關(guān)于北斗加入RTCM國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的總體研究

吳海玲 ，李作虎，劉 暉

(1.北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京，100094；2．武漢大學(xué)，湖北 武漢 430072；3.武漢導(dǎo)航與位置服務(wù)工業(yè)技術(shù)研究院，湖北 武漢 430072)

0 引 言

RTCM標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)美國(guó)海事無線電技術(shù)委員會(huì)第104特別委員會(huì)的建議制定的關(guān)于差分改正信息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)，以代替原來GPS接收機(jī)生產(chǎn)商自行設(shè)計(jì)的專用格式。其最初版本于1985年制定，主要用于海上的差分服務(wù)，但是目前已被用于海運(yùn)、內(nèi)陸交通、工程施工、國(guó)土規(guī)劃、大地測(cè)量等各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域來傳輸差分GNSS數(shù)據(jù)。RTCM標(biāo)準(zhǔn)已成為衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域芯片制造商、板卡集成商、整機(jī)制造商、應(yīng)用服務(wù)提供商以及用戶等在設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)加工、應(yīng)用推廣等產(chǎn)業(yè)鏈中必須遵守的關(guān)鍵協(xié)議之一，雖然是推薦標(biāo)準(zhǔn)，但卻是事實(shí)上的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

相關(guān)報(bào)告表明衛(wèi)星導(dǎo)航差分及數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域全球年產(chǎn)值2015年達(dá)到800億美元左右。在實(shí)時(shí)定位領(lǐng)域內(nèi)，RTCM標(biāo)準(zhǔn)是確保能夠達(dá)到定位精度需求的核心部分，制造商生產(chǎn)的參考站和流動(dòng)站等產(chǎn)品需要遵守這一協(xié)議，在此協(xié)議支持下，用戶才能接收不同服務(wù)商、不同導(dǎo)航系統(tǒng)的差分信息，實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用；芯片、板卡和整機(jī)制造商才能生產(chǎn)可以相互兼容、配套使用的產(chǎn)品；服務(wù)提供商才能建設(shè)兼容不同制造商產(chǎn)品、服務(wù)接口統(tǒng)一、可容納大量用戶的基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用系統(tǒng)。

1 RTCM組織及工作程序

1.1 美國(guó)海事無線電技術(shù)委員會(huì)(RTCM)簡(jiǎn)介

美國(guó)海事無線電技術(shù)委員會(huì)(RTCM)是一個(gè)國(guó)際非營(yíng)利性科學(xué)、專業(yè)和教育組織，成立于1947年，開始時(shí)作為美國(guó)政府咨詢委員會(huì)，后發(fā)展為從事技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究的獨(dú)立組織，其成員由非政府組織和政府機(jī)構(gòu)組成。 RTCM參與了國(guó)際海事組織(IMO)、國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI)、國(guó)際羅蘭協(xié)會(huì)(ILA)等多個(gè)機(jī)構(gòu)或組織的標(biāo)準(zhǔn)研究與制修訂工作，與國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)、國(guó)際航道組織(IHO)、國(guó)際航海協(xié)會(huì)(IALA)、美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)(NMEA)等機(jī)構(gòu)或組織保持緊密聯(lián)系，已逐漸發(fā)展成為在航海和陸地導(dǎo)航、無線電技術(shù)等方面具有重要影響力的標(biāo)準(zhǔn)制修訂和技術(shù)研究機(jī)構(gòu)。 RTCM目前有超過130個(gè)組織成員，主要由無線電導(dǎo)航通信設(shè)備的制造商、系統(tǒng)解決商、標(biāo)準(zhǔn)制修訂機(jī)構(gòu)、船主、教育學(xué)術(shù)界、銷售服務(wù)商等組成，下設(shè)多個(gè)專業(yè)委員會(huì)(SC)。專業(yè)委員會(huì)由RTCM成員組成，負(fù)責(zé)相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作。專業(yè)委員會(huì)設(shè)主席和秘書崗位，主席由會(huì)員內(nèi)知名專家擔(dān)任，由RTCM成員提名并經(jīng)RTCM主席批準(zhǔn)。所有RTCM成員均有資格以信件(Email)和與會(huì)方式參加所有專業(yè)委員會(huì)的活動(dòng)。目前RTCM組織中的專業(yè)委員會(huì)及其研究方向如表1所示。

