站管理、運維、差分技術等方面積累了豐富經驗，但不能滿足于只為用戶提供差分信號。下一步，在持續(xù)做好基準服務系統(tǒng)運維工作的同時，我們將著力改善這種單一的服務模式?！?/p>

“今年，我們將主動對接各行各業(yè)需求，依托河南省時空地理信息院士工作站、北斗導航與位置服務河南省工程實驗室等科研機構，聯(lián)合推進基于北斗衛(wèi)星導航體系的終端產品開發(fā)，促進北斗衛(wèi)星導航與位置服務產業(yè)同相關行業(yè)的深度融合發(fā)展?！焙幽鲜y繪地理信息局副局長毛忠民介紹說。

高精度的數據，需要與之相匹配的傳輸速度。近日，河南省自然資源廳與中國移動河南公司簽署5G+自然資源戰(zhàn)略合作協(xié)議，明確將在北斗應用信息化領域加強合作，提升5G+衛(wèi)星導航定位基準站網綜合服務能力，推進5G+北斗關鍵技術合作研究，加快推動5G+北斗導航示范應用，合作推動“測繪地理信息成果融合應用試驗區(qū)”建設。

按照河南省自然資源廳相關要求，河南省測繪地理信息局也將積極探索“5G+北斗”新技術與測繪成果融合應用的“5G+智慧交通”“5G+智慧旅游”等位置服務項目，提升民生領域服務水平，依托“精準定位”，利用移動大數據為城市管理、規(guī)劃、商業(yè)應用提供更精確的決策支撐。

“我們也鼓勵廣大企事業(yè)單位參與系統(tǒng)的深度開發(fā)和增值服務，努力推出更多貼近百姓生活的導航定位產品和應用，共同推動我省北斗衛(wèi)星導航與位置服務產業(yè)的持續(xù)健康快速發(fā)展，進而提升城市精細化、智能化管理水平。”毛忠民如是說。