GNSS连续运行基准站数据汇集监控系统的设计与实现＊

陈 明，武军郦

（1.国家基础地理信息中心，北京100830；2.国家测绘地理信息局导航与位置服务重点实验室，北京100048）

0 引 言

全球导航卫星系统（GNSS）技术已经逐渐发展成熟，并成为导航定位领域的主要手段。GNSS技术和网络信息技术不断完善，各地GNSS连续运行基准站网纷纷建立，并使其应用范围及在各行各业中的作用大大拓宽。GNSS连续运行基准站网将GNSS技术、计算机科学、测绘学、气象学、地理信息系统与现代通讯技术等有机结合，集成各类设备和网络，形成包括观测系统、数据传输网络、用户服务系统和数据中心的一个整体。其中作为各类数据的集散地和网络传输的中枢，数据中心应能实现GNSS连续运行基准站观测数据的自动采集传输、质量评估检查、数据自动存储，实现观测数据资料收集与整合，并且能够实现数据的在线监控，为系统的正常运行提供保障，保证数据处理和应用服务等功能任务部件能快速可靠地访问数据资源[1－3]。

1 系统设计思路

数据汇集监控系统的总体思路为：①采用消息中间件解决分布式系统通讯和数据传输；②基于Java平台开发软件系统，解决跨操作系统和跨平台问题，兼容32位与64位操作系统；③汇集与监控无缝集成，统一管理；④设置任务管理模块，对数据检查与处理等任务进行管理，便于系统的运行控制。

2 系统体系架构

数据汇集监控软件系统采用多层软件技术体系，包括：数据层、平台层、服务层、业务处理层、用户层组成的多层架构体系。数据层集成各类数据，包括GNSS基准站观测数据、IGS站数据及产品数据、GNSS基准站监控数据、基准站设备参数、网络状态数据、检查处理结果数据、文件传输状态数据和业务数据。平台层包括消息中间件、GNSS数据源、Java平台、FTP软件、数据库软件和 Web容器。服务层连接平台层和应用层，包括FTP服务、数据通信服务、数据采集服务、日志服务、数据读写服务和WebService.应用层是系统各种功能应用的集合，包括数据采集程序、IGS数据下载工具、调度管理工具、统计分析工具、数据传输工具、设备参数远程设置、数据展示应用、质量检查工具和告警管理、日志管理、监控管理等系统管理工具，用户层包括GNSS基准站维护人员、业务人员、系统管理员以及用户交互界面[4]。系统体系架构如图1所示。

图1 系统架构图

在具体实施中，系统首先通过部署于基准站端的数据终端收发部件，自动采集相关信息，经过简单的排错、去重后，封包为消息，通过网络发送到远程的消息中间件。数据中心收发部件从消息中间件接收到消息后，解包为原始的信息，并传送给数据检查处理部件。在文件传输任务开始前，通过部署于基准站端的终端数据收发部件，将本批文件的摘要信息通过消息发送到远程的数据中心收发部件，然后开始文件传输过程。在文件传输任务完成后，将文件与先前发送的文件摘要进行比对，计算出传输的准确性、时效性、传输任务的完成匹配度等指标，并对上述信息进行统计，以保证数据的正确传送。检查处理部件对信息进行分析处理，并存放到数据存储区域，从而为后续的信息查询、展示等提供支持。数据展示部件从存储区域读取数据信息并呈现在交互界面上，业务人员可实时查看所有基准站端发送到数据中心的数据信息。系统技术流程如图2所示。

图2 系统业务流程图

3 系统功能与实现

系统功能设计考虑GNSS基准站数据的重要性及网络传输的稳定性，满足数据进行自动汇集、监控及管理的需要；能够长期稳定的获得观测数据，并保证数据的有效性和完整性。

3.1 基准站及IGS数据汇集

系统通过数据终端收发部件和数据中心收发部件完成基准站数据和IGS数据的自动汇集或下载。数据终端收发部件实现GNSS基准站的观测数据采集，并把观测数据实时或定时发送到数据中心，同时按收数据中心下发的数据汇集配置信息，并根据配置信息对自身的运行进行调整。数据中心收发部件完成与GNSS基准站的通信，接收GNSS基准站实时或定时发送过来的观测数据、定时下载IGS数据，并进行编目保存[5]，还完成将调度管理部件对基准站的汇集配置发送到GNSS基准站。

3.2 数据质量评估检查

系统通过数据检查处理部件完成数据质量检查评估，该部件负责对接收的GNSS数据进行数据完整性、规范性检查和数据质量检查，并完成数据格式转换、数据合并、压缩与解压缩、数据接收统计等数据处理工作。数据检查处理部件主要内容如图3所示。

图3 数据检查处理部件

3.3 数据到位监控与续传、文件传输监控

数据到位监控与续传业务以自动作业方式按预配置的参数，自动核查数据文件传输到站状况。监控部件根据相关配置参数，按照GNSS基准站名称和GNSS基准站观测数据文件命名规范定期自动生成文件名，核查该文件是否传输到站，并自动记录到位和未到位基准站点名称，生成统计结果，对数据到位情况进行信息反馈，通知业务人员数据到位的情况，并生成日志文件，并对指定电子邮箱Email通知服务。

