基于S XCORS 行業統籌服務平臺建設探討

馬 勇

（ 山西省測繪地理信息院，山西 太原 030001）

0.引言

近年來，隨著我國北斗衛星導航系統的研制成功并投入使用，全國各省均建立了各自的北斗地基增強系統，全面推進了連續運行基準站系統（ CORS）的北斗化改造。 為滿足山西省經濟建設信息化發展需求，在完成山西省北斗地基增強系統建設的基礎上，進一步將山西省連續運行基準站綜合服務系統（ SXCORS）改造成山西省權威、高精度、高分辨率、高效率、高覆蓋率的行業統籌服務平臺。該平臺推進了CORS站網的深度應用，提升了其公共服務能力水平，使其在各行業的應用更加廣泛。 本文將系統介紹SXCORS行業統籌服務平臺的建設情況，探討其在建設過程中的關鍵技術環節，予以需完成該方面工作的同行人員參考。

1.平臺建設思路

SXCORS行業統籌服務平臺是集現代高科技于一體的系統工程，對于信息化建設起到重要作用。為了確保SXCORS行業統籌服務平臺建設具有科學性、先進性、實用性、可靠性、高效性， 必須對SXCORS行業統籌服務平臺的建設和各個有機組成部分進行清晰劃分，明確其相互關系、其上馬和投入運行的合理時間順序，以系統工程的思想，對系統建設和運行進行科學的部署。

SXCORS行業統籌服務平臺整合山西省域范圍及周邊地區的優質衛星導航定位基準站，充分顧及現有及未來應用需求，優化現有數據中心計算和網絡資源，以保證基礎應用及擴展能力，滿足衛星導航定位基準站網運行、維護、管理和服務需求，實現對平臺資源、功能、服務過程的管理，實現從基準站數據接入到用戶對外服務的一體化服務，實現業務線上化、數據安全化、位置服務高精度穩定化。

2.平臺整體構架

SXCORS行業統籌服務平臺采用模塊化設計， 以微服務方式組成整體系統，包含數據接收存儲服務模塊、數據解算處理模塊、數據播發服務模塊、軟件功能參數配置模塊及業務管理模塊。

2.1 技術構架

系統采用三層B/S技術架構，分別為表示層、邏輯層和數據層。 表示層進行系統運維和終端服務的可視化操作；邏輯層和數據層進行數據的交互、解算及用戶管理和監控。 系統技術架構（ 如圖1所示）：

圖1 系統技術構架圖

2.2 網絡體系構架

部署在SXCORS的所有基準站設備與站網服務器設備使用電信運營商提供的數據專線互聯，站網服務器與解算服務器通過路由器在同一網段內進行數據接收和播發；終端用戶應用電信運營商提供的IP地址，通過通訊基站向站網服務器提出數據請求，WEB終端用戶直接通過網絡運營商提供的互聯網IP地址向站網服務器請求數據， 終端用戶接入數據，經過防火墻保護措施進入站網服務器。

2.3 部署結構

SXCORS行業統籌服務平臺由基準站網、數據處理中心、用戶服務三部分組成。基準站網數據通過數據專線傳輸至數據處理中心進行解算處理，解算處理中心和服務管理中心協同為終端用戶提供服務；管理員用戶通過終端用戶的請求提供多級服務。 數據傳輸、數據解算、數據播發、用戶管理采用獨立部署模式。 運維服務與終端服務采用獨立分級管理、多級服務。

3.關鍵技術設計

3.1 網絡RTK解算

網絡RTK解算系統包括原始數據編解碼模塊、數據傳輸和播發模塊、數據庫和文件的讀寫與存儲模塊、操作管理界面模塊以及核心數據處理模塊。

網絡RTK的數據處理主要分三個模塊：其一，GNSS基準站網基線解算，固定雙差整周模糊度；其二，利用每條基線的GNSS觀測值、雙差整周模糊度、精確的基準站位置坐標等，計算每條基線的電離層延遲、對流層延遲及綜合誤差；其三，根據用戶發送的概略坐標，插值確定網絡RTK用戶的差分改正信息，從而為網絡RTK用戶提供實時厘米級的定位服務[1]。

