区域智能位置服务平台的建立

江苏北斗卫星应用产业研究院有限公司 沈 飞 徐爱国 刘 坤

一、引言

2012年12月27日，我国自主研制的北斗卫星导航系统正式提供亚太区区域服务，该系统将在2020年左右形成全球覆盖能力。有专家预计，届时全球卫星导航产业在中国将达到5000亿元人民币左右产值，以北斗占国内卫星导航产业70%～80%的比例计算，到2020年国内北斗产业规模将达3500亿元～4000亿元。目前，北斗产业规模还较小，市场基本上被GPS垄断，但国内市场潜力巨大，正处于高速发展期。国家先后出台多项政策，加速推进北斗卫星导航系统建设及重点行业和重点地区的应用，通过产业载体建设、行业示范应用、服务平台搭建等方式推广北斗产业应用。

在国家“十二五”规划中，卫星导航被列入战略性新兴产业之一，相关部门针对行业应用发展也制定了卫星导航产业的具体推进措施和目标。包括交通运输部和农业部在内的8个部委和6个地方政府出台了强制或鼓励发展卫星导航/北斗系统的“十二五”规划细则。在政策的支持下，北斗导航系统有望飞速发展。在此背景下，大力发展全空间、高精度智能位置服务平台的建设，将引领新一代的网络互联卫星定位技术的应用革命。

全空间、高精度智能位置服务平台，是指在空中、地面以至室内等人们活动范围的区域内，实现监控点或感兴趣点的地理位置的全天候实时精准定位服务。该服务首先将在江苏省范围内建立一个综合的地址服务网络，该网络包含所辖区域内的全空间监视终端，通过一个统一的管理平台实现各行业的综合管理和服务，每个终端以惟一ID识别号区别所属的行业或应用，在管理软件中通过特定的编码、ID将终端分门别类显示在不同的模块中，这将大大提高上层机构的监管成本和效率，不同行业和部门间形成协同管理机制。由于该服务平台可面向江苏全省提供全方位、实时、高精度的位置服务，系统有统一的指挥协调中心，可以分权限实现用户的委托管理。通常情况下，不同用户根据不同行业应用会设计一套相应的软件系统，软件系统的设计开发周期较长，开发费用也较高，如果实现委托管理的话，用户便省去了软件的研发成本，缩减大量的时间成本和经济成本，取而代之的是较少的管理费用。在服务平台的软件研发上，不同的用户有不同的权限分配，用户只能看到自身系统的终端成员，系统本身包含严格地权限控制，政府部门协调公安机关可以使用最高访问权限，这将有效实现政府监督力度，在一定程度上制约了违法行为的产生。同时随着社会的进步，位置服务逐渐被广大的用户所接受，2008年导航手机销售开始爆发性增长，就证明这个产业即将爆发的趋势。中国的位置服务市场蕴藏了巨大的商机，通信运营商、地图厂商、软件开发商、终端厂商等整个产业链中的众多参与者都积极投入其中，大力推进位置服务。全空间、高精度智能位置服务平台的建设，打破了常规平台的区域和定位精度的限制，是位置服务平台的重要发展方向。

二、服务平台总体构成

全空间、高精度智能位置服务平台的建立至少需包含三个方面：

1. 全空间、高精度智能位置服务软件平台

在基础地理信息平台的支撑下，构建基于北斗卫星导航系统、天地一体化、高精度无缝定位的智能位置服务平台，能够同时满足空中（如高空气象探测终端）、地面（车载导航定位终端、高精度地基增强终端）和室内定位终端位置信息的标准接入，同时具有自动数据交换、综合应用可视化显示和综合应用效能分析等功能。面向国内外市场，针对智能交通、气象探测、林业生态、城市管理、船舶安全、环境保护、减灾救灾等重点行业以及大众领域开展示范应用。

