湖北省北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)水汽監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)

劉夢(mèng)雨++周若++李俊

摘要：湖北省北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)在不影響原有GPS/Met業(yè)務(wù)的情況下，在GNSS天線和接收機(jī)之間加設(shè)信號(hào)分發(fā)器，加裝北斗接收機(jī)（和芯星通UR370）與現(xiàn)有系統(tǒng)并置運(yùn)行。原始數(shù)據(jù)由北斗中心站收集，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，目前該系統(tǒng)已進(jìn)入試運(yùn)行階段，因此設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸流程是一個(gè)非常必要的過(guò)程。本文詳細(xì)介紹了北斗數(shù)據(jù)采集過(guò)程、數(shù)據(jù)格式，并設(shè)計(jì)了一個(gè)合理的數(shù)據(jù)傳輸流程。

關(guān)鍵詞：北斗；水汽監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)傳輸

中圖分類(lèi)號(hào)：TN927 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）10-0134-02

“北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)”是由國(guó)家統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)的以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為主，兼容其他GNSS系統(tǒng)的地基增強(qiáng)系統(tǒng)，采用的地面參考站間距為50-300km，通過(guò)地面通信系統(tǒng)播發(fā)導(dǎo)航信號(hào)修正量和輔助定位信號(hào)，向用戶(hù)提供厘米級(jí)至米級(jí)精密導(dǎo)航定位和大眾終端輔助增強(qiáng)服務(wù)。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)將通信、地理信息、對(duì)地觀測(cè)有效地結(jié)合，正逐步發(fā)展為國(guó)家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，也是當(dāng)前最具有創(chuàng)新性和生命力的新興信息產(chǎn)業(yè)之一。

2013年1月，湖北省北斗地基增強(qiáng)示范系統(tǒng)建設(shè)正式啟動(dòng)，該系統(tǒng)是國(guó)家北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的一部分，也是首個(gè)建設(shè)的省級(jí)示范系統(tǒng)。項(xiàng)目計(jì)劃省內(nèi)建設(shè)30個(gè)北斗示范站，并開(kāi)展北斗在測(cè)繪、氣象、交通運(yùn)輸、航道、城市管理共5個(gè)行業(yè)的示范應(yīng)用工作。我省的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)是在不影響原有GNSS/Met業(yè)務(wù)的情況下，在GNSS天線和接收機(jī)之間加設(shè)信號(hào)分發(fā)器，加裝北斗接收機(jī)（和芯星通UR370）與現(xiàn)有系統(tǒng)并置運(yùn)行。因此，數(shù)據(jù)的采集過(guò)程與GNSS/MET水汽監(jiān)測(cè)系統(tǒng)類(lèi)似，由中心站收集所有站點(diǎn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。目前，系統(tǒng)已進(jìn)入試運(yùn)行階段。

1 數(shù)據(jù)采集

北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)同GNSS/MET大氣水汽監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一樣，利用全省氣象業(yè)務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各北斗基站與數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控管理，通過(guò)業(yè)務(wù)網(wǎng)或外網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)產(chǎn)品對(duì)用戶(hù)的分發(fā)和共享。北斗數(shù)據(jù)收集處理中心由數(shù)據(jù)處理工作站軟硬件組成，定時(shí)接收、存儲(chǔ)、處理和分析各示范站數(shù)據(jù)，形成基本產(chǎn)品并提供服務(wù)。數(shù)據(jù)處理中心由數(shù)據(jù)處理工作站軟硬件組成，中心站軟件由武漢大學(xué)衛(wèi)星定位工程技術(shù)研究中心負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)提供，實(shí)現(xiàn)定時(shí)接收、存儲(chǔ)、處理各北斗基站數(shù)據(jù)，形成基本產(chǎn)品并提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)北斗基站的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。湖北省氣象局建設(shè)一條至武漢大學(xué)衛(wèi)星定位工程技術(shù)研究中心的數(shù)據(jù)傳輸通信鏈路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

2 采集數(shù)據(jù)格式分析

目前我省接收的北斗原始數(shù)據(jù)由中心站實(shí)時(shí)處理為氣象觀測(cè)所需的RINEX格式數(shù)據(jù)，包括觀測(cè)文件（O文件）、北斗星歷文件（C文件）、GLONASS星歷文件（G文件）、GPS星歷文件（N文件）。這四個(gè)文件每半小時(shí)打包成一個(gè)zip文件存儲(chǔ)下來(lái)。

2.1 氣象數(shù)據(jù)文件的匹配

由于我省北斗地基增強(qiáng)站并沒(méi)有另外配備三要素氣象儀，為了方便水汽數(shù)據(jù)的解算，對(duì)安裝了地面自動(dòng)氣象站的臺(tái)站還應(yīng)增加匹配氣象數(shù)據(jù)。

