中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)系統(tǒng)

李成鋼，張晉升，史小雨

(1. 中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 510275； 2. 廣州中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司，廣東 廣州 511400； 3. 廣州市中海達(dá)測(cè)繪儀器有限公司，廣東 廣州 511400)

中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)系統(tǒng)

李成鋼1,2,3，張晉升2,3，史小雨2,3

(1. 中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 510275； 2. 廣州中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司，廣東 廣州 511400； 3. 廣州市中海達(dá)測(cè)繪儀器有限公司，廣東 廣州 511400)

隨著北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的完善，國內(nèi)許多省市都建設(shè)或升級(jí)了北斗CORS系統(tǒng)。通常，使用北斗CORS系統(tǒng)得到的流動(dòng)站坐標(biāo)是WGS-84坐標(biāo)，而我國所使用的是平面和高程基準(zhǔn)相分離的坐標(biāo)體系(平面采用國家坐標(biāo)系統(tǒng)或城市獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，高程則采用的是正常高系統(tǒng))，因此會(huì)出現(xiàn)CORS 系統(tǒng)的平面坐標(biāo)與高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換問題。同時(shí)，根據(jù)國家相關(guān)保密要求，參考站坐標(biāo)數(shù)據(jù)、國家坐標(biāo)系與城市坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)、似大地水準(zhǔn)面數(shù)據(jù)都屬于涉密數(shù)據(jù)，不能直接應(yīng)用于CORS系統(tǒng)，需要對(duì)其進(jìn)行保密處理。

為推廣CORS系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)向大規(guī)模用戶實(shí)時(shí)發(fā)布地方坐標(biāo)及高程坐標(biāo)的同時(shí)，解決在使用CORS過程中的保密問題，中海達(dá)推出了在現(xiàn)有增強(qiáng)服務(wù)的基礎(chǔ)上通過獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)交互實(shí)現(xiàn)參考站數(shù)據(jù)加密和實(shí)時(shí)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)系統(tǒng)。

中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)系統(tǒng)是按照實(shí)時(shí)、簡(jiǎn)潔、保密3個(gè)設(shè)計(jì)原則實(shí)現(xiàn)的一種新的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)、參數(shù)保密、自動(dòng)轉(zhuǎn)換、支持多套參數(shù)的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)系統(tǒng)由參考站數(shù)據(jù)加密子系統(tǒng)和在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)兩部分組成。

1.1 參考站數(shù)據(jù)加密子系統(tǒng)

本系統(tǒng)核心原理類似于虛擬參考站技術(shù)，通過對(duì)參考站真實(shí)坐標(biāo)進(jìn)行隨機(jī)抖動(dòng)，抖動(dòng)范圍可超過100 m，同時(shí)改變實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流中的原始觀測(cè)值信息，并利用標(biāo)準(zhǔn)的RTCM 3.2通用協(xié)議將加密后的數(shù)據(jù)流回傳至服務(wù)器解算軟件，達(dá)到參考站坐標(biāo)及原始數(shù)據(jù)雙重加密的目的。該系統(tǒng)獨(dú)立于現(xiàn)有的CORS增強(qiáng)服務(wù)，服務(wù)器解算軟件無需獲取真實(shí)的參考站位置信息及原始觀測(cè)值信息即可達(dá)到解算和服務(wù)的目的，既不影響正常的系統(tǒng)運(yùn)行，也符合國家相關(guān)保密法的要求。

1.2 在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)

在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)主要解決用戶成果坐標(biāo)框架的問題，使移動(dòng)臺(tái)用戶在接入CORS服務(wù)時(shí)可直接獲取到應(yīng)用坐標(biāo)系成果。以WGS-84坐標(biāo)框架至1980西安坐標(biāo)框架轉(zhuǎn)換為例介紹如下。

1.2.1 通用在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方案

(1) 計(jì)算臨時(shí)轉(zhuǎn)換參數(shù)，通過在CORS網(wǎng)覆蓋區(qū)域均勻選取3～5個(gè)控制點(diǎn)，根據(jù)該控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)系成果和1980西安坐標(biāo)系成果計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)，即臨時(shí)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

