一种基于CORS的位置服务平台设计与实现

摘  要：目前CORS在国内的发展和应用日益成熟，针对跨区域测绘作业不便、软件服务系统无法满足日益增长的位置服务需求等问题，文章提出一种CORS位置服务平台的设计思路，介绍平台结构、功能及各项关键技术，通过平台系统的实现及相关应用测试，该平台系统能达到基准站的资源整合和管理、提高测绘作业效率、为用户提供位置服务等目的，具有一定实用价值。

关键词：CORS;位置服务;系统设计

中图分类号：P208          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）07-0088-03

Abstract： At present， the development and application of CORS in China is becoming more and more mature. in view of the inconvenience of cross-regional surveying and mapping and the inability of software service system to meet the growing demand for location service， this paper puts forward a design idea of CORS location service platform. This paper introduces the structure， function and key technologies of the platform. Through the realization of the platform system and related application tests， the platform system can achieve the purposes of resource integration and management of the reference station， improve the efficiency of surveying and mapping operations， and provide location services for users. It has certain practical value.

Keywords： CORS; location service; system design

引言

卫星导航定位技术的发展与应用改变了传统的测量技术手段[1]，随着我国北斗卫星导航系统的建设及其相关技术的广泛应用，具有兼容多卫星系统、规模大、覆盖广、定位快、精度高等特点的连续运行基准站网（CORS，Continuously Operating Reference Station），已经成为国家信息化建设的基础设施主要组成部分，在基础建设和国民经济生活中的作用日益显著。我国CORS的建设始于上世纪90年代，主要从国家层面的需求出發，建设了一批国家级基准站以及中国地壳运动观测网络、中国大陆构造环境监测网络等专业性的连续运行卫星定位网络。

随着CORS在国内的发展和应用，越来越多的省市、地区、行业加入建设队伍，目前全国30个省已建立覆盖全省的CORS网络，基准站数量达4500个左右。为了进一步整合现有基准站、克服跨区域测绘作业的不便，以及未来深度开发更多贴近日常生活的产品和服务，研究基于CORS的导航应用和位置服务具有一定必要性和迫切性，因此，笔者立足于区域CORS系统，设计并实现了一种位置服务平台，以实现基准站的资源整合和管理、提高测绘作业效率、为用户提供定位和地图服务，同时为未来研究和开发基于全国卫星导航定位基准服务系统的高精度后台服务，提供一定参考。

1 系统设计

1.1 总体结构

CORS位置服务平台系统是基于Internet技术、Access数据库技术、Ntrip技术、C#语言等进行设计的，其核心功能是实现平台与基准站和移动用户的连接及数据流通，整合基准站资源及数据，通过网络向移动用户提供实时位置服务。

系统采用C/S结构，可维护性更高、安全管理更为可靠，逻辑上划分为表示层、功能层和数据层三个层次，如图1所示。其中表示层是平台的用户接口部分，为用户提供简单直观的操作，实现与平台的对话;功能层是平台的核心部分，将各项具体的业务逻辑编入程序，为用户搭建数据交流的桥梁，同时实现各项位置服务功能;数据层主要负责各类数据的读写、存取、管理等，构建后台数据库，以支撑平台各种数据服务。

图1 平台系统结构

1.2 基本功能

（1）网络通讯。考虑到不同类型用户需求不同、使用仪器类别和型号不同，平台基于TCP/IP协议及Ntrip协议，设计建立了多种数据传输链路，主要分为两大类：平台与基站间的数据通讯、平台与移动用户间的数据通讯。具体通讯模式涉及基站主动接入平台上传源信息或实时数据流、平台主动连接已知基站获取实时数据流、移动用户接入平台获取实时数据流、获取源信息表、获取指定源数据流等多种类型。

（2）数据处理。数据处理模块主要于后台运行，对平台获取的数据进行解译、分类存储和管理，其中涉及的数据包括：基站信息、用户信息、数据源信息、观测数据、定位信息、星历文件等。支持不同类型用户的不同需求的数据查询，可利用观测数据进行定位解算、生成差分信息等。

（3）数据播发。通过网络通讯模块，平台能接收用户需求命令及数据资源，同时也能转发或编译差分数据发送给移动用户，提供相应的位置服务满足用户需求，其中RTCM数据的正确编码是关键，平台支持播发RTCM3.1及RTCM3.2格式数据。

（4）用户管理。包括基准站用户和移动用户的管理，实现用户基本信息、属性信息、位置信息等统一管理，并建立平台安全机制保证数据流通的安全可靠性。通过地图可视化，在相应界面可直观显示基站分布及状态、移动用户状态、实时位置等，还可自主选择时段导出历史位置和轨迹。

2 技术设计与实现

2.1 数据传输

平台涉及的GNSS数据传输，通常有专线通讯、虚拟专用网（VPN）通讯以及普通TCP/IP协议通讯三种形式。互联网通讯（TCP/IP协议）作为目前较为成熟且稳定的数据通讯模式，已经被应用到社会生产和生活的方方面面，并且考虑到可以结合专业的Ntrip协议和高质量的数据加密技术，能够实现安全通讯，使用便捷、成本低，用户可以自由控制通讯两端的网络通讯形式及服务内容，所以平台采用TCP/IP协议结合Ntrip协议的形式，搭建兼容Ntrip1.0和Ntrip2.0版本协议的网络通讯模块，建立了平台数据传输链路，将各基准站的数据共享，为移动用户提供直观、便利的位置服务。

