廣西現代測繪基準管理與綜合服務平臺構建與實現

楊翼飛

(廣西壯族自治區基礎地理信息中心,廣西 南寧 530023)

0 引 言

據全國衛星導航定位基準站備案管理統計,已建有覆蓋全國的各類衛星導航定位基準站不少于6 000座,絕大部分省份都建立了省(自治區、直轄市)級北斗衛星導航(BDS)地基增強系統[1-2]．廣西也構建了由102座衛星導航定位基準站搭建的自治區級BDS地基增強系統,實現了BDS與位置服務的米級、亞米級、厘米級和事后毫米級的多級導航定位服務[3-4]．

廣西現代測繪基準管理和綜合服務在常規導航與位置服務,特別是高精度定位服務上,一般采用審慎審核的方式,需要提供多種證明材料,確保符合測繪資質的單位開展測繪地理信息采集業務[5-6];在衛星定位基準站行政監管方面,需要做到安全并網服務,基準站建設和備案監管;在全球衛星導航系統(GNSS)數據快速處理方面,需要做到服務全區全域大地控制測量,具備支撐海量大地控制測量服務的能力;在基準站運行維護方面,需要做到視頻監控、委托保管和技術支持等高效智能化的運維管理能力等.無論是管理上還是技術實現方式上均存在不能滿足用戶需求的情況,為改變傳統測繪基準管理與綜合服務方式,利用現代測繪地理信息技術和互聯網技術,構建了廣西現代測繪基準管理與綜合服務平臺(下稱平臺),力求解決行政監管有效性、業務服務高效性和運維管理智能化等多方面的問題,提高業務服務的效率和綜合運維管理的能力[7-9]．

1 系統搭建

系統依托現有廣西連續運行基準站網(CORS)基礎平臺,建設采用Client/Server(C/S))和Browser/Server(B/S)混合架構的廣西現代測繪基準管理與綜合服務平臺系統,通過該系統平臺實現CORS 運維三位一體(即“基站、控制中心、流動站(用戶)”)的管理模式,并通過靈活配置,可為不同類型、不同角色的用戶提供基于天地圖等圖文一體化的位置定位服務.同時考慮與共享發布平臺的互融互通,具有較好的擴展性和前瞻性．

1.1 系統整體架構

平臺利用模塊化設計,各個模塊之間相互獨立,無直接耦合關系. 數據傳遞通過數據庫進行互相聯系,模塊間的修改更新互不影響．整體架構包括應用層、模塊層、平臺層和數據層．其中:1)應用層是系統的用戶接口部分,它擔負著用戶與模塊層間的對話功能．為使用戶能直觀地操作,一般要使用圖形用戶接口,操作簡單、易學易用;2)模塊層相當于應用的本體,實現應用層與數據層間的交互．模塊層包含確認用戶對應用和數據庫存取權限的功能以及記錄系統處理日志的功能,是數據庫管理系統,負責管理對數據庫數據的讀寫;3)平臺層是系統的基礎平臺和開發平臺;4)數據層是整套系統的數據來源部分,負責提供系統所需的各種基礎信息．四層結構解決方案是:對這四層進行明確分割,并在邏輯上獨立．系統主要技術架構如圖1所示．

1.2 數據庫構建

在數據庫搭建方面,平臺采用MySQL及SQLServer2008混合搭建．服務端B/S架構數據庫采用MySQL,C/S架構數據庫采用SQLServer2008．整個數據庫搭建根據業務流程和核心技術兩個框架來搭建,首先B/S架構數據庫MySQL容納了日常業務的注冊、申請、審核、上傳、批準、短信通知和觀測數據上傳等系列業務流數據,同時存儲用戶日志數據、流動站數據、用戶登錄數據,新聞播報和業務通知等用戶和新聞通告數據;C/S架構數據庫SQLServer2008容納了基站觀測數據、基站日志文件、各等級自動解算控制點成果、視頻監控數據、BDS短報文數據、日常運維報表、數據質量分析、基站管理、對流層、電離層和多路徑分析等,概要數據庫集合如圖2所示．

