一種基于CORS的位置服務平臺設計與實現

摘? 要：目前CORS在國內的發展和應用日益成熟，針對跨區域測繪作業不便、軟件服務系統無法滿足日益增長的位置服務需求等問題，文章提出一種CORS位置服務平臺的設計思路，介紹平臺結構、功能及各項關鍵技術，通過平臺系統的實現及相關應用測試，該平臺系統能達到基準站的資源整合和管理、提高測繪作業效率、為用戶提供位置服務等目的，具有一定實用價值。

關鍵詞：CORS;位置服務;系統設計

中圖分類號：P208? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）07-0088-03

Abstract： At present， the development and application of CORS in China is becoming more and more mature. in view of the inconvenience of cross-regional surveying and mapping and the inability of software service system to meet the growing demand for location service， this paper puts forward a design idea of CORS location service platform. This paper introduces the structure， function and key technologies of the platform. Through the realization of the platform system and related application tests， the platform system can achieve the purposes of resource integration and management of the reference station， improve the efficiency of surveying and mapping operations， and provide location services for users. It has certain practical value.

Keywords： CORS; location service; system design

引言

衛星導航定位技術的發展與應用改變了傳統的測量技術手段[1]，隨著我國北斗衛星導航系統的建設及其相關技術的廣泛應用，具有兼容多衛星系統、規模大、覆蓋廣、定位快、精度高等特點的連續運行基準站網（CORS，Continuously Operating Reference Station），已經成為國家信息化建設的基礎設施主要組成部分，在基礎建設和國民經濟生活中的作用日益顯著。我國CORS的建設始于上世紀90年代，主要從國家層面的需求出發，建設了一批國家級基準站以及中國地殼運動觀測網絡、中國大陸構造環境監測網絡等專業性的連續運行衛星定位網絡。

隨著CORS在國內的發展和應用，越來越多的省市、地區、行業加入建設隊伍，目前全國30個省已建立覆蓋全省的CORS網絡，基準站數量達4500個左右。為了進一步整合現有基準站、克服跨區域測繪作業的不便，以及未來深度開發更多貼近日常生活的產品和服務，研究基于CORS的導航應用和位置服務具有一定必要性和迫切性，因此，筆者立足于區域CORS系統，設計并實現了一種位置服務平臺，以實現基準站的資源整合和管理、提高測繪作業效率、為用戶提供定位和地圖服務，同時為未來研究和開發基于全國衛星導航定位基準服務系統的高精度后臺服務，提供一定參考。

1 系統設計

1.1 總體結構

CORS位置服務平臺系統是基于Internet技術、Access數據庫技術、Ntrip技術、C#語言等進行設計的，其核心功能是實現平臺與基準站和移動用戶的連接及數據流通，整合基準站資源及數據，通過網絡向移動用戶提供實時位置服務。

系統采用C/S結構，可維護性更高、安全管理更為可靠，邏輯上劃分為表示層、功能層和數據層三個層次，如圖1所示。其中表示層是平臺的用戶接口部分，為用戶提供簡單直觀的操作，實現與平臺的對話;功能層是平臺的核心部分，將各項具體的業務邏輯編入程序，為用戶搭建數據交流的橋梁，同時實現各項位置服務功能;數據層主要負責各類數據的讀寫、存取、管理等，構建后臺數據庫，以支撐平臺各種數據服務。

圖1 平臺系統結構

1.2 基本功能

（1）網絡通訊。考慮到不同類型用戶需求不同、使用儀器類別和型號不同，平臺基于TCP/IP協議及Ntrip協議，設計建立了多種數據傳輸鏈路，主要分為兩大類：平臺與基站間的數據通訊、平臺與移動用戶間的數據通訊。具體通訊模式涉及基站主動接入平臺上傳源信息或實時數據流、平臺主動連接已知基站獲取實時數據流、移動用戶接入平臺獲取實時數據流、獲取源信息表、獲取指定源數據流等多種類型。

（2）數據處理。數據處理模塊主要于后臺運行，對平臺獲取的數據進行解譯、分類存儲和管理，其中涉及的數據包括：基站信息、用戶信息、數據源信息、觀測數據、定位信息、星歷文件等。支持不同類型用戶的不同需求的數據查詢，可利用觀測數據進行定位解算、生成差分信息等。

