北斗高精度服務保障技術方案探索

張 丹，余曉敏，王海濤，2

(1. 湖北省基礎地理信息中心(湖北省北斗衛星導航應用技術研究院)，湖北 武漢 430074； 2. 中國地質大學(武漢)國家地理信息系統工程技術研究中心，湖北 武漢 430074)

20世紀90年代中期，美國和蘇聯先后建成GPS和GLONASS全球導航衛星系統。進入21世紀，歐盟、中國出于各自的戰略考慮，競相發展本國的衛星導航系統，開啟了全球衛星導航系統GNSS多系統互操作的新格局[1]。我國自主研發獨立建設的北斗衛星導航系統，能為用戶提供全天候實時定位、短報文通信、精密授時等服務[2]。隨著GNSS技術的快速發展和應用普及，建立連續運行參考站系統CORS、提高定位精度，成為實時導航定位的發展趨勢。作為國家數據空間基礎設施，CORS在社會各行業得到廣泛應用，體現出巨大的科研價值、經濟效益和社會效益。我國陸續開展了國家、各省市地區CORS的研究和建設，將CORS發展成為以北斗衛星導航系統為主、兼容其他GNSS系統的多系統集成的地基增強系統[3-7]。2017年下半年，中國開啟覆蓋全球的北斗三號工程，將進一步提高定位精度和完善服務能力[8]。

定位與地圖是密不可分的，電子地圖是定位結果的展示應用載體，高精度地圖是高精度定位結果的展示應用載體[9]。與普通電子地圖相比，高精度地圖能夠精確到車道，達到亞米級的精度，實現高精度定位結果的精準展示和應用。當前，高精度地圖在自動駕駛產業得到了廣泛和深入的應用[10]。基于自動駕駛需求，高精度地圖主要集中在高速公路數據的采集、處理和上線，缺少對鄉村級道路的關注[11]。

在北斗產業轉型升級、技術創新的戰略機遇期，作為北斗服務體系的重要組成部分，北斗高精度服務深度融合高精度定位和高精度地圖，利用高精度位置服務網絡，提供米級、分米級、厘米級甚至毫米級的高精度定位與展示應用能力，能夠為交通運輸、精準農業、公共安全等諸多領域提供技術保障，大幅提升了北斗高精度服務的能力和應用層次[12-15]。隨著大數據、物聯網、云計算和移動互聯網等技術應用的不斷推廣，高精度服務在社會中的作用將越來越重要，需要考慮如何運用和完善，發揮其最大效用[16]。

衛星導航定位是公安指揮調度不可或缺的技術手段，在公安工作中發揮著重要作用[17]。由于公安業務的敏感性和保密性，依賴國外衛星導航技術存在巨大的安全隱患，因此，在公安業務領域推廣使用北斗衛星導航系統是一種必然趨勢和內在要求。公安350M系統是公安指揮調度的重要手段，該系統雖具有一定的定位功能，但定位精度不理想，無法滿足公安指揮調度對于高精度定位的需求。同時，作為指揮調度最核心的視覺呈現部分，往往由于地圖分辨率低而無法構建兼顧高精度和大場景的防控圈。本文針對此情況，探索北斗高精度服務在公安350M指揮調度的保障技術方案。

1 服務分析

1.1 高精度定位

普通衛星定位精度通常在10 m以上，為提高定位精度，通常采用差分定位技術。差分定位也叫相對定位，是根據2臺以上接收機的觀測數據來確定觀測點之間的相對位置的方法，主要有偽距差分和載波相位差分兩種實現方式。它們都是利用衛星導航定位連續運行基準站及相應的控制和服務系統，采用相應的高精度數據處理方法，解算出高精度差分數據，校正初始位置，實現快速實時、高精度定位。

1.2 高精度地圖

利用差分定位技術可以實現高精度定位。但只有高精度定位，沒有相匹配的高精度地圖，無法有效直觀地展示高精度位置。因此，高精度定位需要搭配高精度地圖，體現其精準性，開展相關應用。利用正射影像數據、地理國情普查數據、原始導航數據，制作得到高精度地圖數據，按照標準地圖服務的方式發布，以Web地圖服務的方式運行，建立地圖服務站點，提供一組標準的地圖功能組件，包括高級查詢、最短路徑、實時定位、精準導航等。當需要地圖數據或功能服務時，可以隨時隨地訪問地圖站點，還可以調用地圖服務接口，從而為用戶提供一個更廣闊的空間。