2.2 数据处理

通过数据传输，平台系统接收的GNSS数据主要为RTCM3.x、NMEA0183等类型。其中RTCM3.x是一种重要的数据格式，它包含多种电文，例如观测值、三维坐标、基站参数、电离层信息等重要内容[2]，对RTCM数据进行解译并提取有用信息，可作为后续差分信息播发和位置服务的数据基础。而NMEA0183数据主要为移动用户返回的定位信息，系统接收该数据并进行解码，结合地图可视化技术，可实时显示用户位置及定位状态，并可查询用户历史轨迹等[3]。RTCM3.x数据采用24位循环冗余检校码Cyclic  Redundancy Check （CRC），检测误码的能力极强，通过研究其数据层次和结构，实现了平台数据解译和编译模块，是数据处理中的重要组成部分。

数据处理功能中另一重要组成部分是定位解算模块，主要内容为提取观测数据、自动下载卫星星历以及进行定位解算，可用于新增基站坐标确定或临时设站。定位解算采用伪距单点定位的方法，结合基准站近期观测历元数据和后台自动下载的IGU超快速星历，计算站点概略坐标，解算过程中考虑消除卫星钟差、接收机钟差及大气层延迟等误差。

2.3 数据存储

平台中涉及多种信息和数据需要进行存取，包括基站信息、用户信息、数据源信息、观测数据、定位信息、星历文件等。其中观测数据和星历文件以文件的形式存储，基站及用户的信息、基站上传的数据源信息、移动用户的定位信息均采用表格形式存储于Access数据库中，后台通过SQL语言实现查询、存取、新增、删除等操作。为了平台运行流畅、数据管理高效，针对经过解译后的部分数据，设计专门字段和表格重新进行分类存储，例如对基站用户提供的数据源信息，参照Ntrip协议规则，专门设计了特有的表结构便于存取。

2.4 数据可视化

平台的根本目的是要为用户提供位置服务，为了表现直观的位置信息，设计采用B/S结构实现界面窗口的图形显示，使用Apache作为Web服务器、基于PHP技术并结合百度地图JavaScript API开发，呈现以百度地图为底图的基站、用户位置信息以及定位状态等动态可视化视图[2]。其中涉及视图类型主要有：（1）资源总图，显示平台中所有基准站和数据源的分布位置及状态，以颜色变化实时区分链接情况，如图2所示;（2）基站视图，实时动态显示所选基站及与基站连接成功的移动用户位置和状态;（3）用户视图，动态显示所选移动用户实时位置及其运动轨迹。

3 应用测试

3.1 定位精度

平台系统经研究实现和调试修改后，测试了其各项功能及服务性能，均能正常运行。由于平台核心功能是为用户提供位置服务，因此设计了定位精度应用测试，采用相同的基站和流动站接入平台，并进行不同基线长度的RTK测试，验证平台系统的通讯性能和定位精度。定位精度结果如表1：

3.2 快速设站

CORS网络中可能存在服务盲区或者局部服务中断的情况，或当遇到因某些特殊原因急需在没有CORS服务的区域临时补设基站以提供区域内的RTK服务时[2]，可快速设站接入本平台，实现该区域的位置服务。为了验证这一功能，设计了测试对比CORS网服务薄弱区域的RTK服务质量与快速补设基站提供的RTK服务质量。

首先基于GZCORS選取贵州省黔西南州区域内的CORS站点组成区域CORS网，在网内选定测试区域及假设基站的地点，测试区域的选择需具有代表性，能反映出GNSS测量外业作业的实际观测条件，在测试区域选择符合基站架设条件的点位，并作标记。在选取的单基站架设点位上，架设接收机并与CORS网联测，并采用GAMIT/TGO/CGO等后处理软件解算得到该点的精确坐标。将该单基站接入平台系统（使用解算所得精确坐标），利用两台相邻的接收机分别接入平台系统、区域CORS网络，同时进行RTK测试，统计两台接收机的定位精度，如表2。

上表中两种服务均为同时观测1000个历元以上所得结果，可以看出，在区域CORS网内，快速架设的基站通过平台可提供与区域CORS同等精度的RTK服务，当无法接入区域CORS网时，利用平台快速设站提供服务是一种有效的解决办法。测试中，还将架设点位选在区域CORS网外进行了观测，结果表明，在区域CORS无法覆盖的地方，可快速设站并通过本平台提供厘米级定位服务。

3.3 实时路径追踪

通过平台的数据可视化功能，可为用户提供精准的实时定位和路径追踪服务，为验证其有效性和可靠性，设计测试移动用户在不同环境下、不同移动方式下的实时路径追踪效果。测试过程中，将移动用户接入平台获取RTK服务，沿着明显道路或规则形状目标行进（步行、车载等形式），观察平台视图显示的定位情况及视图更新效果和速度。测试结果表明平台用户视图能实时动态显示移动用户的定位和路径变化，但由于不同地区网络信号和质量的影响，会导致信号失锁、路径出现断点。未来若结合高精度的交通道路数据，还可进一步有效应用于车辆调度和车道监控等方面。

4 结束语

随着各省市、各行业建设及应用CORS的需求日益增长，据此研究实现基于CORS的位置服务平台，整合基准站资源、提供更为方便、简洁、大众化的位置服务具有实际应用价值和必要性。本文提出一种基于CORS的位置服务平台设计思路和方法，有效提高CORS基准站的利用和测绘作业效率，为克服跨区域测绘作业的不便提供了解决方法，通过平台系统的实现和测试，验证了其各项功能的运行及其能提供的位置服务精度。

参考文献：

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