表1 RTCM組織中的專業(yè)委員會(huì)及其研究方向

在各專業(yè)委員會(huì)下，會(huì)針對(duì)不同技術(shù)專題設(shè)立多個(gè)工作組(WG)開展研究。RTCM成員可申請(qǐng)成立或加入WG，各WG也設(shè)立主席和副主席(或秘書)，由專業(yè)委員會(huì)成員推選，并向?qū)I(yè)委員會(huì)主席負(fù)責(zé)。 RTCM各專業(yè)委員會(huì)提供的文件和報(bào)告通常形成RTCM推薦標(biāo)準(zhǔn)。專業(yè)委員會(huì)以RTCM推薦規(guī)范形式輸出的文檔已被廣泛地接受，RTCM各專業(yè)委員會(huì)定期更新這些推薦規(guī)范，以適應(yīng)不斷變化的技術(shù)現(xiàn)狀。RTCM各專業(yè)委員會(huì)主導(dǎo)開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 RTCM組織所制訂的標(biāo)準(zhǔn)概況

RTCM采取年度會(huì)員制，每年需要交納一定的會(huì)費(fèi)，目前注冊(cè)一個(gè)成員需約1 750美元，由此獲得對(duì)提案和標(biāo)準(zhǔn)草案討論和投票表決權(quán)，會(huì)員主要面向企業(yè)和機(jī)構(gòu)。

1.2 RTCM第104專業(yè)委員會(huì)及其工作程序

RTCM組織中與衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)的是第104專業(yè)委員會(huì)(以下簡(jiǎn)稱專業(yè)委員會(huì))，負(fù)責(zé)差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(DGNSS)相關(guān)推薦標(biāo)準(zhǔn)的制定以及RINEX標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作(2011年以后)。每個(gè)專業(yè)委員會(huì)下設(shè)多個(gè)工作組(Working Group)。其中，第104專業(yè)委員會(huì)下設(shè)RTK network、Galileo、GLONASS、RINEX、BDS(2013年9月份成立)等工作組。

第104專業(yè)委員會(huì)每年召開三次會(huì)議，一般分別在年初1月、5月和9月份召開，會(huì)議地點(diǎn)不固定?；镜墓ぷ鳈C(jī)制如下：

提案提交：任何成員都可以提交提案，但必須以工作組名義，即要想提交關(guān)于BDS差分電文的提案，就必須先成立BDS工作組；在提案提交前最好在工作組和特別委員會(huì)中得到充分討論，方可確保提案順利通過；專業(yè)委員會(huì)接受提案后即可進(jìn)入討論環(huán)節(jié)。

提案討論：通常是以郵件的形式進(jìn)行，還有每年三次會(huì)議的形式充分討論。

提案表決：委員會(huì)按照每個(gè)正式成員一票，超過半數(shù)則通過；投票可以采取網(wǎng)絡(luò)投票和現(xiàn)場(chǎng)投票兩種方式，均有效；會(huì)議一般性的提案，例如成立工作組和設(shè)立專題等，由專業(yè)委員會(huì)主席現(xiàn)場(chǎng)征求專家意見，決定通過與否。

標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布：提案表決通過后，委員會(huì)會(huì)根據(jù)修訂意見，對(duì)版本進(jìn)行升級(jí)，形成修訂稿(每年可能提出2～3次修訂稿)，并正式發(fā)布實(shí)施。一般每?jī)赡晟?jí)一次版本。成員從提出提案到加入修訂稿，大概需要半年到一年的時(shí)間。

2 RTCM SC-104標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外研究情況

2.1.1 RTCM標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況

RTCM第104專業(yè)委員會(huì)負(fù)責(zé)制修訂的差分GNSS系列標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況，詳見表3所示。

表3 RTCM SC-104差分GNSS標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況

2.1.2 2.3版本功能簡(jiǎn)單，正在升級(jí)，資源有限

2.3版本內(nèi)容包括偽距差分(DGNSS)和載波相位差分(RTK)協(xié)議，主要應(yīng)用于陸地參考站網(wǎng)(CORS)和單基站差分等厘米級(jí)高精度差分服務(wù)，以及海事沿海差分臺(tái)站(RBN-DGPS)米級(jí)差分導(dǎo)航服務(wù)，作為差分基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)在RTCM SC-104系列標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用最為廣泛。其中厘米級(jí)差分服務(wù)主要基于雙頻高精度測(cè)量型接收機(jī)，米級(jí)差分導(dǎo)航服務(wù)主要基于單頻偽距導(dǎo)航接收機(jī)。目前，市面上銷售的測(cè)量型接收機(jī)必須支持2.3版本。

