GNSS連續運行基準站數據匯集監控系統的設計與實現＊

陳 明，武軍酈

（1.國家基礎地理信息中心，北京100830；2.國家測繪地理信息局導航與位置服務重點實驗室，北京100048）

0 引 言

全球導航衛星系統（GNSS）技術已經逐漸發展成熟，并成為導航定位領域的主要手段。GNSS技術和網絡信息技術不斷完善，各地GNSS連續運行基準站網紛紛建立，并使其應用范圍及在各行各業中的作用大大拓寬。GNSS連續運行基準站網將GNSS技術、計算機科學、測繪學、氣象學、地理信息系統與現代通訊技術等有機結合，集成各類設備和網絡，形成包括觀測系統、數據傳輸網絡、用戶服務系統和數據中心的一個整體。其中作為各類數據的集散地和網絡傳輸的中樞，數據中心應能實現GNSS連續運行基準站觀測數據的自動采集傳輸、質量評估檢查、數據自動存儲，實現觀測數據資料收集與整合，并且能夠實現數據的在線監控，為系統的正常運行提供保障，保證數據處理和應用服務等功能任務部件能快速可靠地訪問數據資源[1－3]。

1 系統設計思路

數據匯集監控系統的總體思路為：①采用消息中間件解決分布式系統通訊和數據傳輸；②基于Java平臺開發軟件系統，解決跨操作系統和跨平臺問題，兼容32位與64位操作系統；③匯集與監控無縫集成，統一管理；④設置任務管理模塊，對數據檢查與處理等任務進行管理，便于系統的運行控制。

2 系統體系架構

數據匯集監控軟件系統采用多層軟件技術體系，包括：數據層、平臺層、服務層、業務處理層、用戶層組成的多層架構體系。數據層集成各類數據，包括GNSS基準站觀測數據、IGS站數據及產品數據、GNSS基準站監控數據、基準站設備參數、網絡狀態數據、檢查處理結果數據、文件傳輸狀態數據和業務數據。平臺層包括消息中間件、GNSS數據源、Java平臺、FTP軟件、數據庫軟件和 Web容器。服務層連接平臺層和應用層，包括FTP服務、數據通信服務、數據采集服務、日志服務、數據讀寫服務和WebService.應用層是系統各種功能應用的集合，包括數據采集程序、IGS數據下載工具、調度管理工具、統計分析工具、數據傳輸工具、設備參數遠程設置、數據展示應用、質量檢查工具和告警管理、日志管理、監控管理等系統管理工具，用戶層包括GNSS基準站維護人員、業務人員、系統管理員以及用戶交互界面[4]。系統體系架構如圖1所示。

圖1 系統架構圖

在具體實施中，系統首先通過部署于基準站端的數據終端收發部件，自動采集相關信息，經過簡單的排錯、去重后，封包為消息，通過網絡發送到遠程的消息中間件。數據中心收發部件從消息中間件接收到消息后，解包為原始的信息，并傳送給數據檢查處理部件。在文件傳輸任務開始前，通過部署于基準站端的終端數據收發部件，將本批文件的摘要信息通過消息發送到遠程的數據中心收發部件，然后開始文件傳輸過程。在文件傳輸任務完成后，將文件與先前發送的文件摘要進行比對，計算出傳輸的準確性、時效性、傳輸任務的完成匹配度等指標，并對上述信息進行統計，以保證數據的正確傳送。檢查處理部件對信息進行分析處理，并存放到數據存儲區域，從而為后續的信息查詢、展示等提供支持。數據展示部件從存儲區域讀取數據信息并呈現在交互界面上，業務人員可實時查看所有基準站端發送到數據中心的數據信息。系統技術流程如圖2所示。

圖2 系統業務流程圖

3 系統功能與實現

系統功能設計考慮GNSS基準站數據的重要性及網絡傳輸的穩定性，滿足數據進行自動匯集、監控及管理的需要；能夠長期穩定的獲得觀測數據，并保證數據的有效性和完整性。

3.1 基準站及IGS數據匯集

系統通過數據終端收發部件和數據中心收發部件完成基準站數據和IGS數據的自動匯集或下載。數據終端收發部件實現GNSS基準站的觀測數據采集，并把觀測數據實時或定時發送到數據中心，同時按收數據中心下發的數據匯集配置信息，并根據配置信息對自身的運行進行調整。數據中心收發部件完成與GNSS基準站的通信，接收GNSS基準站實時或定時發送過來的觀測數據、定時下載IGS數據，并進行編目保存[5]，還完成將調度管理部件對基準站的匯集配置發送到GNSS基準站。

3.2 數據質量評估檢查

系統通過數據檢查處理部件完成數據質量檢查評估，該部件負責對接收的GNSS數據進行數據完整性、規范性檢查和數據質量檢查，并完成數據格式轉換、數據合并、壓縮與解壓縮、數據接收統計等數據處理工作。數據檢查處理部件主要內容如圖3所示。

圖3 數據檢查處理部件

3.3 數據到位監控與續傳、文件傳輸監控

數據到位監控與續傳業務以自動作業方式按預配置的參數，自動核查數據文件傳輸到站狀況。監控部件根據相關配置參數，按照GNSS基準站名稱和GNSS基準站觀測數據文件命名規范定期自動生成文件名，核查該文件是否傳輸到站，并自動記錄到位和未到位基準站點名稱，生成統計結果，對數據到位情況進行信息反饋，通知業務人員數據到位的情況，并生成日志文件，并對指定電子郵箱Email通知服務。

