基于HiCORS的實時在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)鍵技術(shù)的探討

麥照秋，歐小善，陳玉瑩，馮學(xué)勝

(國家測繪局第七地形測量隊，海南海口570203)

基于HiCORS的實時在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)鍵技術(shù)的探討

麥照秋，歐小善，陳玉瑩，馮學(xué)勝

(國家測繪局第七地形測量隊，海南海口570203)

通過CORS技術(shù)獲得的流動站的初始坐標(biāo)是WGS-84坐標(biāo)或CGCS2000坐標(biāo)，而客戶一般需要得到的是地方坐標(biāo)成果。由于存在保密參數(shù)的問題，如不進行額外的技術(shù)處理，網(wǎng)絡(luò)RTK很難實時得到預(yù)期坐標(biāo)系的成果。針對此問題，研制出CORS實時在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件，以滿足實際工程的需要。

CORS系統(tǒng);坐標(biāo)轉(zhuǎn)換;實時在線

一、引 言

連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(continuous operational reference system，CORS)是一種重要的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，它不僅是動態(tài)的、連續(xù)的空間數(shù)據(jù)參考框架，同時也是快速地、高精度地獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的基礎(chǔ)設(shè)施之一。隨著CORS技術(shù)的逐漸成熟和定位精度的不斷提高，網(wǎng)絡(luò)RTK的應(yīng)用也日益廣泛。然而客戶通過網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)得到的初始坐標(biāo)一般為WGS-84坐標(biāo)或2000國家大地坐標(biāo)(CGCS2000)，而客戶一般需獲取國家或地方坐標(biāo)。由于存在保密參數(shù)的制約，無法在客戶端實時得到所需的坐標(biāo)結(jié)果，客戶需在采集后進行內(nèi)業(yè)轉(zhuǎn)換方可得到，這樣勢必影響實地采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。因此，研制實時在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件，滿足客戶實時在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是實際生產(chǎn)中亟須解決的問題。為此，選用目前國內(nèi)主流網(wǎng)絡(luò)RTK選用的PDA為研究對象，開發(fā)基于PDA的數(shù)據(jù)采集和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可解決因沒有保密參數(shù)而無法實時得到指定坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)的問題。

海南連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(HiCORS)計劃由22個多星多頻多系統(tǒng)基準(zhǔn)站和1個數(shù)據(jù)服務(wù)中心組成，目前已向客戶提供了CGCS2000坐標(biāo)服務(wù)。然而在海南，大多數(shù)測繪用戶均采用經(jīng)國家測繪地理信息局批準(zhǔn)使用的海南平面坐標(biāo)系，如何在海南推廣應(yīng)用HiCORS，特別是提供網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)時，能提供實時或準(zhǔn)實時的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)是HiCORS最需要解決的問題。針對上述問題，本文提出一種新穎實用的思路，通過提供實時在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)，既可以不提供保密參數(shù)，又可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)RTK獲取地方坐標(biāo)成果。這對解決網(wǎng)絡(luò)RTK在推廣應(yīng)用中遇到的轉(zhuǎn)換參數(shù)保密難題具有普遍的借鑒意義。

二、技術(shù)路線

在PC端服務(wù)軟件和CE端服務(wù)軟件間建立雙向通信，PC端服務(wù)軟件提供坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)，CE端服務(wù)軟件轉(zhuǎn)發(fā)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換請求并將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果返給CE端軟件。系統(tǒng)架構(gòu)包括3個部分(如圖1所示)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

1)PC端服務(wù)軟件負(fù)責(zé)管理參數(shù)文件，維持授權(quán)用戶，提供坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)。

2)CE端服務(wù)軟件負(fù)責(zé)與PC端軟件的通信，轉(zhuǎn)發(fā)由RTK軟件發(fā)起的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換請求。

