搭建BDS卫星时空信息综合服务平台的探讨

成夏葳，王小瑞，聂建亮

(1.西安科技大学，陕西 西安 710054；2.国家测绘地理信息局大地测量数据处理中心，陕西 西安 710054)

搭建BDS卫星时空信息综合服务平台的探讨

成夏葳1，王小瑞2，聂建亮2

(1.西安科技大学，陕西 西安 710054；2.国家测绘地理信息局大地测量数据处理中心，陕西 西安 710054)

为了进一步增强BDS服务国民经济和社会发展的能力，针对我国BDS和区域连续运行基准站网建设快速发展的现状，提出以BDS卫星导航定位信息、基础地理信息、遥感影像为基础资源，同时融合多行业多源基础数据，搭建区域BDS卫星时空信息综合服务平台的方法，建立多行业互联互通机制，实现基础资源共享，提升防灾减灾、车辆导航、重大突发事件应急处置、重大工程安全监测等方面的保障服务水平。

BDS；时空信息；服务平台

0 引言

自从北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system，BDS)于2012-12-27正式提供区域服务，并公布BDS信号接口控制(interface control document，ICD)正式版以来，BDS已经在国民经济的各个领域得到广泛应用[1]。本文将基于BDS和区域连续运行基准站网(continuously operating reference station，CORS)建设，利用BDS卫星时空基础数据资源，融合多期空间大地测量数据、多尺度遥感地理信息数据和行业专业数据等基础资源，研究实现区域(省、市、自治区)空间地理信息数据的实时化获取和全覆盖，搭建BDS时空信息与测绘、交通、地质、气象、环保等行业信息共享的综合服务平台，为区域突发事件应急保障、重大工程建设、交通旅游、民生关爱等信息需求提供应用服务的参考。

1 国内连续运行基准站网建设现状

1.1 国家级基准站网建设现状

从1992年到1998年，国家测绘局与国际机构合作或独立建设了8个国家级基准站，其中有4个站为国际全球导航卫星系统(global navigation satellite system，GNSS)服务站。2000年，中国地壳运动观测网络工程建成25个全球定位系统(global positioning system，GPS)连续运行基准站；2012年，中国大陆构造环境监测网络项目建成260个GPS连续运行基准站；2013年，927一期工程在沿海和岛(礁)上建成50个卫星定位连续运行站；2015年，国家现代测绘基准建设工程建成360个国家GNSS连续运行基准站(其中新建150个、改造利用60个，直接利用150个)[2]。

1.2 区域基准站网建设现状

区域基准站网建设，从2006年广东省建立我国第一个省级基于GPS的CORS站网开始到目前为止，除个别省、自治区外，全国绝大多数省、市、自治区基本建成覆盖全辖区内的省级CORS系统，20多个省级CORS站网已经开始对社会提供服务。近年来，国内不同行业也陆续建立了满足本行业需求的CORS系统。据最新全国基准站调查统计，各地各行业建设的基准站总计有4 500个站左右[2]。

1.3 国内基准站网现状分析

由于国家、地方和行业建设CORS系统的时间早晚不一、技术要求不尽相同，形成目前国内CORS系统缺乏有效监管、安全隐患突出、服务项目单一、相关系统之间不能实现数据共享，存在服务缝隙与服务重叠等问题，影响了系统的广泛性、可用性、拓展性，难以支持信息社会对卫星导航定位服务的潜在需求。

近年来，BDS打破了美国GPS的垄断地位，摆脱我国对国外卫星导航系统的依赖，保证了中国国防和国民经济安全[3]。预计到2020年，覆盖全球的BDS将建成，到时无论是空间信号质量还是导航服务能力都将会有进一步提升[4]。随着具有自主知识产权的CORS管理软件和仪器设备的成熟和批量生产，通过新建和改造现有CORS系统，建设以BDS为主兼容GPS、格洛纳斯(global navigation satellite system，GLONASS)、伽利略卫星导航系统(Galileo navigation satellite system，Galileo)等其他导航定位系统，综合利用互联网、大数据、专用通讯网、计算机等技术，并与行业有机结合，搭建面向多部门多行业服务的BDS卫星时空信息综合云平台的机遇已经到来。

2 平台构架设计

BDS卫星时空信息综合服务平台主要包括1个大数据平台、2个专业子云和若干个核心业务应用系统。具体架构如图1所示。

从图中可知：

1)1个大数据平台，即BDS卫星时空信息、基础地理信息、遥感影像及相关行业基础数据平台；

2)2个专业子云，即BDS卫星时空信息推广服务云、综合业务云；

3)若干个核心业务应用系统，即突发事件应急管理平台系统、地质灾害动态监测平台系统、大坝变形实时监测平台系统、车辆导航与管理平台系统、生态环境保护监测平台系统、大气监测测绘支撑平台系统及其他行业平台系统。