3.2 實時電離層建模技術

GNSS衛星發射信號傳播速度在穿過電離層時發生變化，電離層中的信號頻率、電子密度[2]對速度的變化起到了決定性作用。 在電離層的改正過程中，載波相位觀測值和偽距觀測值電離層改正數值大小相同、符號相反。 電離層活躍的程度[3]，導致在中午或下午某些時段出現用戶整周模糊度無法固定的情況， 為此本系統通過利用三維電離層建模技術，來提高電離層建模精度，解決電離層活躍時載波相位整周模糊度無法固定問題。

3.3 實時對流層建模技術

高海拔山區基準站之間高差較大，對一般網絡RTK解算軟件而言，增加了對流層模型的估計難度，從而增加了載波相位整周模糊度固定的難度。本文平臺采用的方法是首先利用精密單點定位技術對所有測站的對流層延遲進行精準估計，然后進行區域建模。 該方法無需考慮任何大高差地形條件，可以滿足用戶高精度位置服務需求。

3.4 坐標系統轉換

SXCORS行業統籌服務平臺支持同一基準和不同基準下的坐標轉換功能。同一基準下的坐標轉換主要為空間直角坐標系、大地坐標系和平面直角坐標系的相互轉換；不同基準下的坐標轉換主要為CGCS2000坐標系、1980西安坐標系和地方獨立坐標系之間的相互轉換。下面主要介紹不同基準下的坐標系統轉換方法。

（ 1）CGCS2000 與地方獨立坐標系轉換。 利用已有的CGCS2000坐標系下的平面坐標成果（ x，y）2000，與之對應的獨立坐標系下的兩個以上公共點成果（ x，y）dl[4]，計算坐標系統轉換模型四參數，四參數轉換模型如式（ 1）所示：

式（ 1）中，（ x0，y0）為轉換模型的平移參數；α為轉換模型的旋轉參數；m為轉換模型的尺度變換參數；

（ x1，y1）為CGCS2000坐標系下的點位坐標值；

（ x2，y2）為模型轉換后的獨立坐標系下的坐標值。

（ 2）CGCS2000與1980西安坐標系的轉換。 利用至少3個同名點的CGCS2000空間直角坐標和1980西安坐標系下的空間直角坐標， 計算Bursa模型轉換參數。 Bursa轉換模型如式（ 2）所示：

式（ 2）中，R為旋轉矩陣；εx，εy，εz分別為轉換模型的三個旋轉參數；m為轉換模型尺度縮放參數；（ X0，Y0，Z0，）為轉換模型的3個平移參數；（ Xs，Ys，Zs） 為源坐標系下的空間直角坐標值；（ Xt，Yt，Zt，）為轉換后的目標坐標系下的空間直角坐標值。

（ 3）GNSS大地高向正常高轉換。GNSS大地高轉換為1985高程基準正常高，可通過全省似大地水準面精化模型轉換求得。

4.系統測試

4.1 功能測試

功能測試通過服務平臺逐項測試各功能模塊，包括以下內容：

（ 1）用戶管理功能測試

測試認證審核：對用戶提交的單位和個人的資質認證信息進行審核管理，對完善后的用戶分級歸類。

測試用戶信息管理：對平臺注冊用戶（ 用戶名+口令）、聯系人、聯系電話、所屬單位等基本信息進行查詢、修改、管理、刪除等。

測試服務申請： 用戶登錄后可在平臺進行服務申請，在線提交服務申請表，包括對作業精度、作業區域、作業坐標系進行申請。

測試服務審核：對用戶提交的服務申請進行審核，并實現服務賬號的添加管理功能。

測試CORS賬號管理：對CORS用戶作業區域、可用坐標系、可用源列表、可用時間等權限信息進行管理、查詢、修改、刪除等功能測試， 管理員賬號對協管員管理權限可進行管理、查詢、修改、刪除等。