圖2 平臺數據庫構成示意圖

2 功能設計

平臺采用模塊化開發,主要包括三個功能模塊：1)服務端,負責對外服務的開發,主要包含在線業務辦理、短信提醒和在線支付等業務模塊;2)管理端,負責后臺差分監控的開發,主要包含在線委托保管、電子運維和視頻監控、實時動態(RTK)、實時動態碼相位差分(RTD)和格網化差分服務、GNSS自動解算和坐標轉換等管理業務模塊；3)監管端,負責政務服務開發,主要包含并網申請,子網劃分和電子圍欄等政務模塊．主要模塊如圖3所示．

圖3 平臺主要業務模塊

2.1 服務端

服務端分為用戶和管理員,由注冊申請、審核和批準三大流程組成．用戶通過注冊申請,將材料提交到系統,管理員審核提交資料后,決定是否生效.在用戶注冊、審核和賬號發送等環節都提供了短信推送,及時告知用戶.同時申請表根據注冊信息自動生成,并將保密承諾、用戶使用須知和用戶申請信息等集成在一張紙上,實現“一紙化”減少用戶申請工序,具體流程如圖4所示．為提高現代測繪基準成果的應用和推廣,將用戶區分為測繪資質單位、建設勘測資質單位和自治區政府行政單位三類：1)測繪資質單位通過提供有效的資質證書等材料直接申請;2)建設勘測資質單位必須有相應項目支撐,在項目期和項目區內提供相應的服務,不得從事非法測繪;3)自治區各級政府行政單位,通過行政審批,可用于日常行政業務,不得從事盈利性或與業務無關的測繪活動．

服務端的功能設計主要改變了傳統辦理賬號和GNSS解算業務需要到達CORS中心的模式,改變為利用互聯網,實現網上辦理業務,減少了繁冗資料和手續的準備工作.根據用戶類型,制定了對應的規范申請流程,提升了服務效率．

圖4 業務辦理流程圖

2.2 管理端

管理端負責后臺差分服務的開發,具備米級、亞米級、厘米級和事后毫米級的多級定位服務能力和智能化運維保障能力,同時提供強大的位置服務能力．

2.2.1 電子運維和視頻監控

基準站電子運維改變了傳統在站點上放置紙質運維手冊進行記錄登記的方式,利用互聯網技術,調取數據庫中電子表格,實地拍照,記錄問題,實現現場與后臺同步更新的智能運維方式.同時數據中心提供多頻視頻監控,如圖5所示,圖中藍色站點為已安裝視頻監控,灰色站點為未安裝視頻監控,點擊某個站點即可實時查看站點狀況,并可與實地委托保管員進行溝通,顯著提高了站點運維效率.結合每日實現的所有衛星導航定位基準站的數據質量監測分析,確保了站點上線率達到95%以上．

圖5 基準站視頻監控運維

2.2.2 RTK、RTD和格網化差分服務

支持四大衛星導航系統(GPS，GLONASS，BDS，Calileo)的后臺差分系統是現代測繪基準維持的核心,基于載波相位差分和偽距差分原理,實現實時厘米級和米級(亞米級)的導航定位服務,實現高精度用戶的定位服務.通過格網化改正推送方式,實現導航和位置服務大眾應用分布式海量用戶(目前支持同步十萬量級)的高精度定位服務.通過多種技術手段,實現了廣西現代測繪基準的米級、亞米級、厘米級和事后毫米級導航定位服務能力．

2.2.3 GNSS自動解算

GNSS自動解算功能的實現,有效地提高了平臺對全區測量控制網的解算能力．該模塊實現了從數據質量檢核、基線解算、三維無約束平差、三維約束平差、二維平差和報告自動生成的全流程集成.同時針對不同等級控制點,對外業務具備從10 min～3 h的D級及以下等級各級控制點的快速解算能力,有效保障了重大項目控制網的快速敷設．

2.3 監管端

監管端負責實現對全區衛星導航定位基準站監督管理,提供省市縣衛星導航定位基準站并網服務,電子圍欄等功能,減少重復建設,提高公共資源利用效率．監管端可對基站進行數據質檢,包括數據完整率、多路徑與周跳比,及時掌握基站動態[10],完善對基站的管理．

2.3.1 并網服務模塊

平臺提供了并網功能,根據站點共享機制原則,市縣測繪行政主管部門根據自治區級框架網進行加密建設.目前已實現南寧、柳州和北海等6個區市的站點并網申請,合理利用了已有站點情況,避免重復建設,達到資源的有效利用．