（3）數據播發。通過網絡通訊模塊，平臺能接收用戶需求命令及數據資源，同時也能轉發或編譯差分數據發送給移動用戶，提供相應的位置服務滿足用戶需求，其中RTCM數據的正確編碼是關鍵，平臺支持播發RTCM3.1及RTCM3.2格式數據。

（4）用戶管理。包括基準站用戶和移動用戶的管理，實現用戶基本信息、屬性信息、位置信息等統一管理，并建立平臺安全機制保證數據流通的安全可靠性。通過地圖可視化，在相應界面可直觀顯示基站分布及狀態、移動用戶狀態、實時位置等，還可自主選擇時段導出歷史位置和軌跡。

2 技術設計與實現

2.1 數據傳輸

平臺涉及的GNSS數據傳輸，通常有專線通訊、虛擬專用網（VPN）通訊以及普通TCP/IP協議通訊三種形式。互聯網通訊（TCP/IP協議）作為目前較為成熟且穩定的數據通訊模式，已經被應用到社會生產和生活的方方面面，并且考慮到可以結合專業的Ntrip協議和高質量的數據加密技術，能夠實現安全通訊，使用便捷、成本低，用戶可以自由控制通訊兩端的網絡通訊形式及服務內容，所以平臺采用TCP/IP協議結合Ntrip協議的形式，搭建兼容Ntrip1.0和Ntrip2.0版本協議的網絡通訊模塊，建立了平臺數據傳輸鏈路，將各基準站的數據共享，為移動用戶提供直觀、便利的位置服務。

2.2 數據處理

通過數據傳輸，平臺系統接收的GNSS數據主要為RTCM3.x、NMEA0183等類型。其中RTCM3.x是一種重要的數據格式，它包含多種電文，例如觀測值、三維坐標、基站參數、電離層信息等重要內容[2]，對RTCM數據進行解譯并提取有用信息，可作為后續差分信息播發和位置服務的數據基礎。而NMEA0183數據主要為移動用戶返回的定位信息，系統接收該數據并進行解碼，結合地圖可視化技術，可實時顯示用戶位置及定位狀態，并可查詢用戶歷史軌跡等[3]。RTCM3.x數據采用24位循環冗余檢校碼Cyclic? Redundancy Check （CRC），檢測誤碼的能力極強，通過研究其數據層次和結構，實現了平臺數據解譯和編譯模塊，是數據處理中的重要組成部分。

數據處理功能中另一重要組成部分是定位解算模塊，主要內容為提取觀測數據、自動下載衛星星歷以及進行定位解算，可用于新增基站坐標確定或臨時設站。定位解算采用偽距單點定位的方法，結合基準站近期觀測歷元數據和后臺自動下載的IGU超快速星歷，計算站點概略坐標，解算過程中考慮消除衛星鐘差、接收機鐘差及大氣層延遲等誤差。

2.3 數據存儲

平臺中涉及多種信息和數據需要進行存取，包括基站信息、用戶信息、數據源信息、觀測數據、定位信息、星歷文件等。其中觀測數據和星歷文件以文件的形式存儲，基站及用戶的信息、基站上傳的數據源信息、移動用戶的定位信息均采用表格形式存儲于Access數據庫中，后臺通過SQL語言實現查詢、存取、新增、刪除等操作。為了平臺運行流暢、數據管理高效，針對經過解譯后的部分數據，設計專門字段和表格重新進行分類存儲，例如對基站用戶提供的數據源信息，參照Ntrip協議規則，專門設計了特有的表結構便于存取。

2.4 數據可視化

平臺的根本目的是要為用戶提供位置服務，為了表現直觀的位置信息，設計采用B/S結構實現界面窗口的圖形顯示，使用Apache作為Web服務器、基于PHP技術并結合百度地圖JavaScript API開發，呈現以百度地圖為底圖的基站、用戶位置信息以及定位狀態等動態可視化視圖[2]。其中涉及視圖類型主要有：（1）資源總圖，顯示平臺中所有基準站和數據源的分布位置及狀態，以顏色變化實時區分鏈接情況，如圖2所示;（2）基站視圖，實時動態顯示所選基站及與基站連接成功的移動用戶位置和狀態;（3）用戶視圖，動態顯示所選移動用戶實時位置及其運動軌跡。

