湖北省北斗地基增強系統水汽監測數據傳輸設計

劉夢雨++周若++李俊

摘要：湖北省北斗地基增強系統在不影響原有GPS/Met業務的情況下，在GNSS天線和接收機之間加設信號分發器，加裝北斗接收機（和芯星通UR370）與現有系統并置運行。原始數據由北斗中心站收集，并進行實時處理，目前該系統已進入試運行階段，因此設計數據傳輸流程是一個非常必要的過程。本文詳細介紹了北斗數據采集過程、數據格式，并設計了一個合理的數據傳輸流程。

關鍵詞：北斗；水汽監測；數據傳輸

中圖分類號：TN927 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）10-0134-02

“北斗地基增強系統”是由國家統一規劃建設的以北斗衛星導航系統為主，兼容其他GNSS系統的地基增強系統，采用的地面參考站間距為50-300km，通過地面通信系統播發導航信號修正量和輔助定位信號，向用戶提供厘米級至米級精密導航定位和大眾終端輔助增強服務。衛星導航技術將通信、地理信息、對地觀測有效地結合，正逐步發展為國家的戰略性產業，也是當前最具有創新性和生命力的新興信息產業之一。

2013年1月，湖北省北斗地基增強示范系統建設正式啟動，該系統是國家北斗地基增強系統的一部分，也是首個建設的省級示范系統。項目計劃省內建設30個北斗示范站，并開展北斗在測繪、氣象、交通運輸、航道、城市管理共5個行業的示范應用工作。我省的北斗地基增強系統是在不影響原有GNSS/Met業務的情況下，在GNSS天線和接收機之間加設信號分發器，加裝北斗接收機（和芯星通UR370）與現有系統并置運行。因此，數據的采集過程與GNSS/MET水汽監測系統類似，由中心站收集所有站點數據，并進行實時處理。目前，系統已進入試運行階段。

1 數據采集

北斗地基增強系統同GNSS/MET大氣水汽監測系統一樣，利用全省氣象業務通信網絡，實現各北斗基站與數據處理中心的數據傳輸和監控管理，通過業務網或外網實現數據中心的數據產品對用戶的分發和共享。北斗數據收集處理中心由數據處理工作站軟硬件組成，定時接收、存儲、處理和分析各示范站數據，形成基本產品并提供服務。數據處理中心由數據處理工作站軟硬件組成，中心站軟件由武漢大學衛星定位工程技術研究中心負責開發提供，實現定時接收、存儲、處理各北斗基站數據，形成基本產品并提供服務，實現對北斗基站的遠程監控管理。湖北省氣象局建設一條至武漢大學衛星定位工程技術研究中心的數據傳輸通信鏈路，實現數據的實時傳輸。

2 采集數據格式分析

目前我省接收的北斗原始數據由中心站實時處理為氣象觀測所需的RINEX格式數據，包括觀測文件（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）。這四個文件每半小時打包成一個zip文件存儲下來。

2.1 氣象數據文件的匹配

由于我省北斗地基增強站并沒有另外配備三要素氣象儀，為了方便水汽數據的解算，對安裝了地面自動氣象站的臺站還應增加匹配氣象數據。

2.1.1 匹配的過程

從地面自動氣象站相應資料中挑出本站氣壓、瞬時氣溫、濕度記錄為缺少這三項氣象要素的北斗站配上相應的匹配氣象文件，并在該文件中將這三項氣象要素寫成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，須把本站氣壓進行高度訂正到GPS天線高度。

2.1.2 氣象數據文件格式

氣象數據文件仍然為RINEX格式，使用ascii編碼存儲，分為文件頭記錄和數據，每行不多于80個字符。

（1）文件頭記錄。包含了文件的版本、類型，文件生成的程序和版本、日期，氣象要素的個數和相應的代號，傳感器名稱、型號和精度，氣壓傳感器位置（以地心坐標表示）和高度，文件頭結尾標志（END OF HEADER）。（2）數據行格式。數據行共有九組數據，前六組為時間（年月日時分秒），是整數，每組占兩位，第一組若無十位數的補零；后三組為氣象要素（壓溫濕），為浮點數，每組占八位，一位小數。

2.2 數據存儲的規則

數據按照如下規則存儲：

..＼*＼yyyy＼dd＼MM＼*dddHmm.yyx

其中：*：由字母和數字組成的站名，在建站時由建設單位命名。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2.1的說明。

2.3 壓縮數據文件命名

如按照國內交換資料的文件命名規則，數據上傳時可能為如下長文件名命名方式：

Z_UPAR_I_IIiii_yyyymmddhhMMss_O_BD.rnx.zip

Z：為固定編碼，表示國內交換資料；UPAR：為固定編碼，表示高空觀測的大類代碼；I：為固定編碼，為觀測站點代碼IIiii的指示碼；IIiii：表示觀測站點的區站號；yyyymmddhhMMss：表示觀測數據文件開始記錄的時間（UTC，分別為年月日時分秒），取自觀測晚間中的O文件第一行中的觀測時間。O：表示觀測資料；BD：表示北斗（地基）觀測資料；rnx：表示文件為RINEX格式；zip：為壓縮文件擴展名。

3 水汽監測數據傳輸流程

3.1 數據傳輸流程

北斗已建站點數據由北斗中心站收集并進行實時處理，轉化成RINEX格式，每半小時打包一次，按照既定的格式和規則存儲在中心站上，數據傳輸流程如圖1所示。

3.2 數據的處理

數據處理流程圖2所示，數據處理服務器上程序按照以下流程，處理原始數據，并將處理后的數據上傳：（1）將存儲在數據處理服務器上的原始文件解壓至同一目錄。（2）下載與原始文件對應時次的自動氣象站數據，轉化為RINEX格式。（3）將以上兩部分文件重新壓縮，并按照規范命名。（4）傳輸壓縮文件至通訊網絡省級節點。（5）定時將文件分發至用戶，并記錄傳輸日志。

4 結語

20世紀80年代后期以來，大氣科學家開始研究利用GPS衛星信號穿過地球大氣層時的延遲量來反演大氣溫度、濕度和氣壓等氣象要素，因其具有高精度、全天候、不用定標和使用成本低廉等諸多有點，很快發展成為一種全新的探測大氣的技術，顯示出廣闊的應用前景。目前GNSS/MET水汽監測應用在我國也日臻成熟，而我國的北斗定位導航系統相對起步較晚，基于北斗數據的水汽監測應用才剛剛開始，我省建立的北斗地基增強系統也是走在全國的前列，本文正是基于這樣的背景，介紹了北斗水汽監測數據的傳輸方式，為數據應用提供參考。

參考文獻

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