文件傳輸監控業務的工作任務是建立文件傳輸質量監測機制，監測所有數據文件的傳輸狀態。在文件傳輸任務開始前，通過部署于基準站端的數據發送部件，將本批文件的摘要信息（文件數量、文件名、時間、大小、哈希指紋等）通過消息發送到遠程的監控部件，然后開始文件傳輸過程。監控部件在文件傳輸任務完成后，將文件與先前發送的文件摘要進行比對，計算出傳輸的準確性、時效性、傳輸任務的完成匹配度等指標，并對上述信息進行統計，供定期／不定期進行傳輸質量的檢查。業務人員通過監控信息展示部件，可分門別類的查看所有文件傳輸任務的的質量監測信息和統計結果。

3.4 基準站工況監控

基準站端監控涉及到數據運行監控軟件系統與基準站之間的數據交互，該流程通過收集基準站端狀況信息，為業務人員提供了及時了解基準站端業務運行情況的途徑。系統首先通過部署于基準站端的數據發送部件，自動采集相關信息（包括GNSS連續運行基準站觀測數據的衛星接收狀況、導航信息、工況信息等），通過網絡將消息發送到遠程的消息中間件。數據接收部件從消息中間件接收到消息后，解包為原始的監控信息，并傳送給監控部件。監控部件對信息進行分析處理，并存放到數據存儲區域，從而為后續的監控信息查詢、展示等提供支持。

3.5 網絡資源監控

網絡資源監控業務的工作任務是對數據中心和GNSS基準站間的網絡連通性進行定期檢測，出現網絡故障時能夠記錄并告警，并對監控信息進行顯示。監控部件按照預先定義的檢測周期等參數，定期的啟動檢測作業，檢查數據中心與各個GNSS基準站之間的網絡鏈路狀態，并將檢測結果存入數據庫。監控信息展示部件能夠定時讀取網絡鏈路狀態信息，提供圖形化的鏈路圖和鏈路狀態情況供業務人員查閱。

3.6 系統管理與調度

系統管理與調度主要包括任務配置單元、任務調度單元、任務監視單元和基準站匯集配置管理單元。主要負責根據本系統的數據處理請求，按照配置定義定時產生的處理消息及用戶提供的自定義消息生成相應的任務、執行任務和銷毀任務；并根據系統資源及系統運行狀態對作業進行調度以滿足數據處理的時效性要求，同時還可以對數據匯集終端進行運行參數配置管理。

3.7 信息展示

信息展示部件負責對觀測數據、觀測數據檢查處理的結果進行文字或圖形化展示，幫助管理員和用戶了解數據情況。信息展示部件包括數據展示和監控信息展示，如圖4，5所示，將數據的完整性、規范性、數據統計分析結果、質量分析結果、基準站監控信息、網絡狀態監控信息、文件傳輸、文件到位監控信息和業務信息等信息進行展示，并提供數據及信息查詢、系統管理等功能。

圖4 數據展示部件

信息展示部件設計時，均采用人性化設計，使管理員方便得獲取相關信息。如數據匯集信息展示中，多路徑效應以顏色RGB值區分誤差值的大小；各站數據到位的情況以日歷形式表示，日歷上每天的數據到位情況也以顏色區分，如綠色表示正常，藍色表示當日數據全部到位但有延遲，黃色表示數據不完整，紅色表示當日無數據。監控信息展示中，各設備的狀態或以表格形式展示，或以動畫圖片形式展示，如UPS電源的運行狀態監控中，將電流按照進出方向以動畫形式表示，市電正常、市電中斷和電池故障等均以不同方式表達，使管理員對該設備狀態一目了然。

圖5 監控信息展示部件

4 結 論

該系統的開發與應用，實現了數據自動匯集、運行監控功能，具有很強的實用性，提高了GNSS數據匯集和數據處理的標準化和自動化水平。系統的設計考慮到了數據采集、數據傳輸、運行監控中的各個方面，體現了數字信息時代測繪數據管理的先進性。經過試用證明，該系統能夠實現數據穩定可靠的匯集傳輸和質量檢查，出現故障時能夠快速找出問題所在，并可提供快速統計、查詢、瀏覽等各種服務功能，使后續數據處理和應用服務等能夠快速可靠地訪問數據資源，從而提高GNSS連續運行基準站為測繪生產服務的效率和質量。

[1]陳俊勇.張 鵬.在中國構建全球導航衛星連續運行站網及其服務系統.[J].測繪科學，2009.34（3）：5－6.

[2]陳俊勇，張 鵬，武軍酈，等.關于在中國構建全球導航衛星國家級連續運行站系統的思考[J].測繪學報，2007，36（4）：366－369.

[3]武軍酈，周建軍.構建GNSS連續運行站網 實現測繪基準現代化[J].測繪通報，2008（10）：46－48.

[4]武軍酈.連續運行參考站自動化系統的關鍵技術[J].測繪通報，2003（12）：9－2.

[5]武軍酈.利用VSAT網絡實現GPS差分數據傳輸[J].全球定位系統，2002，27（3）：20－23.

[6]趙力彬，張新利，呂志勇，等.測繪資料信息管理系統的設計與實現[J].測繪通報，2011（12）：75－78.

[7]唐華林，肖 奇，鄒崢嶸.測繪數據管理信息系統的設計與實現[J].測繪工程，2011（5）：63－67.