基于S XCORS 行業(yè)統(tǒng)籌服務(wù)平臺建設(shè)探討

馬 勇

（ 山西省測繪地理信息院，山西 太原 030001）

0.引言

近年來，隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制成功并投入使用，全國各省均建立了各自的北斗地基增強系統(tǒng)，全面推進(jìn)了連續(xù)運行基準(zhǔn)站系統(tǒng)（ CORS）的北斗化改造。 為滿足山西省經(jīng)濟建設(shè)信息化發(fā)展需求，在完成山西省北斗地基增強系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將山西省連續(xù)運行基準(zhǔn)站綜合服務(wù)系統(tǒng)（ SXCORS）改造成山西省權(quán)威、高精度、高分辨率、高效率、高覆蓋率的行業(yè)統(tǒng)籌服務(wù)平臺。該平臺推進(jìn)了CORS站網(wǎng)的深度應(yīng)用，提升了其公共服務(wù)能力水平，使其在各行業(yè)的應(yīng)用更加廣泛。 本文將系統(tǒng)介紹SXCORS行業(yè)統(tǒng)籌服務(wù)平臺的建設(shè)情況，探討其在建設(shè)過程中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，予以需完成該方面工作的同行人員參考。

1.平臺建設(shè)思路

SXCORS行業(yè)統(tǒng)籌服務(wù)平臺是集現(xiàn)代高科技于一體的系統(tǒng)工程，對于信息化建設(shè)起到重要作用。為了確保SXCORS行業(yè)統(tǒng)籌服務(wù)平臺建設(shè)具有科學(xué)性、先進(jìn)性、實用性、可靠性、高效性， 必須對SXCORS行業(yè)統(tǒng)籌服務(wù)平臺的建設(shè)和各個有機組成部分進(jìn)行清晰劃分，明確其相互關(guān)系、其上馬和投入運行的合理時間順序，以系統(tǒng)工程的思想，對系統(tǒng)建設(shè)和運行進(jìn)行科學(xué)的部署。

SXCORS行業(yè)統(tǒng)籌服務(wù)平臺整合山西省域范圍及周邊地區(qū)的優(yōu)質(zhì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站，充分顧及現(xiàn)有及未來應(yīng)用需求，優(yōu)化現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心計算和網(wǎng)絡(luò)資源，以保證基礎(chǔ)應(yīng)用及擴展能力，滿足衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)運行、維護(hù)、管理和服務(wù)需求，實現(xiàn)對平臺資源、功能、服務(wù)過程的管理，實現(xiàn)從基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)接入到用戶對外服務(wù)的一體化服務(wù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)線上化、數(shù)據(jù)安全化、位置服務(wù)高精度穩(wěn)定化。

2.平臺整體構(gòu)架

SXCORS行業(yè)統(tǒng)籌服務(wù)平臺采用模塊化設(shè)計， 以微服務(wù)方式組成整體系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)接收存儲服務(wù)模塊、數(shù)據(jù)解算處理模塊、數(shù)據(jù)播發(fā)服務(wù)模塊、軟件功能參數(shù)配置模塊及業(yè)務(wù)管理模塊。

2.1 技術(shù)構(gòu)架

系統(tǒng)采用三層B/S技術(shù)架構(gòu)，分別為表示層、邏輯層和數(shù)據(jù)層。 表示層進(jìn)行系統(tǒng)運維和終端服務(wù)的可視化操作；邏輯層和數(shù)據(jù)層進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互、解算及用戶管理和監(jiān)控。 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)（ 如圖1所示）：

圖1 系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架圖

2.2 網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架

部署在SXCORS的所有基準(zhǔn)站設(shè)備與站網(wǎng)服務(wù)器設(shè)備使用電信運營商提供的數(shù)據(jù)專線互聯(lián)，站網(wǎng)服務(wù)器與解算服務(wù)器通過路由器在同一網(wǎng)段內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和播發(fā)；終端用戶應(yīng)用電信運營商提供的IP地址，通過通訊基站向站網(wǎng)服務(wù)器提出數(shù)據(jù)請求，WEB終端用戶直接通過網(wǎng)絡(luò)運營商提供的互聯(lián)網(wǎng)IP地址向站網(wǎng)服務(wù)器請求數(shù)據(jù)， 終端用戶接入數(shù)據(jù)，經(jīng)過防火墻保護(hù)措施進(jìn)入站網(wǎng)服務(wù)器。

