CORS偽參數(shù)保密模式中關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

張明，王瑞青，劉磊

(鄭州市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河南 鄭州 450052)

CORS偽參數(shù)保密模式中關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

張明*，王瑞青，劉磊

(鄭州市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河南 鄭州 450052)

在分析端口通信與GNSS導(dǎo)航電文解析封裝的基礎(chǔ)上，研制了基于多端口導(dǎo)航電文的數(shù)據(jù)傳輸與參數(shù)保密模塊；此模塊通過對(duì)電文數(shù)據(jù)中坐標(biāo)信息的改進(jìn)，達(dá)到參數(shù)保密的目的；經(jīng)驗(yàn)證，使用此模塊得到的RTK觀測(cè)值與國(guó)家級(jí)控制點(diǎn)已知坐標(biāo)和使用此模塊前采集的RTK觀測(cè)值比較分析，得出測(cè)試網(wǎng)外符合中誤差分別為 0.009 m和 0.013 m，滿足測(cè)繪外業(yè)生產(chǎn)要求。

參數(shù)保密；select模型；RTCM 1005電文；外符合精度

1 偽參數(shù)轉(zhuǎn)換原理

CORS中，關(guān)于參數(shù)保密模式的研究多種多樣，最具有代表性的是偽參數(shù)保密模式的研究[1]。其原理：在服務(wù)器上增加參數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，接收CORS服務(wù)器發(fā)送的RTCM數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)中的1005電文進(jìn)行解析，將電文中的虛擬參考站坐標(biāo)通過坐標(biāo)變換，轉(zhuǎn)換到另一過度坐標(biāo)系下，轉(zhuǎn)換后的新坐標(biāo)重新編碼寫入1005電文中，插入相應(yīng)位置的消息隊(duì)列中，通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給流動(dòng)站，流動(dòng)站根據(jù)手簿中已有的七參數(shù)和得到新電文數(shù)據(jù)，獲得自己的實(shí)時(shí)位置信息；其實(shí)質(zhì)是：把一套真參數(shù)分解成等價(jià)的兩套或多套假參數(shù)，分別放在不同的模塊中，通過假參數(shù)組合和網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)真參數(shù)保密；這種保密技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用；但其關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，很少文章涉及；筆者從端口通信和電文解析與封裝為出發(fā)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)保密。

2 select模型的端口數(shù)據(jù)并發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)

流動(dòng)站與CORS服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換是依靠網(wǎng)絡(luò)IP和端口完成的，多個(gè)流動(dòng)站與CORS 服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換應(yīng)當(dāng)采用異步通信的方式進(jìn)行，異步通信中select模型能很好地完成多端口數(shù)據(jù)的并發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)。

select模型提供4個(gè)宏用于操作文件描述符集合：①FD_ZERO(*set)：初始化文件描述集合；②FD_SET(s，*set)：增加描述符s到集合set中；③FD_CLR(s，*set)：將描述符s從集合set中刪除；④FD_ISSET(s，*set)：檢查描述符集合set指定的文件描述符s是否可讀寫。

客戶端請(qǐng)求與服務(wù)器發(fā)生數(shù)據(jù)交換時(shí)，select模型建立兩個(gè)套接字描述符s11和s12分別與客戶端和服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，整個(gè)流程如圖1所示：

圖1 基于select模型的端口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

經(jīng)測(cè)試，使用同IP的三個(gè)不同的端口同時(shí)將數(shù)據(jù)經(jīng)select模型轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器，服務(wù)器收到信息后返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)不同端口與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換；從測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，端口數(shù)據(jù)傳輸過程中誤碼率幾乎為0。

3 RTCM3.x 1005電文解碼編碼

流動(dòng)站和CORS服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸遵循RTCM SC-104標(biāo)準(zhǔn)，為了滿足新一代網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅碌臄?shù)據(jù)版本RTCM3.x是一種高效、簡(jiǎn)潔的格式[4]。1005電文是RTCM3.x中的一種消息類型，它提供了虛擬參考站的虛擬觀測(cè)值等信息，是偽參數(shù)轉(zhuǎn)換需要解決的核心問題。其內(nèi)容及字段定義如表1、表2所示。

1005電文頭定義類型(單位bit) 表1

1005電文內(nèi)容(單位bit) 表2

注：G為GPS，R為GLONASS，O為Galileo

1005電文數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制格式存儲(chǔ)，解碼和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換后得到整數(shù)數(shù)據(jù)，地心坐標(biāo)則是將其與分辨率相乘得到。為保證電文傳輸過程中的準(zhǔn)確性，RTCM3.x 1005電文采用循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)進(jìn)行解碼[6]。