目前，2.3版本是以GPS為核心的，有條件支持GLONASS，但均不包含北斗和Galileo系統(tǒng)的差分電文。2.3版本電文容量為64條，目前占用了38條電文(含保留電文6條)，各系統(tǒng)使用情況如表4所示。

表4 RTCM 2.3版本電文使用情況

目前，Galileo、BDS、QZSS都在積極爭(zhēng)取有限的剩余電文資源。若按照RTCM 10402.3的設(shè)計(jì)思路，其64條電文設(shè)計(jì)容量根本無法全部滿足上述系統(tǒng)對(duì)低速率差分電文的應(yīng)用需求。為此，委員會(huì)已經(jīng)在2.3版本的基礎(chǔ)上進(jìn)行了電文資源優(yōu)化整合，停用或即將停用17條涉及偽距差分、載波相位、信標(biāo)臺(tái)信息的差分電文，增加了4條通用差分電文，以支持多系統(tǒng)多頻率的偽距差分和載波相位差分電文，形成了RTCM 10402.4版本，目前處于征求意見階段。2.4版本對(duì)于Galileo、BDS以及QZSS進(jìn)入RTCM標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)非常關(guān)鍵的機(jī)會(huì)。2.4版本(征求意見稿)電文使用情況如表5所示。

表5 RTCM 10402.4版本(征求意見稿)中電文使用情況

2.1.3 3.2版本功能多樣，發(fā)展潮流，資源豐富

主要內(nèi)容包括RTK、網(wǎng)絡(luò)RTK、狀態(tài)空間差分SSR、輔助GNSS技術(shù)(AGNSS)等協(xié)議，主要應(yīng)用于GNSS高精度實(shí)時(shí)定位領(lǐng)域，是RTCM SC-104標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的主流方向。

3.2版本于2013年2月1日正式發(fā)布，并于7月12日推出修訂版本。最新修訂版本同時(shí)完全支持GPS和GLONASS(不支持GLONASS K系列衛(wèi)星CDMA信號(hào))，部分支持Galileo系統(tǒng)，但僅在多頻率多信號(hào)電文組(MSM)中為北斗制訂了10條電文。北斗在四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中電文數(shù)量最少，且未定義BDS的坐標(biāo)系統(tǒng)，在絕大多數(shù)應(yīng)用中無法獨(dú)立工作，另外也不支持網(wǎng)絡(luò)RTK、SSR以及ABDS等具有發(fā)展?jié)摿Φ母吒郊又祽?yīng)用。

3.2版本標(biāo)準(zhǔn)電文容量為4 096條，目前已經(jīng)占用了1 310條電文(含保留電文1112條)，具體使用情況如表6所示。

表6 3.2版本電文使用情況

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)主要由原電子部衛(wèi)星導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)專項(xiàng)(2004年8月)基于RTCM SC-104 V2.3制訂了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《衛(wèi)星導(dǎo)航差分格式》(S05009-T)，并于2012年6月頒布實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)未考慮北斗。此外，交通運(yùn)輸部基于RTCM SC-104 V2.3制訂了《差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(DGNSS)技術(shù)要求》(GB/T 17424-2009)，也未考慮北斗。我國(guó)從事高精度芯片板卡研發(fā)、軟件開發(fā)和系統(tǒng)集成的部分高校企業(yè)，如武漢大學(xué)、上海司南、南方測(cè)繪、中海達(dá)等公司已認(rèn)識(shí)到差分標(biāo)準(zhǔn)的重要性，并基于3.2版本提出了自主定義的RTCM BDS電文標(biāo)準(zhǔn)。由于電文格式不符合RTCM SC-104電文規(guī)范，申請(qǐng)的電文資源已被占用、專業(yè)委員會(huì)無專門針對(duì)BDS電文制修訂的工作組等因素，中國(guó)企業(yè)于2013年5月份向?qū)I(yè)委員會(huì)提交的BDS修訂提案未被接受。