2.3 部署結(jié)構(gòu)

SXCORS行業(yè)統(tǒng)籌服務(wù)平臺由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、用戶服務(wù)三部分組成?；鶞?zhǔn)站網(wǎng)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)專線傳輸至數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行解算處理，解算處理中心和服務(wù)管理中心協(xié)同為終端用戶提供服務(wù)；管理員用戶通過終端用戶的請求提供多級服務(wù)。 數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)解算、數(shù)據(jù)播發(fā)、用戶管理采用獨立部署模式。 運維服務(wù)與終端服務(wù)采用獨立分級管理、多級服務(wù)。

3.關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計

3.1 網(wǎng)絡(luò)RTK解算

網(wǎng)絡(luò)RTK解算系統(tǒng)包括原始數(shù)據(jù)編解碼模塊、數(shù)據(jù)傳輸和播發(fā)模塊、數(shù)據(jù)庫和文件的讀寫與存儲模塊、操作管理界面模塊以及核心數(shù)據(jù)處理模塊。

網(wǎng)絡(luò)RTK的數(shù)據(jù)處理主要分三個模塊：其一，GNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)基線解算，固定雙差整周模糊度；其二，利用每條基線的GNSS觀測值、雙差整周模糊度、精確的基準(zhǔn)站位置坐標(biāo)等，計算每條基線的電離層延遲、對流層延遲及綜合誤差；其三，根據(jù)用戶發(fā)送的概略坐標(biāo)，插值確定網(wǎng)絡(luò)RTK用戶的差分改正信息，從而為網(wǎng)絡(luò)RTK用戶提供實時厘米級的定位服務(wù)[1]。

3.2 實時電離層建模技術(shù)

GNSS衛(wèi)星發(fā)射信號傳播速度在穿過電離層時發(fā)生變化，電離層中的信號頻率、電子密度[2]對速度的變化起到了決定性作用。 在電離層的改正過程中，載波相位觀測值和偽距觀測值電離層改正數(shù)值大小相同、符號相反。 電離層活躍的程度[3]，導(dǎo)致在中午或下午某些時段出現(xiàn)用戶整周模糊度無法固定的情況， 為此本系統(tǒng)通過利用三維電離層建模技術(shù)，來提高電離層建模精度，解決電離層活躍時載波相位整周模糊度無法固定問題。

3.3 實時對流層建模技術(shù)

高海拔山區(qū)基準(zhǔn)站之間高差較大，對一般網(wǎng)絡(luò)RTK解算軟件而言，增加了對流層模型的估計難度，從而增加了載波相位整周模糊度固定的難度。本文平臺采用的方法是首先利用精密單點定位技術(shù)對所有測站的對流層延遲進(jìn)行精準(zhǔn)估計，然后進(jìn)行區(qū)域建模。 該方法無需考慮任何大高差地形條件，可以滿足用戶高精度位置服務(wù)需求。

3.4 坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

SXCORS行業(yè)統(tǒng)籌服務(wù)平臺支持同一基準(zhǔn)和不同基準(zhǔn)下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能。同一基準(zhǔn)下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換主要為空間直角坐標(biāo)系、大地坐標(biāo)系和平面直角坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換；不同基準(zhǔn)下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換主要為CGCS2000坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系和地方獨立坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換。下面主要介紹不同基準(zhǔn)下的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法。

（ 1）CGCS2000 與地方獨立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。 利用已有的CGCS2000坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)成果（ x，y）2000，與之對應(yīng)的獨立坐標(biāo)系下的兩個以上公共點成果（ x，y）dl[4]，計算坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模型四參數(shù)，四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型如式（ 1）所示：