2. 北斗/GPS兼容型导航定位终端

研制北斗/GPS兼容性导航定位终端，采用GPS、北斗、3G多模组合定位术和3G北斗通信智能切换技术，实现车辆定位和车载通信业务无缝覆盖：开发出多种定位组合技术，在北斗/GPS卫星信号无覆盖区采用3G辅助定位技术或惯性导航技术有效补充，定位覆盖范围达100%；并通过3G/4G-北斗双模通信切换技术，实现了车载通信在高速移动网络和北斗卫星网络之间的无缝覆盖和智能切换；同时突破3G-北斗车载通信的标准化中间件设计，提升和车型及汽车电子设备的兼容性。终端环节是产业链发展的中枢，北斗/GPS兼容型导航定位终端今年起将开始爆发性发展。中国1.2亿辆汽车大部分无任何通信和导航系统，仅10%左右的中高端汽车安装了GPS导航系统，而具有我国自主产权的北斗/GPS兼容性导航定位终端才刚刚起步。国家科技部已将把3G/4G、北斗、车联网三大产业列入“十二五”重点发展规划，交通部、工信部、公安部、安监总局联合下发《关于加强道路运输车辆动态监管工作的通知》，规定运营车辆必须安装北斗导航定位终端，蓬勃发展的北斗行业应用对北斗/GPS兼容性导航定位终端的研发提出了迫切的要求。江苏省区域智能位置服务平台项目目标产品之一“北斗/GPS兼容型导航定位终端”是北斗卫星导航产业链的核心环节，它采用开放式中间件架构，向下通过CAN/OBD/Wi-Fi/蓝牙等近距离通信技术连接汽车总线和传感器及手机，向上通过3G/4G和北斗/GPS通信技术连接智能位置服务平台，从而实现车辆监控、精准导航、行车安全、智能交通、维修保养、防盗监控等人车路相融合的功能服务。

3. 北斗区域地基增强系统

北斗区域地基增强系统是实现高精度位置服务的基础，主要任务包括：研制出多功能一体化的北斗区域地基增强基准站专用装备，突破地基增强关键技术，建立规模化多基站网络差分定位增强数据处理模型，开发北斗/GPS/ GLONASS多系统融合的大规模、高精度地基增强系统中心控制管理与数据处理软件，打破欧美国家对该领域的长期技术壁垒，形成具有我国完全自主知识产权的北斗地基增强系统，为区域厘米级位置服务奠定基础。

三、整体研发技术方案

全空间、高精度智能位置服务平台，是依托我国自主知识产权的北斗系统，来实现对江苏省范围内建立一个综合的地址服务。该服务不受地域时间限制，可实现远程动态监控可视化，确保整个平台安全可靠、准确及时。全空间、高精度智能位置服务平台与安装在车辆上的终端通过通信网络相连，直接获取北斗终端通信数据，以保障数据的及时性和完整性。同时与公共网络互联，保障终端客户和下级监控中心能通过Internet访问北斗监控服务系统。该系统平台的定位终端可用于空中、陆地、内河、海上以至室内，可广泛服务于交通、物流、农业、林业、地质勘察等行业。在此平台中，还包括了网络通信技术，通过网络通信技术，将终端所处的定位信息发送服务平台，在电子地图上显示当前的位置，这样就实现了终端位置的定位。在终端上安装相应的传感器，利用通信网络将传感器的数据发送出去，可实现不一样的功能，如防盗、防抢、防劫、偷油，等等。

全空间、高精度智能位置服务平台的建立，主要的技术基础包含数据通信、数据云存储、软件研发相关的系列技术、高分辨率影像地图与矢量地图处理等技术。

通信技术需要实现终端到软件接口的信息传输，已制定具体的通信协议和数据传输接口，遵循相关的数据通信接口，可以实现终端与计算机软件的交互通信，同时在数据通信方面实现了加密技术。

对于海量数据存储，采取网络云存储方案与本地数据服务器相结合的方案，引入大型数据库提高数据的存储和管理水平。

软件系统研发方面，组建专业的软件研发团队，完成系统平台的架构设计，并在关键算法研究方面取得突破，系统可基于多种语言平台并提供良好的二次开发和扩展能力。

在地图数据处理上，借助专业的空间数据处理团队，形成具有定位系统行业特色的地图资源，并能做到不断更新，对于大空间尺度的高精度空间数据，提供完善的数据缓存处理机制，可以支持网络高速并发多用户访问。此外，针对网络地图资源（百度、谷歌、必应地图等），系统开发时预留了相应的数据访问的接口，修改相关参数后，可以实现数据的无缝对接。