2013年9月16日到17日，RTCM SC-104專業(yè)委員會(huì)2013年度第三次會(huì)議在美國(guó)納什維爾(Nashville)舉行。本次會(huì)議中國(guó)機(jī)構(gòu)(企業(yè))代表團(tuán)成功參會(huì)，提出北斗加入RTCM SC-104框架并得到支持，并且委員會(huì)一致同意成立BDS工作組，負(fù)責(zé)BDS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，并推薦由韓紹偉博士作為工作組主席。

總體來說，國(guó)內(nèi)相關(guān)院校和企業(yè)已經(jīng)具備制修訂BDS相關(guān)差分電文和RINEX等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)和能力，但缺乏統(tǒng)一的協(xié)調(diào)與組織機(jī)制，力量分散，大多僅關(guān)注某一領(lǐng)域內(nèi)的差分應(yīng)用(如只關(guān)注高精度RTK，不考慮SSR等)，在國(guó)際RTCM標(biāo)準(zhǔn)討論中處于劣勢(shì)。

3 北斗加入RTCM的必要性和迫切性分析

盡快加入RTCM組織，參與RTCM差分協(xié)議修訂討論，對(duì)于北斗盡快進(jìn)入RTCM標(biāo)準(zhǔn)、搶占GNSS信息資源、推動(dòng)北斗產(chǎn)品走向世界、促進(jìn)我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義：

1) 參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工作，確保北斗系統(tǒng)的獨(dú)立開放。

由于RTCM組織成立之初是作為美國(guó)政府顧問委員會(huì)，目前由美國(guó)企業(yè)主導(dǎo)，為保護(hù)GPS的利益，一直限制RTCM對(duì)GLONASS、Galileo等多衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的支持(如在2.3版本中多處電文支持GLONASS，卻又規(guī)定電文時(shí)間為GPS時(shí))，限制了電文對(duì)非GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的獨(dú)立操作能力。不僅如此，由于RTCM面向企業(yè)和機(jī)構(gòu)，任何企業(yè)和機(jī)構(gòu)都可以提交關(guān)于BDS的標(biāo)準(zhǔn)草案，存在惡意設(shè)計(jì)BDS電文使其無法獨(dú)立工作的風(fēng)險(xiǎn)。為此，只有中國(guó)企業(yè)(機(jī)構(gòu))積極主動(dòng)盡快加入RTCM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)工作，參與BDS電文的制修訂工作，爭(zhēng)取并確保BDS在高精度差分應(yīng)用領(lǐng)域中的獨(dú)立性，才符合北斗系統(tǒng)“獨(dú)立、開放”的發(fā)展思路，真正保證北斗系統(tǒng)的發(fā)展利益。

2) 參與信息資源競(jìng)爭(zhēng)，爭(zhēng)取國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制訂話語(yǔ)權(quán)。

RTCM差分標(biāo)準(zhǔn)由有限條表達(dá)不同含義的電文組成，2.3版本設(shè)計(jì)了64條電文，3.2版本設(shè)計(jì)了4 096條電文，是一種典型的信息資源。目前，2.3版本僅有26條電文未定義，其余均已被GPS、GLONASS以及國(guó)外高精度企業(yè)所占據(jù)，北斗在爭(zhēng)取有限資源時(shí)將面臨Galileo、QZSS等系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)；3.2版本雖然已定義的電文僅有198條(供企業(yè)和機(jī)構(gòu)使用的專用電文96條)，但北斗系統(tǒng)將面臨Galileo、QZSS、IRNSS、SBAS等各種全球或區(qū)域?qū)Ш皆鰪?qiáng)系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)，且國(guó)內(nèi)北斗企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)也將面臨與國(guó)際知名GNSS企業(yè)和機(jī)構(gòu)同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)專用電文資源的局面。另外，目前3.2版本中的國(guó)外企業(yè)或機(jī)構(gòu)提出的BDS電文并不能支持網(wǎng)絡(luò)RTK及SSR應(yīng)用，意味著我們不能依靠國(guó)外技術(shù)力量實(shí)現(xiàn)RTCM對(duì)北斗的完全支持，且國(guó)外企業(yè)或機(jī)構(gòu)所提出的北斗差分電文并不一定符合已公布的北斗ICD，甚至有可能有意限制在具體應(yīng)用中獨(dú)立使用北斗，且基本未考慮北斗全球系統(tǒng)的未來發(fā)展需求。加入RTCM組織，盡早提交自主制訂的BDS差分電文草案并力爭(zhēng)通過，對(duì)于搶占GNSS國(guó)際信息資源，提升我國(guó)在國(guó)際GNSS標(biāo)準(zhǔn)制定中的話語(yǔ)權(quán)，推動(dòng)北斗全球應(yīng)用是十分迫切和重要的。