3)CE端測量軟件作為最終用戶端的測量RTK軟件。

三、技術(shù)方案

為實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)，筆者采用C/S結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)3個相對獨立的軟件模塊:一是運行在遠(yuǎn)程服務(wù)器上的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件(以下簡稱PC端服務(wù)軟件)，負(fù)責(zé)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和向CE端服務(wù)軟件發(fā)送結(jié)果;二是運行在PDA上的客戶端服務(wù)軟件(以下簡稱CE端服務(wù)軟件)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)RTK手簿測量軟件發(fā)出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換請求并通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)登錄CORS數(shù)據(jù)中心PC端服務(wù)軟件，負(fù)責(zé)把轉(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)送給CE端測量軟件;三是網(wǎng)絡(luò)RTK測量儀器的測量軟件(以下簡稱CE端測量軟件)。

為了保證系統(tǒng)的通用性，CE端服務(wù)軟件與CE端測量軟件的交互使用了網(wǎng)絡(luò) TCP/IP形式的通信。

1.軟件模塊功能分析

(1)PC端服務(wù)軟件功能模塊

1)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能:可進行實時網(wǎng)絡(luò)服務(wù)監(jiān)聽，對登錄用戶進行認(rèn)證，并能對客戶進行管理注冊，對用戶相應(yīng)的控制信息包括時間、使用次數(shù)等進行限制。

2)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能:可對用戶發(fā)起的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換類型進行識別，進行可選雙向轉(zhuǎn)換，完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。支持多種坐標(biāo)系統(tǒng)正反算轉(zhuǎn)換;支持多種坐標(biāo)系統(tǒng)的格網(wǎng)數(shù)據(jù)文件的生成、加密及運用;支持水準(zhǔn)精化格網(wǎng)文件的生成、加密與格網(wǎng)數(shù)據(jù)運用;支持參數(shù)文件的加密與解密計算。

3)坐標(biāo)系統(tǒng)的管理功能:能維持一個ID表與文件名稱的映射關(guān)系表。

4)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換文件的保密:軟件加載后即刪除移動存儲介質(zhì)上的文件，防止加密文件被盜。

(2)CE端服務(wù)軟件功能模塊

CE端服務(wù)軟件功能模塊可以發(fā)起與PC端服務(wù)軟件的連接，完成身份認(rèn)證，并能為手簿測量軟件提供服務(wù)，完成CE端測量軟件與PC端服務(wù)軟件的數(shù)據(jù)連接。

(3)CE端測量軟件功能模塊

CE端測量軟件功能模塊包括標(biāo)準(zhǔn)嵌入式模塊，能發(fā)起與CE端服務(wù)軟件的連接，可提供標(biāo)準(zhǔn)編程接口和完善的客戶請求響應(yīng)機制。

2.通信規(guī)則

該系統(tǒng)采用UDP協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù);PC端服務(wù)軟件運行后作為服務(wù)器端服務(wù)軟件;CE端服務(wù)軟件運行后作為客戶端連接PC端服務(wù)軟件;同時作為服務(wù)器端服務(wù)軟件開放給手簿軟件;手簿測量軟件作為客戶端連接CE端服務(wù)軟件。

3.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

由于3個軟件模塊分別部署于遠(yuǎn)程服務(wù)器和客戶端測量儀器上，PC端服務(wù)軟件安裝在遠(yuǎn)程CORS服務(wù)中心的服務(wù)器上;CE端服務(wù)軟件和CE端測量軟件同時安裝在網(wǎng)絡(luò)RTK客戶端測量儀器上。為保證不同品牌設(shè)備獲取一樣的實時坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)，CE端測量軟件模塊可以根據(jù)設(shè)備和CE端測量軟件開發(fā)語言的不同，由客戶編輯后，嵌入到CE端測量軟件中;CE端服務(wù)軟件作為客戶端和服務(wù)器端執(zhí)行中轉(zhuǎn)服務(wù)指令的模塊，客戶不能編輯。由此，為讓客戶理解客戶端和服務(wù)器端的數(shù)據(jù)傳輸過程并開發(fā)出向CE端服務(wù)軟件提起坐標(biāo)轉(zhuǎn)換請求和結(jié)果處理的嵌入式坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊，必須制定出一套客戶端和服務(wù)器端數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，一套CE端服務(wù)軟件和CE端測量軟件的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