全空间、高精度智能位置服务平台的建设需要软硬件结合建设，涉及到的建设内容包括卫星终端产品的研制、平台软件的研发以及相应的质量检测服务等。

硬件主要指终端设备和信号增强设备，负责接收和传输信号。研制地面应用终端时，需满足实时接收和车（船）载机动接收卫星信息的需求。地面应用终端采用小型化设计，并具有一定的抗震防潮能力。

软件主要指位置网服务系统，负责将接收到的信号处理成通用地理坐标，展现到界面的地图界面上。软件建设需重点研制卫星信号数据处理功能软件和用户客户端软件，特需产品处理能力与环境卫星资料存储、查询检索和产品分发能力。需要针对资料特性和应用需求，研制相应产品处理软件。

应用服务系统应具备卫星数据的存储、查询检索分发和综合报表分析显示等功能。为加强系统的标准化建设，还需建设质量检验系统，确保定量化探测产品精度和软件服务水平，形成规范化体系。对环境卫星遥感定量处理产品进行质量检验，确保产品的精度和应用效能。平台建立分为两个大的工作小组分别负责软件和硬件的建设，两方面相互协作同时进行。硬件建设方面，加强信号处理工作，不断加强卫星定位生成坐标的精度；软件方面，优化设计工作，完善系统操作功能，追求更好的用户体验效果。

根据技术方案的选定，针对固定业务的用户群采取C/S开发模式，客户机（Client）和服务器（Server）结构是软件系统体系结构，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到Client端和Server端来实现，降低了系统的通信开销。目前大多数应用软件系统都是C/S形式的两层结构，由于现在的软件应用系统正在向分布式的Web应用发展，Web和C/S应用都可以进行同样的业务处理，应用不同的模块共享逻辑组件。因此，内部的和外部的用户都可以访问新的和现有的应用系统，通过现有应用系统中的逻辑可以扩展出新的应用系统。

对于应用面广的系统性应用，以及面向大众的服务系统，系统设计采用B/S模式开发，Web浏览器是客户端最主要的应用软件。这种模式将统一客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用。客户机上只要安装一个浏览器（Browser），如Netscape Navigator或Internet Explorer，服务器安装Oracle，Sybase，Informix，SQL Server等数据库。浏览器通过Web Server 同数据库进行数据交互。

四、关键技术研究

全空间、高精度智能位置服务平台的建立将涉及如下技术关键问题：

（1）终端定位精度。考虑环境、电磁干扰及信号源等干扰因素，设计出测量精度高的差分计算函数，保证系统测量精度方面有质的突破。

（2）卫星信号干扰或遮挡时，信号的加强处理。需求加强地基增强设备的研发与建设，在信号弱的区域，建设区域信号增强设备，弥补由于各种原因造成的信号损失，采取信号扩大技术方案，提高定位精度。

（3）系统中复杂数据分析的算法研究。研究大数据存储方案，设计高效率数据存储结构，优化数据解决方案，在此基础上设计合理有效的数据调用流程，以及高效的数据处理算法，使系统具有较强的大数据综合分析与处理能力。

（4）海量数据的云存储与管理方案解决问题。研究云存储设备，加强网络数据管理能力，设计数据库高效存储算法，解决数据处理瓶颈。同时对大型数据库集群和并发处理技术开展深入研究，应对公共位置服务平台多用户大规模并发访问。

（5）海量空间数据的缓存处理机制研究与实现。详细研究空间位置信息数据特性和数据缓存原理，开发一套效率高、运行稳定的缓存数据访问机制和软件功能模块。

五、结束语

开展全空间、高精度智能位置服务平台的建设，积极提供面向行业应用和公众应用的位置服务，是拓展导航与位置服务产业社会公众认知程度和深化行业应用的最佳途径，也是促进产业可持续发展的必由之路，开发全空间、高精度的智能位置服务平台成为当前亟需解决的问题，具有非常重要的意义。