RTCM3.x 1005電文解碼流程如圖2所示。

圖2 RTCM3.x(1005電文)解碼流程

4 實(shí)例分析

依據(jù)前文論述的模型和RTCM3.x 1005電文解碼編碼流程，開發(fā)了多端口轉(zhuǎn)發(fā)中間模塊程序，并與某市級(jí)CORS網(wǎng)數(shù)據(jù)中心軟件Pivot對(duì)接。中間模塊主要用于截留流動(dòng)站發(fā)往數(shù)據(jù)中心服務(wù)器及數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)播發(fā)的RTCM3.x數(shù)據(jù)流。對(duì)流動(dòng)站發(fā)往數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)，該模塊不做任何改變；而由中心服務(wù)器播發(fā)的1005電文數(shù)據(jù)，則中間模塊截取并經(jīng)過偽參數(shù)加密后轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，中間模塊運(yùn)行截圖如圖3所示。

為測(cè)試流動(dòng)站經(jīng)偽參數(shù)加密方式獲取的坐標(biāo)的精度情況，分別設(shè)定兩種方案進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)。方案一：在市域范圍內(nèi)均勻地選取20個(gè)國(guó)家 C、D級(jí)點(diǎn)，在每一個(gè)點(diǎn)上，流動(dòng)站觀測(cè)15次，每次觀測(cè)需重新初始化；得到15組觀測(cè)數(shù)據(jù)，去掉最大觀測(cè)值和最小的觀測(cè)值后，取平均值作為此點(diǎn)的精確位置，共得到20個(gè)點(diǎn)的精確位置，與已知相應(yīng)的C、D級(jí)點(diǎn)平面位置進(jìn)行求差，結(jié)果如圖4所示。

方案二：在市域范圍內(nèi)均勻地選取50個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)，分別在使用和不使用中間模塊方法下測(cè)量數(shù)據(jù)，把不使用中間模塊測(cè)量的成果作為真值，并逐點(diǎn)位求差。測(cè)量過程為：在每一個(gè)點(diǎn)上，流動(dòng)站觀測(cè)10次，每次觀測(cè)需重新初始化，去掉最大值和最小值后，取平均值作為該點(diǎn)的精確坐標(biāo)；共得到50個(gè)控制點(diǎn)的精確位置。兩種觀測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)點(diǎn)位二維平面位置求差結(jié)果如圖5所示。

為獲得精度的定量指標(biāo)，按照式(1)統(tǒng)計(jì)兩種方案的外符合精度MP：

(1)

圖3 基于RTCM3.x的多端口轉(zhuǎn)發(fā)模塊

圖4 采集位置與已知位置差值

圖5 采用中間模塊前后差值

其中，(dX，dY)為城市平面坐標(biāo)系下點(diǎn)在x方向、y方向的較差，dP為(dX，dY)的算術(shù)平方根，N為測(cè)試點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

依據(jù)式(1)計(jì)算得到兩種方案的外符合精度分別為 0.009 m和 0.013 m；以2倍中誤差作為限差，則每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)都滿足相應(yīng)的限差要求，而且完全高于《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T 73-2010)的規(guī)定：RTK野外測(cè)量中誤差不超過 0.05 m的要求[8]。

5 結(jié) 論

中間模塊轉(zhuǎn)發(fā)多個(gè)流動(dòng)站和CORS服務(wù)器的數(shù)據(jù)，對(duì)虛擬參考站位置進(jìn)行坐標(biāo)基準(zhǔn)變換，隱藏真實(shí)參數(shù)，這樣在多端口并發(fā)通信，不影響流動(dòng)站用戶作業(yè)的情況下，實(shí)現(xiàn)真實(shí)轉(zhuǎn)換參數(shù)的絕對(duì)保密。該程序不需要人工干擾，不需要更改任何配置，經(jīng)實(shí)際精度測(cè)試驗(yàn)證，完全能滿足工程測(cè)量需求。

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[8] CJJ/T 73-2010. 衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范[S].

Key Techniques Research and Implementation for CORS Pseudo-parameter Secrecy

Zhang Ming，Wang Ruiqing，Liu Lei

(Zhengzhou Urban Planning Design & Survey Research Institute，ZhengZhou 450052，China)

By the analysis of port communication and parsing and encapsulation of GNSS navigation message，Data transmission and parameter secrecy module were developed based on multi-port navigation message；The modules reach the purpose of parameter secrecy by improving the coordinate information in the message data；By this module obtaining The RTK observations comparing with the known coordinates of the national primary points and collecting the RTK observations before using this module，The results show that accuracy on testing net is 0.009m and 0.013m，respectively.

parameter secrecy；select model；RTCM 1005 telecode；accuracy

1672-8262(2017)04-62-03

P228

A

2016—10—16

張明(1982—)，男，碩士，工程師，注冊(cè)測(cè)繪師，主要研究GNSS數(shù)據(jù)處理、CORS系統(tǒng)管理應(yīng)用與開發(fā)。