3)參與國(guó)際產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，推動(dòng)北斗產(chǎn)品走向世界，促進(jìn)我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

國(guó)際高技術(shù)應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)本質(zhì)上是標(biāo)準(zhǔn)的競(jìng)爭(zhēng)，標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展密切相關(guān)。由于缺乏在RTCM標(biāo)準(zhǔn)組織中的話語(yǔ)權(quán)，且信息嚴(yán)重不對(duì)稱，一是導(dǎo)致我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航企業(yè)只能尾隨已經(jīng)頒布的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在新技術(shù)跟蹤上嚴(yán)重落后于國(guó)外企業(yè)，導(dǎo)致我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)產(chǎn)品的更新嚴(yán)重落后于國(guó)際企業(yè)，使得我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不足。二是我國(guó)導(dǎo)航企業(yè)的創(chuàng)新技術(shù)成果不能及時(shí)通過國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行推廣應(yīng)用，使得國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品也只能在國(guó)內(nèi)銷售和應(yīng)用，將嚴(yán)重制約我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的國(guó)際化發(fā)展。目前，市面上銷售的BDS高精度OEM板卡都采用了自己定義的2.3版本電文，但未得到國(guó)際RTCM組織認(rèn)可，無法在國(guó)際上推廣使用，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)在美國(guó)推廣BDS三頻測(cè)量接收機(jī)時(shí)已經(jīng)遇到了類似問題。盡快加入RTCM標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作，實(shí)現(xiàn)BDS在RTCM框架下的獨(dú)立運(yùn)行，是北斗進(jìn)入全球衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈、成為全球獨(dú)立運(yùn)行的四大導(dǎo)航系統(tǒng)之一的重要條件。

4 結(jié)束語(yǔ)

持續(xù)跟蹤研究RTCM標(biāo)準(zhǔn)，適時(shí)開展BDS進(jìn)入RTCM標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作，提出符合國(guó)內(nèi)BDS應(yīng)用需求并兼顧北斗全球系統(tǒng)的差分標(biāo)準(zhǔn)草案，可為北斗在國(guó)內(nèi)外GNSS高精度差分定位領(lǐng)域應(yīng)用提供完整、獨(dú)立、兼容服務(wù)提供標(biāo)準(zhǔn)支撐。建議有組織、有計(jì)劃、有策略地推進(jìn)BDS進(jìn)入RTCM標(biāo)準(zhǔn)，具體建議如下：

一是整合國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)資源，建立工作組，綜合北斗應(yīng)用總體、相關(guān)研究機(jī)構(gòu)、各類廠家與用戶的需求，有組織地推進(jìn)相關(guān)工作，確保在國(guó)際場(chǎng)合一個(gè)聲音推北斗，確保滿足北斗發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)需要，確保維護(hù)北斗產(chǎn)業(yè)的最大利益；

二是嚴(yán)格按照RTCM既定的規(guī)則，深刻理解BDS進(jìn)入RTCM、搶占信息資源的緊迫性，有計(jì)劃、有步驟推進(jìn)各項(xiàng)準(zhǔn)備工作；

三是堅(jiān)持BDS在RTCM SC-104框架下獨(dú)立工作、提供所有服務(wù)的基本思路，針對(duì)北斗特點(diǎn)持續(xù)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)草案，針對(duì)高精度應(yīng)用領(lǐng)域中的技術(shù)問題，研究解決方案，充分借助相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上的資源，千方百計(jì)推進(jìn)BDS進(jìn)入RTCM標(biāo)準(zhǔn)。

[1] RTCM SPECIAL COMMITTEE. RTCM standard 10402.3 differential GNSS service-versions 3 [R].2006.

[2] RTCM SECIAL COMMITTEE. RTCM standard 10403.2 differential GNSS service-versions[R].2013.

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