2.3.2 電子圍欄模塊

平臺具備按照行政區劃、矩形和多邊形等多種方式的電子圍欄功能模塊．在特定項目區內實現高精度定位服務;在重要設施如軍事管理區、民用機場和大型公共設施等區域設定不提供高精度差分服務等,在位置服務的源頭即可達到行政監管,避免黑飛和非法測繪等行為的發生．

3 關鍵技術

3.1 自主研發GNSS數據自動解算、平差功能,實現從用戶上傳數據到輸出平差報告的自動無縫銜接

以COM組件為表現形式,以靜態后處理軟件為數據模型基礎,輔以自動化解算思想,系統根據概略位置自動選取足夠的周邊基準站作為解算控制點及數據檢核點,利用加密的基站坐標庫,進行GNSS觀測點E級解算平差,結果輸出1954年北京坐標系及1980西安坐標系的投影坐標,同時使用2000國家大地坐標作為檢查點檢核解算成果精度,并最終直接輸出平差報告,從用戶上傳數據到輸出平差報告的自動無縫銜接,實現兼容BDS的GNSS數據全自動解算,解算流程包括申請、審核、批準、解算完成等均可以短信方式通知用戶．

本系統的自動解算技術可以將BDS、GPS和GLONASS的數據處理方式統一起來,既可以單獨處理這三種系統數據,也可以聯合處理組合數據．在專業領域內,作為一項智能傻瓜式的內業處理功能,對促進行業發展具有重要意義．

圖6為利用平臺自動解算功能計算三個已知點的坐標值與真值的偏差圖,隨著觀測時長的增長,即觀測時長達到30 min后,N、E、U三個方向上的自動解的計算值與真值的偏差滿足平面3 cm以內,高程5 cm以內的精度要求．

圖6 三個已知點自動解算軟件在NEU方向的計算值與真值的偏差圖

3.2 電子柵欄技術,更加有效地監管廣西CORS的用戶和設備．

1)有效使用區域的規劃管理

可預先對作業區域進行工作范圍規劃,合理配置資源,依據用戶需求繪制不規則區域的電子柵欄,對使用廣西CORS的用戶和設備的管理做到心中有數,管控項目的整個過程．更重要的是,電子柵欄功能還能在一定程度上有效預防非法測繪等違法事件的發生．

2)作業進度及軌跡查詢

對于電子柵欄內的設備實時監控,根據作業面積或作業點數進行概略的進度統計,管理者可以在手機或電腦中了解項目實時進度信息.如圖7所示,可查詢用戶的作業軌跡,以短信形式通知項目負責人作業進度信息,實現真正的精細化管理．

圖7 用戶作業軌跡查詢

3.3 實現差分軟件與系統管理平臺一體化

差分服務軟件NRS,如圖8示,以廣西CORS為平臺,兼容接入拓普康、天寶、南方等多品牌參考站觀測數據,提供單GPS衛星系統或兼容BDS的多衛星系統的聯合解算,提供高精度差分定位服務.系統管理平臺以差分服務軟件為基礎,實現差分軟件與系統管理平臺一體化．

圖8 差分服務用戶管理軟件界面

3.4 CORS基準站管理平臺化,從系統概念到平臺概念的提升

通過本項目基準平臺,可以實現對廣西規劃局、國土局等下屬縣市已有的CORS基準站進行有條件的并網操作,統一由省網管理;同時，對各區域原有的CORS子網，分配周邊省級或地市級CORS基準站,進行子網的加強,達到資源利用最大化．

這種對分散的基準站進行統一申請,統一檢查,統一管理的模式,是CORS系統管理的必然趨勢,可避免社會資源的閑置及浪費,在提升經濟效益的同時,也大大提升了社會效益．

4 結束語

廣西現代測繪基準管理與綜合服務平臺的建設,改變了衛星導航定位服務的傳統模式,提出了智能化運維、行政監管和位置服務三位一體的多功能服務模式.有效地提升了位置服務的能力和范圍,同時也為行政監管提供了一個行之有效的手段.智能化衛星導航定位基準站運維方式,減輕了技術人員的勞動強度,提升了工作效能．