式（ 1）中，（ x0，y0）為轉(zhuǎn)換模型的平移參數(shù)；α為轉(zhuǎn)換模型的旋轉(zhuǎn)參數(shù)；m為轉(zhuǎn)換模型的尺度變換參數(shù)；

（ x1，y1）為CGCS2000坐標(biāo)系下的點位坐標(biāo)值；

（ x2，y2）為模型轉(zhuǎn)換后的獨立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。

（ 2）CGCS2000與1980西安坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。 利用至少3個同名點的CGCS2000空間直角坐標(biāo)和1980西安坐標(biāo)系下的空間直角坐標(biāo)， 計算Bursa模型轉(zhuǎn)換參數(shù)。 Bursa轉(zhuǎn)換模型如式（ 2）所示：

式（ 2）中，R為旋轉(zhuǎn)矩陣；εx，εy，εz分別為轉(zhuǎn)換模型的三個旋轉(zhuǎn)參數(shù)；m為轉(zhuǎn)換模型尺度縮放參數(shù)；（ X0，Y0，Z0，）為轉(zhuǎn)換模型的3個平移參數(shù)；（ Xs，Ys，Zs） 為源坐標(biāo)系下的空間直角坐標(biāo)值；（ Xt，Yt，Zt，）為轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)坐標(biāo)系下的空間直角坐標(biāo)值。

（ 3）GNSS大地高向正常高轉(zhuǎn)換。GNSS大地高轉(zhuǎn)換為1985高程基準(zhǔn)正常高，可通過全省似大地水準(zhǔn)面精化模型轉(zhuǎn)換求得。

4.系統(tǒng)測試

4.1 功能測試

功能測試通過服務(wù)平臺逐項測試各功能模塊，包括以下內(nèi)容：

（ 1）用戶管理功能測試

測試認(rèn)證審核：對用戶提交的單位和個人的資質(zhì)認(rèn)證信息進(jìn)行審核管理，對完善后的用戶分級歸類。

測試用戶信息管理：對平臺注冊用戶（ 用戶名+口令）、聯(lián)系人、聯(lián)系電話、所屬單位等基本信息進(jìn)行查詢、修改、管理、刪除等。

測試服務(wù)申請： 用戶登錄后可在平臺進(jìn)行服務(wù)申請，在線提交服務(wù)申請表，包括對作業(yè)精度、作業(yè)區(qū)域、作業(yè)坐標(biāo)系進(jìn)行申請。

測試服務(wù)審核：對用戶提交的服務(wù)申請進(jìn)行審核，并實現(xiàn)服務(wù)賬號的添加管理功能。

測試CORS賬號管理：對CORS用戶作業(yè)區(qū)域、可用坐標(biāo)系、可用源列表、可用時間等權(quán)限信息進(jìn)行管理、查詢、修改、刪除等功能測試， 管理員賬號對協(xié)管員管理權(quán)限可進(jìn)行管理、查詢、修改、刪除等。

（ 2）系統(tǒng)管理功能測試

測試播發(fā)服務(wù)設(shè)置： 支持對解算服務(wù)的添加、 管理、修改、刪除功能，支持用戶作業(yè)源節(jié)點的添加、管理、修改、刪除功能，實現(xiàn)用戶作業(yè)服務(wù)和源的控制。

測試作業(yè)區(qū)域設(shè)置、坐標(biāo)參數(shù)設(shè)置、資源下載管理、新聞動態(tài)管理，進(jìn)行添加、管理、修改、刪除。

測試精化模型：支持似大地水準(zhǔn)面的加載,實現(xiàn)用戶作業(yè)正常高可用的控制。

測試星歷下載管理、基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)管理下載功能。

（ 3）數(shù)據(jù)處理功能測試

測試實時位置服務(wù)： 實時提供包括RTD、RTCM2.X、RTCM3.X、自定義差分?jǐn)?shù)據(jù)類型的功能。

測試事后坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、高程轉(zhuǎn)換，通過輸入測試數(shù)據(jù)驗證輸出結(jié)果數(shù)據(jù)的功能。

觀測數(shù)據(jù)檢查：通過輸入測試數(shù)據(jù)，實現(xiàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析，生成質(zhì)檢報告并提供下載功能。

