城市CORS系统数据保密处理的一种方法

程宝银，褚建春，陆建华

(苏州市测绘院有限责任公司，江苏苏州 215006)

1 引言

随着卫星定位连续运行参考站系统(CORS)的不断推广应用，我国已经建成了国家、省、市级和行业级各种不同规模的CORS系统［1］。CORS系统原始测量所得到的是WGS－84等协议地球坐标系下的三维坐标信息，而我国所使用的是平面和高程测绘基准相分离的体系［2］:平面采用国家坐标系统或城市独立坐标系统，高程则采用的是正常高系统。这之间必然就涉及基于CORS系统的平面坐标与高程系统的转换参数问题［3］。CORS系统的这些坐标数据和相关转换参数涉及国家秘密［4］，同时系统需要连接互联网才能提供服务，为了实现涉密数据与互联网的物理隔离，有必要对系统数据及相关参数进行保密处理。

2 基本原理

城市CORS系统中需要使用的涉密数据和相关参数主要包括:参考站的 CGCS2000坐标、国家CGCS2000坐标系与城市坐标系之间的相互转换参数、似大地水准面数据等。根据国家相关保密要求，这些数据不能直接应用于CORS系统，需要对其进行保密处理。保密处理的基本思路是:将参考站的CGCS2000坐标进行变换处理，同时根据参考站的城市坐标和城市似大地水准面数据，求取相应的坐标转换参数和高程补偿数据，在城市CORS系统中使用处理后的坐标、转换参数及高程补偿数据，原则是要满足用户得到的城市坐标和高程是正确的。

3 技术路径与步骤

城市CORS系统参考站坐标、转换参数及城市似大地水准面保密处理的技术路径如图1所示，具体实现的方法与步骤如下。

图1 CORS系统保密处理技术路径

3.1 假CGCS2000坐标及相应参数计算与应用

(1)任意假设一组“保密处理七参数”(平移参数△X、△Y、△Z，旋转参数 εX、εY、εZ，尺度参数 m)。

(2)根据所设定的“保密处理七参数”，采用空间转换模型布尔沙(Bursa)模型，将参考站的CGCS2000坐标进行空间坐标转换后得到一套假的空间坐标(以下简称“假CGCS2000坐标”)，转换模型如下:

式(1)中，尺度变化参数为m:平移变化参数为△X、△Y、△Z;旋转参数为 εX、εY、εZ。

(3)根据参考站的假CGCS2000坐标和城市坐标，采用七参数法，求取假CGCS2000坐标与城市坐标之间的相互转换参数(以下简称“假七参数”)。

(4)CORS系统运行时，参考站使用假CGCS2000坐标，转换参数使用假七参数。RTK用户获得的空间坐标为假CGCS2000坐标，系统将根据假七参数，实时计算出城市坐标播发给用户。

3.2 高程补偿数据计算与制作

为使RTK用户能够实时获得正常高，需要制作与假CGCS2000坐标相匹配的高程补偿数据。在假CGCS2000坐标系下，CORS系统中正常高h可按下式计算:

其中，H假为假CGCS2000坐标的大地高，即RTK用户外业采集得到的大地高。d为假CGCS2000坐标与CGCS2000坐标的大地高之差。ξ为CGCS2000坐标相对应的高程异常。将d和ξ相加，这个值称为用户高程补偿D。

CORS系统中，用户高程补偿数据计算与文件制作步骤如下:

(1)在假CGCS2000坐标系下，参照城市似大地水准面精化数据的分辨率，将城市似大地水准面精化数据覆盖区域划分为若干个格网。

(2)根据“保密处理七参数”，将格网点的假CGCS2000坐标转换为CGCS2000坐标，并计算出每个格网点上假CGCS2000坐标与CGCS2000坐标的大地高之差d。

(3)根据格网点的CGCS2000坐标，采用城市似大地水准面精化数据(软件)，计算出每个格网点的高程异常ξ。

(4)将上述第(2)、(3)步中获得的每个格网点的d和ξ相加，即得到了每个格网点的用户高程补偿D。

(5)将格网点的假CGCS2000坐标数据和用户高程补偿D，制作成CORS系统中TTG软件所需的geo．xml文件和und．xml文件。CORS系统将根据这两个文件，实时内插出RTK用户的高程补偿并计算正常高，再将正常高播发给用户。

4 实例与精度影响分析

4.1 工程概述

2006年～2008年，为了满足现代城市地理空间框架建设的需要，苏州市完成了现代测绘基准体系的建设，建立了覆盖全市域 8 488 km2的高精度GPS控制网、二等水准网和厘米级似大地水准面。2011年，在苏州市现代测绘基准体系的基础上，进一步整合建设形成了“苏州市空间定位信息服务系统”，简称SZGNSS－CORS系统。SZGNSS－CORS系统为覆盖苏州全市域 8 488 km2及周边区域的高精度、全天候、实时连续运行的GNSS卫星定位服务系统，系统由8个参考站(如图2所示)、两个控制中心及数据通信网络构成。考虑到数据保密的要求，SZGNSS－CORS系统采用本文方法对参考站的坐标数据、相关转换参数和厘米级似大地水准面进行了保密处理。

图2 SZGNSS－CORS系统参考站分布图

4.2 SZGNSS－CORS参考站坐标及相关参数的保密处理结果与分析

(1)参考站假CGCS2000坐标与CGCS2000坐标的保密处理结果

考虑到参考站假CGCS2000坐标与CGCS2000坐标的差值不宜过大，过大的坐标差值会导致RTK初始化速度变慢(甚至无法初始化)，因此采用本文方法对SZGNSS－CORS参考站坐标进行保密处理时，各参考站假CGCS2000坐标与CGCS2000坐标在X、Y、Z方向的差值控制在 1 m～3 m左右。