PC端服務(wù)軟件與CE端服務(wù)軟件的通信協(xié)議的關(guān)鍵問題在于兼容性和普適性，兩者間的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議需要支持國際通用的TCP/IP通信協(xié)議。兼容性方面，兼容現(xiàn)有的客戶端測量儀器軟硬件環(huán)境;普適性方面，PC端服務(wù)軟件可以接收所有品牌的接收機坐標(biāo)數(shù)據(jù)格式，同時坐標(biāo)轉(zhuǎn)換完成后返回給接收機的數(shù)據(jù)，所有接收機都要能夠辨認(rèn)。

因此，筆者定義了兩套數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議文本。其中，數(shù)據(jù)通信采用網(wǎng)絡(luò)交互數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)定義如圖2所示，結(jié)構(gòu)定義的說明如表1所示(因篇幅原因，本文僅說明部分協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。

圖2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

表1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明

四、工程應(yīng)用試驗

筆者開發(fā)的軟件模塊實現(xiàn)了在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，它由3部分組成:PC端服務(wù)軟件、CE端服務(wù)軟件、CE端測量軟件。下面是在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實時地方坐標(biāo)的實現(xiàn)過程。

1)遠(yuǎn)程服務(wù)器運行PC端服務(wù)軟件，并提供轉(zhuǎn)換參數(shù)列表。

2)CE端服務(wù)軟件保證數(shù)據(jù)中心(服務(wù)器IP)、端口、用戶名、密碼、本地接收端口和目標(biāo)發(fā)送端口填寫正確，連接服務(wù)器。

3)打開客戶端工程軟件，開啟網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)(如圖3所示)，請求參數(shù)列表，獲取客戶所需要的轉(zhuǎn)換參數(shù)列表，并啟用網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，切換到測量界面(如圖4所示)，直接顯示的是當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)。

圖3 客戶端工程軟件獲取列表界面圖

圖4 客戶端工程軟件碎部點采集界面圖

客戶端工程軟件通過CORS服務(wù)獲取待定點的CGCS2000成果，然后通過客戶端中轉(zhuǎn)服務(wù)軟件將成果發(fā)送到服務(wù)器端服務(wù)軟件，服務(wù)器端服務(wù)軟件將成果轉(zhuǎn)換后再發(fā)送給客戶端。在網(wǎng)絡(luò)覆蓋良好的地區(qū)，整個過程約需不到1 s的時間。實時在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)，完善了HiCORS提供多種坐標(biāo)系統(tǒng)服務(wù)的功能，滿足了客戶需求。

五、結(jié)論與建議

1)本文研究的技術(shù)，在試驗中轉(zhuǎn)換精度基本滿足測量要求，同時給外業(yè)作業(yè)帶來了方便，提高了工作效率，降低了作業(yè)成本。

2)HiCORS已經(jīng)實現(xiàn)了在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，不直接利用涉密的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)其他非高斯投影計算和在特殊工程項目需求的坐標(biāo)系統(tǒng)上應(yīng)用。

3)某些廠家GNSS流動站產(chǎn)品缺少通信模塊，不能撥號上網(wǎng)，無法實現(xiàn)實時在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能。建議各個廠家流動站產(chǎn)品均添加通信模塊，實現(xiàn)撥號上網(wǎng)功能。

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A Study of Key Technology for Real-time Coordinate Conversion Based on HiCORS

MAI Zhaoqiu，OU Xiaoshan，CHEN Yuying，F(xiàn)ENG Xuesheng

0494-0911(2012)06-0001-03

P228.4

B

2012-03-08

國家測繪局青年學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人科研計劃項目

麥照秋(1970—)，男，海南昌江人，碩士，高級工程師，主要從事大地測量和GIS應(yīng)用方面的研究。