2.1.1 匹配的過(guò)程

從地面自動(dòng)氣象站相應(yīng)資料中挑出本站氣壓、瞬時(shí)氣溫、濕度記錄為缺少這三項(xiàng)氣象要素的北斗站配上相應(yīng)的匹配氣象文件，并在該文件中將這三項(xiàng)氣象要素寫(xiě)成RINEX格式。其中，如果本站氣壓傳感器同GPS天線相位中心存在高度差，須把本站氣壓進(jìn)行高度訂正到GPS天線高度。

2.1.2 氣象數(shù)據(jù)文件格式

氣象數(shù)據(jù)文件仍然為RINEX格式，使用ascii編碼存儲(chǔ)，分為文件頭記錄和數(shù)據(jù)，每行不多于80個(gè)字符。

（1）文件頭記錄。包含了文件的版本、類(lèi)型，文件生成的程序和版本、日期，氣象要素的個(gè)數(shù)和相應(yīng)的代號(hào)，傳感器名稱(chēng)、型號(hào)和精度，氣壓傳感器位置（以地心坐標(biāo)表示）和高度，文件頭結(jié)尾標(biāo)志（END OF HEADER）。（2）數(shù)據(jù)行格式。數(shù)據(jù)行共有九組數(shù)據(jù)，前六組為時(shí)間（年月日時(shí)分秒），是整數(shù)，每組占兩位，第一組若無(wú)十位數(shù)的補(bǔ)零；后三組為氣象要素（壓溫濕），為浮點(diǎn)數(shù)，每組占八位，一位小數(shù)。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的規(guī)則

數(shù)據(jù)按照如下規(guī)則存儲(chǔ)：

..＼*＼yyyy＼dd＼MM＼*dddHmm.yyx

其中：*：由字母和數(shù)字組成的站名，在建站時(shí)由建設(shè)單位命名。yyyy：為四位年份代碼，如2017代表2017年；dd：為兩位月份代碼，如08代表8月；MM：為兩位日期代碼，如06代表6日；*dddHmm.yyx：參見(jiàn)2.1的說(shuō)明。

2.3 壓縮數(shù)據(jù)文件命名

如按照國(guó)內(nèi)交換資料的文件命名規(guī)則，數(shù)據(jù)上傳時(shí)可能為如下長(zhǎng)文件名命名方式：

Z_UPAR_I_IIiii_yyyymmddhhMMss_O_BD.rnx.zip

Z：為固定編碼，表示國(guó)內(nèi)交換資料；UPAR：為固定編碼，表示高空觀測(cè)的大類(lèi)代碼；I：為固定編碼，為觀測(cè)站點(diǎn)代碼IIiii的指示碼；IIiii：表示觀測(cè)站點(diǎn)的區(qū)站號(hào)；yyyymmddhhMMss：表示觀測(cè)數(shù)據(jù)文件開(kāi)始記錄的時(shí)間（UTC，分別為年月日時(shí)分秒），取自觀測(cè)晚間中的O文件第一行中的觀測(cè)時(shí)間。O：表示觀測(cè)資料；BD：表示北斗（地基）觀測(cè)資料；rnx：表示文件為RINEX格式；zip：為壓縮文件擴(kuò)展名。

3 水汽監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸流程

3.1 數(shù)據(jù)傳輸流程

北斗已建站點(diǎn)數(shù)據(jù)由北斗中心站收集并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，轉(zhuǎn)化成RINEX格式，每半小時(shí)打包一次，按照既定的格式和規(guī)則存儲(chǔ)在中心站上，數(shù)據(jù)傳輸流程如圖1所示。

3.2 數(shù)據(jù)的處理

數(shù)據(jù)處理流程圖2所示，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器上程序按照以下流程，處理原始數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)上傳：（1）將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)處理服務(wù)器上的原始文件解壓至同一目錄。（2）下載與原始文件對(duì)應(yīng)時(shí)次的自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為RINEX格式。（3）將以上兩部分文件重新壓縮，并按照規(guī)范命名。（4）傳輸壓縮文件至通訊網(wǎng)絡(luò)省級(jí)節(jié)點(diǎn)。（5）定時(shí)將文件分發(fā)至用戶(hù)，并記錄傳輸日志。

4 結(jié)語(yǔ)

20世紀(jì)80年代后期以來(lái)，大氣科學(xué)家開(kāi)始研究利用GPS衛(wèi)星信號(hào)穿過(guò)地球大氣層時(shí)的延遲量來(lái)反演大氣溫度、濕度和氣壓等氣象要素，因其具有高精度、全天候、不用定標(biāo)和使用成本低廉等諸多有點(diǎn)，很快發(fā)展成為一種全新的探測(cè)大氣的技術(shù)，顯示出廣闊的應(yīng)用前景。目前GNSS/MET水汽監(jiān)測(cè)應(yīng)用在我國(guó)也日臻成熟，而我國(guó)的北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)相對(duì)起步較晚，基于北斗數(shù)據(jù)的水汽監(jiān)測(cè)應(yīng)用才剛剛開(kāi)始，我省建立的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)也是走在全國(guó)的前列，本文正是基于這樣的背景，介紹了北斗水汽監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸方式，為數(shù)據(jù)應(yīng)用提供參考。

參考文獻(xiàn)

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