(2)坐标转换参数的保密处理结果检验与分析

根据参考站的假CGCS2000坐标和苏州坐标，采用七参数法，求取了假CGCS2000坐标与苏州坐标之间相互转换的假七参数。

采用假七参数，将苏州全市域140余个GPS点的假CGCS2000坐标转换为苏州坐标。将转换后的苏州坐标与原苏州坐标进行比较，其中最小较差为0.01 mm，最大较差为 0.32 mm，平均较差为0.13 mm。该结果表明，参考站坐标及转换参数保密处理方法可行，对CORS系统精度的影响可忽略不计。

4.3 苏州市厘米级似大地水准面的保密处理结果与分析

(1)似大地水准面的保密处理结果

在假CGCS2000坐标系统下，将苏州所处区域(北纬30°30'～32°30'、东经119°30'～121°30')，按 1'的间隔划分为120×120个的格网，则格网共有121×121个角点，并采用本文方法求解出每个格网点的用户高程补偿D。将格网点的假CGCS2000坐标数据和用户高程补偿D，制作成CORS系统中TTG软件所需的geo．xml文件和und．xml文件。由CORS系统根据这两个文件，实时内插出RTK用户的高程补偿并计算正常高。

(2)似大地水准面的保密处理结果检验与分析

在假CGCS2000坐标系统下，将苏州所处区域的每个1'×1'的格网中随机地抽取一个点，共 14 400个点，其中在似大地水准面数据有效覆盖区域的共8 791个点。

将保密处理后的似大地水准面数据，制作成天宝TGO数据处理软件能读取的似大地水准面模型，以双线性拟合内插方式求解这 8 791个点的正常高，并将其值与由CGCS2000坐标计算得到的正常高进行比较，比较结果统计如表1。比较结果表明，对似大地水准面数据进行的保密处理方法可行，对似大地水准面精度的影响可忽略不计。

似大地水准面保密处理结果检验统计 表1

4.4 系统测试精度统计与分析

在SZGNSS－CORS系统覆盖范围，选择了均匀分布的50个B级GPS点(与二等水准点共点)作为测试点，测试点的观测、处理方法按照三级GNSS RTK控制点的要求进行。经统计，SZGNSS－CORS系统的平面外符合精度为±1.9 cm，高程外符合精度为±3.6 cm，均满足规范要求。为了进一步评价SZGNSS－CORS系统的精度水平，收集了国内其他城市CORS系统的外符合精度数据，统计如表2［5～11］。根据与统计结果的比较，SZGNSS－CORS系统的外符合精度与国内其他城市CORS系统的外符合精度基本处于同一水平，由此可见，SZGNSS－CORS系统数据及参数的保密处理对系统精度无显著影响。

国内其他城市CORS系统外符合精度统计 表2

4.5 保密处理的现实意义

分析实例数据可知，经过保密处理后的参考站坐标数据，X、Y、Z三个坐标分量均与其真实值之间存在1 m～3 m左右的非线性差值;似大地水准面的高程异常数据经过保密处理后与其真值也存在0.5 m～1 m左右的非线性差值;CGCS2000坐标与地方坐标系的转换七参数经过保密处理后也与真七参数不同。

实际工作中，CORS系统使用的参考站坐标为假CGCS2000坐标，使用的七参数为假七参数，使用的似大地水准面模型数据为保密处理后的似大地水准面数据。通过假CGCS2000坐标、假七参数与保密处理后的似大地水准面数据的换算，实现了地方坐标系平面坐标及高程的无损获取，但用户无法获取也无法推算出CORS参考站的真CGCS2000坐标、及其与地方坐标系转换的真七参数、真似大地水准面精化数据。从而实现了涉密数据与互联网的物理隔绝。

5 结语

经过多年的应用及分析研究，使用本文方法对CORS系统的参考站坐标及转换参数、似大地水准面数据进行保密处理后，对CORS系统的运行、RTK用户的使用及成果精度无显著影响。该方法在SZGNSSCORS系统中已得到实际应用，在不影响系统运行性能和精度的前提下，实现了涉密数据与互联网的物理隔离。CORS系统保密管理是近年来测绘成果数据保密工作面临的一项新任务，本文所述方法是对CORS系统保密管理的一次探索和实践，可以为CORS系统的保密设计和管理提供一些参考。

［1］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．

［2］ 陈俊勇．建设我国现代大地测量基准的思考［J］．武汉大学学报·信息科学版，2003(S1):6～11．

［3］ 杨光．基于CORS平台的三维坐标在线转换系统［J］．测绘通报，2008(11):10～13．

［4］张黎，蒲德祥，夏定辉等．CORS系统实时地方坐标测量的保密模式研究［J］．城市勘测，2010(4):90～92．

［5］ 邹俊平．上海市VRS系统建设及应用［R］．上海:上海市测绘院，2009．

［6］ 张西军，唐卫明，曾广鸿等．广州市CORS系统实时动态定位精度测试［J］．测绘信息与工程，2008，33(5):6～7．

［7］ 朱照荣，汪胜国．北京市VRS的测试及精度分析［J］．岩土工程技术，2007，21(5):226 ～228．

［8］修洪玉．哈尔滨市连续运行双星导航服务系统建设及研究［J］．城市勘测，2009(6):42～45．

［9］刘成宝，牛守明，刘曦灿．济南市连续运行卫星定位服务系统测试及分析［J］．城市勘测，2010(2):68～70．

［10］刘忠，张周平，秦宽．西安咸阳连续运行卫星定位综合服务系统建设［J］．城市勘测，2009(6):46～48．

［11］刘鹏程，戴建清，傅文彬等．长株潭GNSS连续运行参考站系统［J］．城市勘测，2008(6):22～25．