（ 2）系統管理功能測試

測試播發服務設置： 支持對解算服務的添加、 管理、修改、刪除功能，支持用戶作業源節點的添加、管理、修改、刪除功能，實現用戶作業服務和源的控制。

測試作業區域設置、坐標參數設置、資源下載管理、新聞動態管理，進行添加、管理、修改、刪除。

測試精化模型：支持似大地水準面的加載,實現用戶作業正常高可用的控制。

測試星歷下載管理、基準站數據管理下載功能。

（ 3）數據處理功能測試

測試實時位置服務： 實時提供包括RTD、RTCM2.X、RTCM3.X、自定義差分數據類型的功能。

測試事后坐標轉換、高程轉換，通過輸入測試數據驗證輸出結果數據的功能。

觀測數據檢查：通過輸入測試數據，實現結果數據的質量分析，生成質檢報告并提供下載功能。

測試在線基線解算：支持在線上傳觀測文件，系統自動與臨近CORS站構建基線網進行平差解算， 并生成平差報告提供用戶在線下載。

（ 4）站網信息管理功能測試

對站點基本信息、站點設備信息、站網信息、軟件信息、網絡信息、數據中心設備管理進行增加、修改、刪除、查詢功能測試。

（ 5）監控管理功能測試

通過對站點網絡延遲測試（ 實時對該時刻接收到的數據的時間與此時刻的時間做差，分析數據的實時性）檢驗基站監控功能。

通過對實時在線用戶固定情況、收星數、作業位置和使用源列表等作業狀態進行監控測試，檢驗用戶監控功能。

（ 6）系統日志功能測試

測試管理員操作日志、用戶繳費日志、坐標轉換記錄，具有日志導出功能。

測試用戶作業軌跡，對用戶作業位置和作業時間進行記錄，并提供地圖展點和查看功能。

測試用戶作業日志， 對用戶作業次數和時間進行記錄，具有日志導出功能。

4.2 性能測試

性能測試主要包括登錄響應時間測試、用戶展點時間測試、服務初始化時間測試以及服務網絡性能測試。 具體測試方法如下：

（ 1）登錄響應時間測試：使用網絡測試工具，統計每次登錄的響應時間。

（ 2）用戶展點時間測試：使用網絡測試工具，統計用戶作業監控展開的時間。

（ 3） 服務初始化時間測試： 重啟服務管理系統不少于3次，統計服務初始化時間的平均值。

（ 4）服務網絡性能測試：通過終端測試服務器的網絡響應情況，分析網絡帶寬數據，統計數據丟包率以及網絡延遲的最大值、最小值、平均值。

5.結束語

SXCORS行業統籌服務平臺已經具備用戶管理、 系統管理、數據處理、站網信息管理、監控管理、系統日志、業務管理等基本功能，實現了從基站數據接入到用戶對外服務的一體化服務流程，實現了業務線上化、數據安全化、位置服務高精度穩定化等建設目標。

SXCORS行業統籌服務平臺建設特點主要有：

（ 1）設計功能多，數據種類繁多，數據結構復雜；

（ 2）平臺建設功能實用、結構合理，保障了空間基準數據的技術支撐，實現了測繪基準共享服務新模式，提高了共享資源的利用率；

（ 3）平臺管理便捷，易于維護，可視化操作界面友好，操作方便；

（ 4）平臺網絡拓撲結構和軟件模塊部署結構合理保證了數據的接入、數據運行和使用的安全性和保密性；

（ 5）平臺設置了多級用戶多任務實時操作的權限，保證了平臺運行的可靠性。

目前，該平臺已投入使用，各項功能運行狀態正常，滿足廣大用戶需求，極大提高了用戶作業效率。