文件传输监控业务的工作任务是建立文件传输质量监测机制，监测所有数据文件的传输状态。在文件传输任务开始前，通过部署于基准站端的数据发送部件，将本批文件的摘要信息（文件数量、文件名、时间、大小、哈希指纹等）通过消息发送到远程的监控部件，然后开始文件传输过程。监控部件在文件传输任务完成后，将文件与先前发送的文件摘要进行比对，计算出传输的准确性、时效性、传输任务的完成匹配度等指标，并对上述信息进行统计，供定期／不定期进行传输质量的检查。业务人员通过监控信息展示部件，可分门别类的查看所有文件传输任务的的质量监测信息和统计结果。

3.4 基准站工况监控

基准站端监控涉及到数据运行监控软件系统与基准站之间的数据交互，该流程通过收集基准站端状况信息，为业务人员提供了及时了解基准站端业务运行情况的途径。系统首先通过部署于基准站端的数据发送部件，自动采集相关信息（包括GNSS连续运行基准站观测数据的卫星接收状况、导航信息、工况信息等），通过网络将消息发送到远程的消息中间件。数据接收部件从消息中间件接收到消息后，解包为原始的监控信息，并传送给监控部件。监控部件对信息进行分析处理，并存放到数据存储区域，从而为后续的监控信息查询、展示等提供支持。

3.5 网络资源监控

网络资源监控业务的工作任务是对数据中心和GNSS基准站间的网络连通性进行定期检测，出现网络故障时能够记录并告警，并对监控信息进行显示。监控部件按照预先定义的检测周期等参数，定期的启动检测作业，检查数据中心与各个GNSS基准站之间的网络链路状态，并将检测结果存入数据库。监控信息展示部件能够定时读取网络链路状态信息，提供图形化的链路图和链路状态情况供业务人员查阅。

3.6 系统管理与调度

系统管理与调度主要包括任务配置单元、任务调度单元、任务监视单元和基准站汇集配置管理单元。主要负责根据本系统的数据处理请求，按照配置定义定时产生的处理消息及用户提供的自定义消息生成相应的任务、执行任务和销毁任务；并根据系统资源及系统运行状态对作业进行调度以满足数据处理的时效性要求，同时还可以对数据汇集终端进行运行参数配置管理。

3.7 信息展示

信息展示部件负责对观测数据、观测数据检查处理的结果进行文字或图形化展示，帮助管理员和用户了解数据情况。信息展示部件包括数据展示和监控信息展示，如图4，5所示，将数据的完整性、规范性、数据统计分析结果、质量分析结果、基准站监控信息、网络状态监控信息、文件传输、文件到位监控信息和业务信息等信息进行展示，并提供数据及信息查询、系统管理等功能。

图4 数据展示部件

信息展示部件设计时，均采用人性化设计，使管理员方便得获取相关信息。如数据汇集信息展示中，多路径效应以颜色RGB值区分误差值的大小；各站数据到位的情况以日历形式表示，日历上每天的数据到位情况也以颜色区分，如绿色表示正常，蓝色表示当日数据全部到位但有延迟，黄色表示数据不完整，红色表示当日无数据。监控信息展示中，各设备的状态或以表格形式展示，或以动画图片形式展示，如UPS电源的运行状态监控中，将电流按照进出方向以动画形式表示，市电正常、市电中断和电池故障等均以不同方式表达，使管理员对该设备状态一目了然。

图5 监控信息展示部件

4 结 论

该系统的开发与应用，实现了数据自动汇集、运行监控功能，具有很强的实用性，提高了GNSS数据汇集和数据处理的标准化和自动化水平。系统的设计考虑到了数据采集、数据传输、运行监控中的各个方面，体现了数字信息时代测绘数据管理的先进性。经过试用证明，该系统能够实现数据稳定可靠的汇集传输和质量检查，出现故障时能够快速找出问题所在，并可提供快速统计、查询、浏览等各种服务功能，使后续数据处理和应用服务等能够快速可靠地访问数据资源，从而提高GNSS连续运行基准站为测绘生产服务的效率和质量。

[1]陈俊勇.张 鹏.在中国构建全球导航卫星连续运行站网及其服务系统.[J].测绘科学，2009.34（3）：5－6.

[2]陈俊勇，张 鹏，武军郦，等.关于在中国构建全球导航卫星国家级连续运行站系统的思考[J].测绘学报，2007，36（4）：366－369.

[3]武军郦，周建军.构建GNSS连续运行站网 实现测绘基准现代化[J].测绘通报，2008（10）：46－48.

[4]武军郦.连续运行参考站自动化系统的关键技术[J].测绘通报，2003（12）：9－2.

[5]武军郦.利用VSAT网络实现GPS差分数据传输[J].全球定位系统，2002，27（3）：20－23.

[6]赵力彬，张新利，吕志勇，等.测绘资料信息管理系统的设计与实现[J].测绘通报，2011（12）：75－78.

[7]唐华林，肖 奇，邹峥嵘.测绘数据管理信息系统的设计与实现[J].测绘工程，2011（5）：63－67.