(2) 建立臨時(shí)坐標(biāo)框架，通過臨時(shí)轉(zhuǎn)換參數(shù)把所有控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為臨時(shí)1980西安坐標(biāo)。

(3) 建立坐標(biāo)改正數(shù)格網(wǎng)，計(jì)算格網(wǎng)點(diǎn)的臨時(shí)1980西安與真實(shí)1980西安之間的坐標(biāo)偏差。

(4) 進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)分解，將步驟(1)的臨時(shí)轉(zhuǎn)換參數(shù)拆分成兩組，分別由控制中心和用戶掌握。作業(yè)時(shí)，通過格網(wǎng)改正( 在控制中心進(jìn)行) 和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換( 流動(dòng)站端進(jìn)行) 的兩步計(jì)算流程，流動(dòng)站即可實(shí)時(shí)得到應(yīng)用坐標(biāo)系成果。

1.2.2 中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方案

通過用戶回傳的GGA信息，獲取用戶所在位置，并從數(shù)據(jù)庫中提取出用戶所在位置的應(yīng)用坐標(biāo)系成果轉(zhuǎn)換參數(shù)，即WGS-84與1980西安的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。根據(jù)該轉(zhuǎn)換參數(shù)對(duì)用戶獲取的三維坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即可得到1980西安坐標(biāo)框架下的坐標(biāo)，并把1980西安坐標(biāo)成果直接發(fā)給用戶。

中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方案在整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中參數(shù)保留在服務(wù)器端，不在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，從而達(dá)到參數(shù)保密的效果，且該系統(tǒng)通用性強(qiáng)，不影響CORS定位服務(wù)的正常運(yùn)行。

中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)整體流程如圖1所示。

2 示范應(yīng)用

云南省綜合衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(YNCORS)地方坐標(biāo)發(fā)布系統(tǒng)采用了中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)部署后，云南省測(cè)繪系統(tǒng)有關(guān)單位對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括系統(tǒng)功能、系統(tǒng)性能、可靠性、正確性、系統(tǒng)兼容性等，主要目的在于評(píng)定系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)能否滿足設(shè)計(jì)需求。以玉溪市紅塔區(qū)、澄江縣、江川縣、新平縣、元江縣、化念鎮(zhèn)及嘎灑鎮(zhèn)為測(cè)試區(qū)域，投入兩個(gè)測(cè)試組進(jìn)行了兩期測(cè)試。測(cè)試點(diǎn)位分布如圖2所示，測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表1。

圖1 中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)工作流程

圖2 中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)上線測(cè)試點(diǎn)位分布

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經(jīng)過測(cè)試，中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在云南省測(cè)繪系統(tǒng)有關(guān)單位部署上線，為云南省提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)。通過用戶所在位置自動(dòng)匹配地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，大大提高了用戶作業(yè)效率。系統(tǒng)拓展了YNCORS系統(tǒng)與似大地水準(zhǔn)面模型聯(lián)合服務(wù)的應(yīng)用新領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了向大規(guī)模用戶實(shí)時(shí)發(fā)布地方坐標(biāo)及高程。系統(tǒng)使用情況如圖3所示。

圖3 中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)為云南省提供服務(wù)

3 結(jié) 語

從目前國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀來看，現(xiàn)有的CORS系統(tǒng)在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)方面都不同程度地存在時(shí)效性、通用性差、數(shù)據(jù)安全性不高等問題，難以滿足通用、實(shí)時(shí)和穩(wěn)健的精密定位需求，這已成為制約我國CORS 系統(tǒng)應(yīng)用與發(fā)展的一個(gè)瓶頸。

中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)系統(tǒng)通過建立改正數(shù)格網(wǎng)及參數(shù)分解等手段，設(shè)計(jì)并開發(fā)實(shí)現(xiàn)了一種新的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)系統(tǒng)，使用戶能直接獲取高精度的地方平面和高程成果。系統(tǒng)拓展了YNCORS系統(tǒng)與似大地水準(zhǔn)面模型聯(lián)合服務(wù)的應(yīng)用新領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了向大規(guī)模用戶實(shí)時(shí)發(fā)布地方坐標(biāo)及高程的服務(wù)。