測試在線基線解算：支持在線上傳觀測文件，系統(tǒng)自動與臨近CORS站構(gòu)建基線網(wǎng)進(jìn)行平差解算， 并生成平差報告提供用戶在線下載。

（ 4）站網(wǎng)信息管理功能測試

對站點基本信息、站點設(shè)備信息、站網(wǎng)信息、軟件信息、網(wǎng)絡(luò)信息、數(shù)據(jù)中心設(shè)備管理進(jìn)行增加、修改、刪除、查詢功能測試。

（ 5）監(jiān)控管理功能測試

通過對站點網(wǎng)絡(luò)延遲測試（ 實時對該時刻接收到的數(shù)據(jù)的時間與此時刻的時間做差，分析數(shù)據(jù)的實時性）檢驗基站監(jiān)控功能。

通過對實時在線用戶固定情況、收星數(shù)、作業(yè)位置和使用源列表等作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控測試，檢驗用戶監(jiān)控功能。

（ 6）系統(tǒng)日志功能測試

測試管理員操作日志、用戶繳費日志、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換記錄，具有日志導(dǎo)出功能。

測試用戶作業(yè)軌跡，對用戶作業(yè)位置和作業(yè)時間進(jìn)行記錄，并提供地圖展點和查看功能。

測試用戶作業(yè)日志， 對用戶作業(yè)次數(shù)和時間進(jìn)行記錄，具有日志導(dǎo)出功能。

4.2 性能測試

性能測試主要包括登錄響應(yīng)時間測試、用戶展點時間測試、服務(wù)初始化時間測試以及服務(wù)網(wǎng)絡(luò)性能測試。 具體測試方法如下：

（ 1）登錄響應(yīng)時間測試：使用網(wǎng)絡(luò)測試工具，統(tǒng)計每次登錄的響應(yīng)時間。

（ 2）用戶展點時間測試：使用網(wǎng)絡(luò)測試工具，統(tǒng)計用戶作業(yè)監(jiān)控展開的時間。

（ 3） 服務(wù)初始化時間測試： 重啟服務(wù)管理系統(tǒng)不少于3次，統(tǒng)計服務(wù)初始化時間的平均值。

（ 4）服務(wù)網(wǎng)絡(luò)性能測試：通過終端測試服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)情況，分析網(wǎng)絡(luò)帶寬數(shù)據(jù)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)丟包率以及網(wǎng)絡(luò)延遲的最大值、最小值、平均值。

5.結(jié)束語

SXCORS行業(yè)統(tǒng)籌服務(wù)平臺已經(jīng)具備用戶管理、 系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)處理、站網(wǎng)信息管理、監(jiān)控管理、系統(tǒng)日志、業(yè)務(wù)管理等基本功能，實現(xiàn)了從基站數(shù)據(jù)接入到用戶對外服務(wù)的一體化服務(wù)流程，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)線上化、數(shù)據(jù)安全化、位置服務(wù)高精度穩(wěn)定化等建設(shè)目標(biāo)。

SXCORS行業(yè)統(tǒng)籌服務(wù)平臺建設(shè)特點主要有：

（ 1）設(shè)計功能多，數(shù)據(jù)種類繁多，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

（ 2）平臺建設(shè)功能實用、結(jié)構(gòu)合理，保障了空間基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的技術(shù)支撐，實現(xiàn)了測繪基準(zhǔn)共享服務(wù)新模式，提高了共享資源的利用率；

（ 3）平臺管理便捷，易于維護(hù)，可視化操作界面友好，操作方便；

（ 4）平臺網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和軟件模塊部署結(jié)構(gòu)合理保證了數(shù)據(jù)的接入、數(shù)據(jù)運行和使用的安全性和保密性；

（ 5）平臺設(shè)置了多級用戶多任務(wù)實時操作的權(quán)限，保證了平臺運行的可靠性。

目前，該平臺已投入使用，各項功能運行狀態(tài)正常，滿足廣大用戶需求，極大提高了用戶作業(yè)效率。