基于北斗的現代測繪基準數據綜合服務平臺設計與實現

劉邢巍,許超鈐,唐輝,王靜,吳國梁

(1.重慶市地理信息中心,重慶 401121;2.武漢大學,湖北 武漢 430072)

0 引 言

隨著我國自主研發的北斗衛星導航定位技術的成熟和應用普及,北斗衛星連續運行基準站網成為現代測繪應用熱點,既是構成空間坐標框架的基礎,也是現代大地測量基準的骨干和技術支持。當前,各地的現代測繪基準體系建設主要集中在北斗CORS網升級改造、似大地水準面精化、數據采集與分發等方面,基準服務方式單一,集成度不高,存在諸如新舊CORS基礎設施及軟件協同均衡服務問題、用戶無法直接通過北斗CORS系統直接得到實際工程建設中的地方坐標和正常高、用戶無法通過互聯網平臺實現測繪活動監控、系統狀態查詢、繳費、交互等服務問題,難以滿足用戶對多功能綜合型信息化服務體系的需求[1-6]。因此,構建一個基于北斗的測繪基準數據綜合服務平臺,為用戶提供信息化、個性化現代測繪基準服務,對于實際工程應用有著重要的現實意義。

1 總體架構

在原有GNSS連續運行參考站網基礎上,構建以北斗為核心的新一代衛星導航定位基準站網絡服務系統,更好滿足區域坐標基準的建立與維持。在此基礎上,結合區域似大地水準面及現有坐標轉換模型,建立集高精度、三維、實時、在線、智能化于一體的現代測繪基準綜合應用與服務平臺,開拓基于北斗的區域現代測繪基準體系應用服務新模式,總體框架流程如圖1所示。

2 功能設計

平臺功能主要分為四塊:系統管理、用戶管理、實時服務、事后服務。每個模塊的具體功能為:

1) 系統管理。這部分主要用于管理員對系統的各個功能管理的設定,包括GNSS基準站信息管理,多CORS系統均衡服務管理,坐標參數管理,作業區域管理,協管員權限管理,計費管理等。

2) 用戶管理。主要用于對各種用戶的管理,用戶主要分為2類,即WEB用戶、GNSS用戶。其中WEB用戶采用分級管理,不同管理員具備不同權限。該部分主要包括單位信息管理、單位繳費、單位審核、GNSS用戶登記、GNSS用戶管理、管理員權限管理與分配等。

3) 實時服務。該部分功能用于向用戶提供各種實時服務。① 實時地方坐標測量:用于向用戶提供實時的地方坐標測量服務,GNSS用戶能夠直接通過使用該功能實時測得所需的地方坐標;② 實時正常高測量:向用戶提供正常高測量服務,GNSS用戶通過該功能能夠實時測量所需的正常高;③ 實時郵件服務:將系統的各類通知通過郵件的方式實時發送到用戶的郵箱;④ 實時短信服務:將系統的各類通知通過短信的方式實時發送到用戶的手機。

4) 事后服務。用于向用戶提供事后的數據處理服務,包括現代測繪基準數據轉換、GNSS觀測數據質量檢查、IGS產品分發等專業服務。其中坐標轉換支持多格式多基準坐標數據,有效地滿足了目前我國省、市、區域大量的地理信息基礎數據更新的迫切需求。

3 實現方法

網絡架為實現滿足上述功能的平臺,在具體的實現過程中,本平臺由網絡服務系統、后臺數據處理服務程序及數據庫組成,網絡服務系統用于向管理員提供管理操作和向用戶提供便捷的服務,后臺數據處理服務程序具備通信、文件傳輸等功能并自動處理用戶所提交的數據,數據庫用于數據的存儲及備份。平臺的開發環境基于Visual Studio 2012,其中利用ASP.NET技術開發了B/S構架的網絡服務系統,利用C#編程語言開發了后臺數據處理服務程序,數據庫則采用SQL Server 2012進行構建。平臺采用三層構架(表示層、邏輯層和數據層)的模式,提高平臺穩定性、延展性和執行效率,并且便于維護和升級擴展。

根據系統總體功能要求,系統網絡結構如圖3所示。

4 關鍵技術

4.1 單通道多系統融合數據實時發布技術

隨著我國北斗衛星導航定位系統的啟用,部分省、市開展了CORS系統的北斗升級改造工作,改造前數據處理中心采用天寶GPSNet或徠卡Spider等國外軟件進行數據處理,因部分國外軟件不支持國產北斗設備的接入,且對用戶并發量和站點接入數量進行限制,部分省、市改造后需要重新部署國產北斗CORS數據處理軟件(如廣州南方NRS、華測CPS、中海達ZNetVRS等)[7-10]。為此各省市多套CORS服務軟件并存,導致用戶難以選擇訪問端口,當其中一個CORS軟件訪問量過大時,無法將后續用戶遞交至另一CORS軟件,難以保障實時基準服務的穩定性。該平臺實現了單通道多系統融合數據實時發布,解決了國外軟件對用戶訪問量限制導致無法將用戶智能切換至其他CORS軟件的問題,通過配置多套軟件服務的優先級,實現了多套CORS服務軟件協同運行,用戶只需訪問一個IP通道即可完成測量作業,減少了多套服務軟件切換為用戶帶來的不便,提高了軟件利用率和服務效率。

4.2 多基準成果實時加密發布技術

針對目前國內CORS系統服務中無法實時為用戶提供滿足工程需要的地方坐標和高程成果的現狀[6],本文采用加密數據流的方式,創建了基于服務器端加密的多基準成果實時發布技術,與其他技術不同的是,該技術無需在終端輸入任何參數(如“假參數”)即可實時獲取特定基準下的成果。具體技術流程如下:

本文采用基于服務器端加密的實時地方坐標、正常高測量模型,計算出一套有別于真坐標轉換參數的假七參數和假投影參數,并將其寫入RTCM3.1格式中的1021字段和1025字段,通過RTCM數據流向用戶發布,用戶選擇相應的源節點,在接收機手薄中選擇“使用RTCM參數”選項后即可實時測得相應目的坐標系的平面坐標。該方法減少了用戶輸入參數的環節,簡化了操作流程,提高了作業效率。

平面坐標獲取中的參數類型如表1所示。

表1 七參數種類說明

為了讓用戶實時獲得地方坐標的同時也獲得正常高,還需對虛擬基準站坐標加入相應的高程補償。具體技術流程如圖4所示。

4.3 在線信息化集成服務

平臺采用多層次管理與多功能擴充技術,實現了基于北斗的信息化高精度測繪基準關鍵技術集成服務。平臺具備用戶分級管理、權限分級配置的功能,實現了用戶實時監控、人性化的測繪基準定制服務,以重慶為例,圖5示出了平臺主界面。平臺預留功能擴展端口,為跨行業多領域應用推廣提供優質服務。通過訪問平臺,用戶可以基于天地圖(互聯網地圖)實時查看測量作業軌跡,了解作業情況,系統管理員和測量人員可以實時通過短信、郵件等多種方式進行交流溝通,促進了信息化測繪的發展。

5 結束語

本文介紹了基于北斗的現代測繪基準數據綜合服務平臺設計及實現流程,成果推動了北斗衛星定位技術在現代測繪基準建立與維持中的廣泛應用,開拓基于北斗的區域現代測繪基準體系應用服務新模式,實現從單一的“坐標服務”到高精度、統一、實時、在線、個性化、智能化服務模式轉變的轉變,通過面向城鄉規劃、應急救災、交通監測等多個行業的應用服務,形成了具有區域特色的測繪基準綜合服務和應用模式。

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