2.1 BDS卫星时空大数据建设构架2.1.1 BDS卫星时空大数据建设

1)BDS卫星时空基础数据资源建设。利用国家、地方及行业资源，完善和拓展BDS卫星时空信息服务，保证BDS卫星时空信息数据的完整性、可靠性、现势性；对BDS基准站数据资源、地理信息资源、遥感影像资源进行标准化、规范化整理，并将原始观测数据及相应成果入库。

2)利用BDS卫星基准站系统资源，获取高精度实时差分或位置信息，得到cm级至m级导航定位信息，结合不同尺度、不同分辨率的遥感影像、地理信息数据，实现区域空间地理信息数据及时更新与完善，建立区域全覆盖空间地理信息数据资源库。

3)收集整合多期测绘、地质、气象、交通、地震、生态环境等部门基础资源，建立行业亟需的高精度似大地水准面、地面沉降等基础模型，提高外业工作效率及地面沉降灾害防治与预防能力。

2.1.2 行业部门数据获取

行业数据资料获取的内容如表1所示。

表1 行业部门相关数据

2.2 BDS卫星位置信息平台系统2.2.1 高精度精密静态定位模块

利用BDS定位技术能够提供mm级至m级精度的静态定位技术，搭建不同用户精度要求的精密静态定位模块，实现事后精密定位服务；开发在线精密定位自动解算功能，为用户提供方便快捷的数据处理服务，降低野外作业成本。

2.2.2 高精度精密动态定位模块

1)基于分布均匀的区域BDS基准站，采用网络RTK技术实现运动载体实时定位与导航；利用高精度区域电离层延迟模型，提供单频实时cm级动态定位服务，降低精密动态定位的经济成本。

2)利用BDS基准站，使用动态相对定位技术实现运动载体精确定位，为用户提供可靠的dm级甚至cm级位置与速度信息。

2.2.3 与基础地理信息、遥感影像融合产品模块

1)BDS卫星时空位置信息与基础地理信息结合，为车辆用户提供可靠的导航信息，为特殊车辆管理部门提供精确的车辆运动轨迹，以便对特殊车辆实时监管。

2)BDS卫星时空位置信息与基础地理信息、遥感影像融合，为突发应急事件处置、重大工程规划设计、抗震救灾等需要提供关键基础信息。

3)利用BDS能够在不同用户终端之间发送类似手机短信形式的短报文[3]功能，结合基础地理信息，用于山地、森林、海上等移动网络无法覆盖地区的救援工作，确保野外人员安全。

2.3 突发事件应急管理平台系统

基于BDS的数据采集、传输、存储、计算、分析，以及地名地址的快速定位服务功能，建立应急预案数据库，为突发事件提供应急预案措施，为相关对象提供快速、实时、高精度位置信息，结合遥感影像、地理信息数据等多源信息，对突发事件做出快速、及时、高效的响应。

平台系统包括：基础设施层、软硬件平台层、数据支撑层、共享与交换服务层、认证层和业务应用层。

2.4 地质灾害动态监测平台系统

利用BDS的监测技术，在已有地震、地质、气象、水文观测设施的基础上，根据地质灾害监测需要，布设BDS基准站、水准、重力并置监测网，实现BDS实时监测、水准与重力的定期观测。

通过网络专线或卫星通信将实时获取的高精度、高采样率和实时性的灾害体位移形变信息传送到控制中心。结合地质、水文、气象、遥感等多行业监测成果，分析地质灾害的分布特征及受灾情况，为灾害预防与防治提供可靠的科学依据。对于突发地质灾害的偏远地区，利用BDS提供的短报文功能，保证受灾区与外界通讯畅通，方便救援工作实施。

平台系统功能包括：监测网布设、监测数据实时获取、监测数据库管理、空间分析、防灾减灾辅助决策等。

2.5 大坝变形实时监测平台系统

基于BDS能够提供实时、全天候和精确时间信息的特点，获取大坝监测点的高精度三维坐标时间序列信息；使用精密水准测量大坝监测点的垂直位移量；利用合成孔径雷达(SAR)具备大面积、全天候获取数据的能力，获取大坝及周边地表mm级形变数据[5]。在长期监测数据的基础上，结合其他多源数据进行大坝形变的规律分析及趋势预测；当形变量接近预测形变量时，启动紧急预警。

平台系统功能包括：观测数据实时采集、传输及数据库建立、数据处理分析、实时监测与紧急预警等。

2.6 车辆导航与管理平台系统

利用BDS提供的m级、dm级、cm级动态位置信息，在校车、出租车、公交车、运钞车、渣土车、应急救援车、危险品运输车等车辆上安装BDS导航定位、惯性导航、航位推算等集成定位终端，通过无线网络将车辆位置、速度等信息发送到车辆控制中心，结合道路等基础地理信息数据，为车辆提供相应精度的位置服务，快速规划车辆行驶路线，及时排除行驶过程中的车辆故障问题，实现对车辆安全监控与合理调度，保障车辆行驶安全。

