基于北斗的现代测绘基准数据综合服务平台设计与实现

刘邢巍,许超钤,唐辉,王静,吴国梁

(1.重庆市地理信息中心,重庆 401121;2.武汉大学,湖北 武汉 430072)

0 引 言

随着我国自主研发的北斗卫星导航定位技术的成熟和应用普及,北斗卫星连续运行基准站网成为现代测绘应用热点,既是构成空间坐标框架的基础,也是现代大地测量基准的骨干和技术支持。当前,各地的现代测绘基准体系建设主要集中在北斗CORS网升级改造、似大地水准面精化、数据采集与分发等方面,基准服务方式单一,集成度不高,存在诸如新旧CORS基础设施及软件协同均衡服务问题、用户无法直接通过北斗CORS系统直接得到实际工程建设中的地方坐标和正常高、用户无法通过互联网平台实现测绘活动监控、系统状态查询、缴费、交互等服务问题,难以满足用户对多功能综合型信息化服务体系的需求[1-6]。因此,构建一个基于北斗的测绘基准数据综合服务平台,为用户提供信息化、个性化现代测绘基准服务,对于实际工程应用有着重要的现实意义。

1 总体架构

在原有GNSS连续运行参考站网基础上,构建以北斗为核心的新一代卫星导航定位基准站网络服务系统,更好满足区域坐标基准的建立与维持。在此基础上,结合区域似大地水准面及现有坐标转换模型,建立集高精度、三维、实时、在线、智能化于一体的现代测绘基准综合应用与服务平台,开拓基于北斗的区域现代测绘基准体系应用服务新模式,总体框架流程如图1所示。

2 功能设计

平台功能主要分为四块:系统管理、用户管理、实时服务、事后服务。每个模块的具体功能为:

1) 系统管理。这部分主要用于管理员对系统的各个功能管理的设定,包括GNSS基准站信息管理,多CORS系统均衡服务管理,坐标参数管理,作业区域管理,协管员权限管理,计费管理等。

2) 用户管理。主要用于对各种用户的管理,用户主要分为2类,即WEB用户、GNSS用户。其中WEB用户采用分级管理,不同管理员具备不同权限。该部分主要包括单位信息管理、单位缴费、单位审核、GNSS用户登记、GNSS用户管理、管理员权限管理与分配等。

3) 实时服务。该部分功能用于向用户提供各种实时服务。① 实时地方坐标测量:用于向用户提供实时的地方坐标测量服务,GNSS用户能够直接通过使用该功能实时测得所需的地方坐标;② 实时正常高测量:向用户提供正常高测量服务,GNSS用户通过该功能能够实时测量所需的正常高;③ 实时邮件服务:将系统的各类通知通过邮件的方式实时发送到用户的邮箱;④ 实时短信服务:将系统的各类通知通过短信的方式实时发送到用户的手机。

4) 事后服务。用于向用户提供事后的数据处理服务,包括现代测绘基准数据转换、GNSS观测数据质量检查、IGS产品分发等专业服务。其中坐标转换支持多格式多基准坐标数据,有效地满足了目前我国省、市、区域大量的地理信息基础数据更新的迫切需求。

3 实现方法

网络架为实现满足上述功能的平台,在具体的实现过程中,本平台由网络服务系统、后台数据处理服务程序及数据库组成,网络服务系统用于向管理员提供管理操作和向用户提供便捷的服务,后台数据处理服务程序具备通信、文件传输等功能并自动处理用户所提交的数据,数据库用于数据的存储及备份。平台的开发环境基于Visual Studio 2012,其中利用ASP.NET技术开发了B/S构架的网络服务系统,利用C#编程语言开发了后台数据处理服务程序,数据库则采用SQL Server 2012进行构建。平台采用三层构架(表示层、逻辑层和数据层)的模式,提高平台稳定性、延展性和执行效率,并且便于维护和升级扩展。

根据系统总体功能要求,系统网络结构如图3所示。

4 关键技术

4.1 单通道多系统融合数据实时发布技术

随着我国北斗卫星导航定位系统的启用,部分省、市开展了CORS系统的北斗升级改造工作,改造前数据处理中心采用天宝GPSNet或徕卡Spider等国外软件进行数据处理,因部分国外软件不支持国产北斗设备的接入,且对用户并发量和站点接入数量进行限制,部分省、市改造后需要重新部署国产北斗CORS数据处理软件(如广州南方NRS、华测CPS、中海达ZNetVRS等)[7-10]。为此各省市多套CORS服务软件并存,导致用户难以选择访问端口,当其中一个CORS软件访问量过大时,无法将后续用户递交至另一CORS软件,难以保障实时基准服务的稳定性。该平台实现了单通道多系统融合数据实时发布,解决了国外软件对用户访问量限制导致无法将用户智能切换至其他CORS软件的问题,通过配置多套软件服务的优先级,实现了多套CORS服务软件协同运行,用户只需访问一个IP通道即可完成测量作业,减少了多套服务软件切换为用户带来的不便,提高了软件利用率和服务效率。

4.2 多基准成果实时加密发布技术

针对目前国内CORS系统服务中无法实时为用户提供满足工程需要的地方坐标和高程成果的现状[6],本文采用加密数据流的方式,创建了基于服务器端加密的多基准成果实时发布技术,与其他技术不同的是,该技术无需在终端输入任何参数(如“假参数”)即可实时获取特定基准下的成果。具体技术流程如下:

本文采用基于服务器端加密的实时地方坐标、正常高测量模型,计算出一套有别于真坐标转换参数的假七参数和假投影参数,并将其写入RTCM3.1格式中的1021字段和1025字段,通过RTCM数据流向用户发布,用户选择相应的源节点,在接收机手薄中选择“使用RTCM参数”选项后即可实时测得相应目的坐标系的平面坐标。该方法减少了用户输入参数的环节,简化了操作流程,提高了作业效率。

平面坐标获取中的参数类型如表1所示。

表1 七参数种类说明

为了让用户实时获得地方坐标的同时也获得正常高,还需对虚拟基准站坐标加入相应的高程补偿。具体技术流程如图4所示。

4.3 在线信息化集成服务

平台采用多层次管理与多功能扩充技术,实现了基于北斗的信息化高精度测绘基准关键技术集成服务。平台具备用户分级管理、权限分级配置的功能,实现了用户实时监控、人性化的测绘基准定制服务,以重庆为例,图5示出了平台主界面。平台预留功能扩展端口,为跨行业多领域应用推广提供优质服务。通过访问平台,用户可以基于天地图(互联网地图)实时查看测量作业轨迹,了解作业情况,系统管理员和测量人员可以实时通过短信、邮件等多种方式进行交流沟通,促进了信息化测绘的发展。

5 结束语

本文介绍了基于北斗的现代测绘基准数据综合服务平台设计及实现流程,成果推动了北斗卫星定位技术在现代测绘基准建立与维持中的广泛应用,开拓基于北斗的区域现代测绘基准体系应用服务新模式,实现从单一的“坐标服务”到高精度、统一、实时、在线、个性化、智能化服务模式转变的转变,通过面向城乡规划、应急救灾、交通监测等多个行业的应用服务,形成了具有区域特色的测绘基准综合服务和应用模式。

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