3 應用測試

3.1 定位精度

平臺系統經研究實現和調試修改后，測試了其各項功能及服務性能，均能正常運行。由于平臺核心功能是為用戶提供位置服務，因此設計了定位精度應用測試，采用相同的基站和流動站接入平臺，并進行不同基線長度的RTK測試，驗證平臺系統的通訊性能和定位精度。定位精度結果如表1：

3.2 快速設站

CORS網絡中可能存在服務盲區或者局部服務中斷的情況，或當遇到因某些特殊原因急需在沒有CORS服務的區域臨時補設基站以提供區域內的RTK服務時[2]，可快速設站接入本平臺，實現該區域的位置服務。為了驗證這一功能，設計了測試對比CORS網服務薄弱區域的RTK服務質量與快速補設基站提供的RTK服務質量。

首先基于GZCORS選取貴州省黔西南州區域內的CORS站點組成區域CORS網，在網內選定測試區域及假設基站的地點，測試區域的選擇需具有代表性，能反映出GNSS測量外業作業的實際觀測條件，在測試區域選擇符合基站架設條件的點位，并作標記。在選取的單基站架設點位上，架設接收機并與CORS網聯測，并采用GAMIT/TGO/CGO等后處理軟件解算得到該點的精確坐標。將該單基站接入平臺系統（使用解算所得精確坐標），利用兩臺相鄰的接收機分別接入平臺系統、區域CORS網絡，同時進行RTK測試，統計兩臺接收機的定位精度，如表2。

上表中兩種服務均為同時觀測1000個歷元以上所得結果，可以看出，在區域CORS網內，快速架設的基站通過平臺可提供與區域CORS同等精度的RTK服務，當無法接入區域CORS網時，利用平臺快速設站提供服務是一種有效的解決辦法。測試中，還將架設點位選在區域CORS網外進行了觀測，結果表明，在區域CORS無法覆蓋的地方，可快速設站并通過本平臺提供厘米級定位服務。

3.3 實時路徑追蹤

通過平臺的數據可視化功能，可為用戶提供精準的實時定位和路徑追蹤服務，為驗證其有效性和可靠性，設計測試移動用戶在不同環境下、不同移動方式下的實時路徑追蹤效果。測試過程中，將移動用戶接入平臺獲取RTK服務，沿著明顯道路或規則形狀目標行進（步行、車載等形式），觀察平臺視圖顯示的定位情況及視圖更新效果和速度。測試結果表明平臺用戶視圖能實時動態顯示移動用戶的定位和路徑變化，但由于不同地區網絡信號和質量的影響，會導致信號失鎖、路徑出現斷點。未來若結合高精度的交通道路數據，還可進一步有效應用于車輛調度和車道監控等方面。

4 結束語

隨著各省市、各行業建設及應用CORS的需求日益增長，據此研究實現基于CORS的位置服務平臺，整合基準站資源、提供更為方便、簡潔、大眾化的位置服務具有實際應用價值和必要性。本文提出一種基于CORS的位置服務平臺設計思路和方法，有效提高CORS基準站的利用和測繪作業效率，為克服跨區域測繪作業的不便提供了解決方法，通過平臺系統的實現和測試，驗證了其各項功能的運行及其能提供的位置服務精度。

參考文獻：

[1]陳明，張鵬，武軍酈.我國CORS發展與技術應用[J].中國測繪，2016（01）：30-34.

[2]陳聞亞.基于Internet的GNSS高精度位置服務平臺研究與實現[D].西南交通大學，2015.

[3]陳聞亞，黃丁發，張熙.GNSS基站管理與位置服務平臺的研究與實現[A].中國衛星導航系統管理辦公室學術交流中心.第六屆中國衛星導航學術年會論文集——S01北斗/GNSS導航應用[C].中國衛星導航系統管理辦公室學術交流中心：中國衛星導航學術年會組委會，2015：5.

[4]Uradzinski M， Kim D， Langley R B. The usefulness of internet-based （NTrip） RTK for navigation and intelligent transportation systems[J]. Proceedings of ION GNSS， Savannah， Georgia （USA）， 2008.

[5]Kozmus K， Stopar B. Protokol NTRIP za prenos podatkov GNSS preko interneta[J]. Geodetski vestnik， 2006，50（3）：461-471.

[6]董明旭，楚彬，陳春花，等.一種CORS的高精度位置服務云平臺建設方法[J].測繪科學，2018，43（07）：164-169.