2 技術方案

湖北省建設了全國首個省級北斗地基增強系統，實現了北斗服務能力的全省覆蓋，能夠提供不同精度級別的差分數據，實現米級到厘米級的精準定位。湖北省采集全省路網數據，結合全省正射影像數據，制作得到了高精度路網地圖，并將其用于高精度導航定位。湖北省公安350M指揮調度系統基本建設完成，終端支持北斗定位，利用北斗高精度服務，可以查看和跟蹤指定區域的警員、警車精準定位信息，充分了解當前警力在轄區內的分布情況，為指揮調度提供基礎數據，有效把控全局。下面將詳細介紹基于高精度定位原理，利用高精度地圖，如何為公安350M系統提供北斗高精度服務，實現技術服務保障。

2.1 位置服務

2.1.1 高精度定位實現

公安350M指揮調度系統管理手持臺和車載臺兩類終端，終端內置北斗芯片，可以接收衛星信號實現初始定位。首先，終端將初始位置上傳至350M系統，經系統上傳至位置服務平臺；接著，位置服務平臺接收北斗地基增強的服務數據和星歷數據，結合初始位置，解算得到終端對應的差分數據；然后，將差分數據回傳至終端，終端解算得到精確位置，實現高精度定位，如圖1所示。

2.1.2 位置服務平臺建設

位置服務平臺采用五層架構，分別是基礎設施層、數據層、服務支撐層、服務層和應用層。以北斗地基增強為基礎，利用一系列軟硬件基礎設施，承載各類業務模塊的運行，實現海量用戶訪問、高并發、高可用。數據層主要包括實時位置數據、歷史位置數據、參考站數據、用戶與終端數據等。服務支撐層包括分布式協調服務集群、數據計算存儲、網關接入、北斗位置服務。服務層包括基礎服務、位置服務、業務管理和運行監控。應用層包括終端定位設備和應用系統，如圖2所示。

2.2 地圖支撐

湖北省開展第一次全國地理國情普查，采集了全省路網數據，結合全省正射影像數據，制作了高精度導航地圖，路網數據精細到鄉村級。通過北斗地基增強系統提供的高精度位置服務，移動終端在城市道路上的行駛軌跡能夠精確到車道，達到亞米級的精度，同時它在鄉村級的道路上的行駛軌跡也能與高精度導航地圖上的鄉村道路信息很好地契合，能夠實現城市的亞米級定位和鄉村的精確定位，這是現有商業導航軟件所達不到的。

生產流程為：首先提取湖北省第一次全國地理國情普查路網數據，將提取的國情路網數據套合正射影像數據，進行通村道路補充采集，得到最新的基礎路網數據；其次，對基礎路網數據進行規范化，導入導航數據加工平臺；然后，參考規范化后的基礎路網數據，對原始導航路網數據進行糾偏，提高原始導航路網數據的精度；最后，對規范化后的基礎路網數據參照糾偏后的原始導航路網數據進行差分處理，獲取增量道路數據，依據導航數據生產技術要求，將增量道路數據與糾偏后的原始導航路網數據進行融合及編輯處理。成果如圖3、圖4所示。

2.3 終端配備

在出現緊急狀況時，公安部門需要在第一時間安排人員前往處理，并且要求在出警過程中實時與指揮中心進行溝通，由指揮中心根據事態的發展統一調度各方面的資源來協同處理，爭取在最短的時間解決突發事件，以保證公安系統工作的高效性?，F階段，警務人員使用的定位終端的精度比較低，定位誤差在十米至幾十米，在出警過程中不能將準確的位置上報給指揮中心，不利于指揮中心進行科學的調度。為提高調度的精準性，配備可接收北斗高精度位置服務的高精度終端，集成支持差分解算的芯片，通過差分通訊模塊，實現與高精度平臺的通信，獲取差分數據，進行位置修正，將定位精度提高到亞米級，便于精確管理，見表1。

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2.4 安全保障

根據公安部于《公安信息通信網邊界接入平臺安全規范(試行)》要求，外部其他網絡數據信息接入公安信息網，必須通過公安信息中心邊界接入平臺，統一實現公安機關從公安信息通信網外采集信息或對外提供的信息服務，并實現接入業務的安全監控與審計。通過公安信息中心邊界接入平臺控制，保障數據安全性。

3 總 結

基于北斗地基增強的差分定位原理，融合多種定位手段，以公安350M指揮調度系統為接入點，探索了一套有效的北斗高精度服務保障技術方案，能夠提高終端定位精度，減少誤判率，節省人力成本，提高工作效率，實現信息安全、自主可控。在此基礎上，可以擴展面向各類警種業務應用系統和警用終端接口，統一發布高精度位置服務，各級根據自身需求獲取調用高精度位置，開展相關應用，實現建設和應用思路上的創新，具有良好的應用前景和推廣價值。