平台系统功能包括：定位终端设备集成、建立监测数据实时传输及数据库、搭建车辆导航监控中心、管理特殊车辆等。

2.7 其他行业平台系统

利用物联网、大数据、云计算等技术把BDS、遥感影像、卫星监测、基础地理信息等基础资源有机结合起来，融合多行业多源基础数据，依靠专业的软硬件实现生态环境、大气环境等其他行业智能化、实时化监测(管理)平台系统，使行业基础观测业务从定性走向定量，从陆地走向海洋乃至全球，从二维探测走向三维立体探测[6-7]，提高生态环境监测、气象灾害预报等行业保障服务能力。

平台系统功能包括：数据收集、传输与数据库建立、数据动态更新、数据处理与分析、辅助决策等。

3 平台建设和应用推广

3.1 建立平台建设管理体制

建立与之相适应的管理体制和运行机制体系，统筹考虑各行业部门和社会大众的应用需求；整合区域乃至全国测绘、地震、气象、国土、规划、交通等行业部门资源，实现地域间、部门间数据共享；进而实现对全国地理空间信息数据的有效统筹和融合，为国家级BDS卫星时空信息综合服务云平台建设和链接区域平台奠定基础。

3.2 做好平台建设试点和推广

平台建设应遵循先行试点、再行全国推广的模式：先行选取典型区域，实行一方搭建、多方支援、多方使用、信息共享，建设能够提供差异化服务，符合区域行业部门和社会公众需求，使用效率高、反应快、信息全、范围广、适应性强的BDS卫星时空信息综合服务平台，然后面向全国迅速推广应用，最终建成满足各方需要的省级和国家级BDS卫星时空信息综合服务云平台。

4 结束语

本文根据我国区域CORS系统建设和应用现状，提出结合BDS导航空间信息、基础地理信息、遥感影像等基础资源，融合多行业多源基础数据，在试点构建区域BDS导航卫星时空信息综合服务平台基础上，加快促进区域、行业CORS系统间通过网络专线互联互通，形成基于BDS的跨地区、跨行业的大规模CORS系统，向多学科融合、海量资源共享、多系统处理、服务范围扩大、服务受众拓展的BDS卫星时空信息综合服务云平台方向发展。实现国家2015—2025年间逐步建成由卫星遥感、卫星通信广播、卫星导航定位3大系统构成的国家民用空间基础设施，满足行业和区域重大应用需求，支撑我国现代化建设、国家安全和民生改善的发展目标。

[1] 吴海玲，李作虎，张玉凤.北斗卫星导航产业发展现状分析[J].卫星应用，2013(4)：8-11.

[2] 陈明，张鹏，武军郦.我国CORS发展与技术应用[J].中国测绘，2016(1)：30-34.

[3] 洪文，林赟，谭维贤，等.地球同步轨道圆迹SAR研究[J].雷达学报，2015，4(3)：241-253.

[4] 孙伟伟，白玉栋.北斗二代系统在测试场超视距通信指挥中的应用[J].全球定位系统，2014，39(4)：46-50.

[5] 李霖，邢小雨，李国忠. 北斗导航系统应用于测绘地理信息服务的标准化技术体系分析[J].测绘通报，2015(3)：6-11.

[6] 曹云昌，夏青，李玲丽.基于北斗导航卫星的大气、海洋和空间监测[EB/OL].(2012-12-26)[2016-05-18].http：//www. scio.gov.cn/ztk/xwfb/104/9/Document/1261893/1261893.htm.

[7] 国家发展改革委，财政部，国防科工局.国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)[EB/OL].(2015-10-26)[2016-05-18].http：//www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbghwb/201510/t20151029_756376.html.

Discussion on building BDS satellite spatio-temporal information integrated service platform

CHENGXiawei1，WANGXiaorui2，NIEJianliang2

(1.Xi’an University of Science and Technology， Xi’an， Shanxi 710054，China； 2.Geodetic Data Processing Center of National Administration of Surveying， Mapping and Geoinformation，Xi’an， Shanxi 710054，China)

In order to further enhance the service ability of BDS for the national economy and social development，aiming at the current situation that the development of China’s Beidou satellite navigation system and the construction of regional continuous operation reference station network are rapid，the paper proposed the method that builds the regional BDS satellite spatiotemporal information integrated service platform by fusing multi-source and multi-industry basic data based on the basic resources of BDS satellite navigation and positioning information，basic geographic information and remote sensing imagery，to establish a multi-industry interconnection mechanism，realize the basic resources sharing，and promote the security service level of disaster prevention and mitigation，vehicle navigation，major emergency disposal and major engineering safety monitoring，etc.

BDS；spatio-temporal information；service platform

2016-07-11

成夏葳(1990—)，女，陕西西安人，硕士生，研究方向为卫星导航定位技术与GIS应用。

成夏葳，王小瑞，聂建亮.搭建BDS卫星时空信息综合服务平台的探讨[J].导航定位学报，2017，5(1)：55-58.(CHENG Xiawei，WANG Xiaorui.Discussion on building BDS satellite spatio-temporal information integrated service platform[J].Journal of Navigation and Positioning，2017，5(1)：55-58.)

10-16547/j-cnki-10-1096-20170112.

P228

A

2095-4999(2017)01-0055-04