关于全国卫星导航定位服务系统统筹建设的若干思考

2016-12-20武军郦

测绘通报 2016年11期

关键词：基准北斗框架

武军郦，陈明,3

(1. 国家基础地理信息中心,北京100830； 2. 导航与位置服务国家测绘地理信息局重点实验室，北京 100830； 3. 武汉大学测绘学院，湖北武汉 430079)

关于全国卫星导航定位服务系统统筹建设的若干思考

武军郦1,2，陈明1,2,3

(1. 国家基础地理信息中心,北京100830； 2. 导航与位置服务国家测绘地理信息局重点实验室，北京 100830； 3. 武汉大学测绘学院，湖北武汉 430079)

针对目前国家和省级卫星导航定位服务系统建设现状和存在的问题，介绍了全国卫星导航定位服务系统统筹建设的必要性和可行性，重点阐述了当前统筹建设的目标和具体任务，以及系统服务形式、指标等，并提出了系统的总体设计框架。

卫星导航；定位服务；统筹建设；系统构架

当前GNSS技术的发展与应用改变了传统的测量技术手段，综合应用GNSS技术、信息技术、网络技术等建设的卫星导航定位服务系统已成为国家信息化建设的基础设施主要组成部分。国家测绘地理信息系统从1992年开始建设，“十二五”末期在全国范围内形成均匀分布，总体规模360个站，初步构建了基于北斗卫星导航系统的国家基准服务系统；目前已有超过29个省(市)根据自身需求，建设成平均站间距40～70 km的省级卫星导航定位服务系统，站点规模超过3000站。

卫星导航定位服务系统可用于国家坐标框架的建立与维持，但并不局限于测绘地理信息行业，还可面向政府其他部门、企业和社会大众提供导航定位服务。全国卫星导航定位服务系统可满足不同行业用户对高精度、快速、实时定位和导航的要求，为各领域多种现代化信息化管理提供服务，甚至可扩展到健康、商业等行业，进一步壮大测绘地理信息的产业市场。

由于国家和地方卫星导航定位服务系统建设和发展不同步，系统之间站点分布不均匀，发展不平衡，各系统之间彼此独立，不能实现数据共享。通过全国卫星导航定位服务系统的资源整合和规范的运行服务，可构建形成全国融合发展、无缝衔接的卫星导航定位服务系统，协调各个独立的系统成为一个有机整体，面向全国用户提供分米级、米级的实时导航定位服务，可有效解决省级接边和空白区域服务问题，高效发挥国家和省级卫星导航定位服务系统的作用，开拓创新，促进测绘地理信息事业可持续发展。

一、统筹建设的必要性

1. 维持全国坐标框架统一性需要

2008年7月我国启用CGCS2000作为国家法定的坐标系和新一代的大地基准。目前，由于各省卫星导航定位服务系统建立的坐标框架各自独立，起算基准框架不统一。只有通过全国卫星导航定位服务系统的统筹整合，实现全国坐标框架的统一，才能提供高精度、动态、实用、统一的参照基准，提高整体服务水平，扩大服务范围，为地学、空间科学、海洋学、气象学、环境科学、资源开发等领域服务。

2. 解决接边和空白区服务问题的需要

目前全国各省、直辖市、自治区纷纷建设卫星导航定位服务系统，其应用范围和应用对象也逐步扩展到社会的各个领域。但由于各个系统独立建设，相互之间接边所覆盖区域不足，其应用服务得不到保障，甚至出现服务空白区。统筹建设全国卫星导航定位服务系统，协调各个独立的系统成为一个有机整体，可有效解决接边和空白区域服务问题。

3. 高效、充分利用国家资源的需要

各地各部门建设的全国卫星导航定位服务系统主要投资来源为国家财政，但是各个系统之间并无统筹规划，难免存在重复建设、资源浪费的情况。统筹全国卫星导航定位服务系统资源，使各地区和部门的资源充分共享，实现服务的高效性和完整性，在不同的层面如国家部门之间、区域之间形成多方位的服务渠道，从而发挥卫星导航定位基准站作为国家基础设施最大的效能。

4. 促进北斗应用健康发展的需要

当前，国家现代测绘基准体系基础设施建设一期工程正在实施，建设的国家GNSS连续运行基准站兼容北斗系统。随着北斗卫星导航系统的逐步完善和快速发展，通过对全国基准站网统筹协调，统一部署，分步实施，使全国基准站网逐步全面兼容北斗系统，这对于推进现代测绘基准的广泛使用、为用户提供更高精度的北斗导航与定位服务、大力促进北斗系统产业化应用产生显著效果，从而推动我国北斗应用和卫星导航事业持续健康发展。

二、建设目标

全国卫星导航定位服务系统统筹建设总体目标为：构建框架统一、功能完备、分级管理、无缝衔接、服务高效的全国卫星导航定位服务系统，实现中国CGCS2000地心坐标框架的维持与更新，形成覆盖全国的高精度实时导航定位服务的能力，推动北斗卫星导航产业化应用，满足社会大众和行业对导航定位(高精度)日趋增长的需求。

全国卫星导航定位服务系统统筹建设以国家级基准站为核心、地方站作加密，最终实现国家与地方基准站网资源的共建共享，形成更加丰富的数据资源服务于各行各业，尤其在国家重大工程项目中发挥重要的作用，形成职责清晰、服务范围更加合理的全国统一的导航定位服务系统。

三、具体任务

1. 实现站网整体布局优化

全国卫星导航定位服务系统应充分考虑国家、行业及区域应用的需求。国家应在全国范围内规划建设国家级GNSS连续运行基准站，实现与地方基准框架的衔接和统一，充分利用地方和行业资源，维持我国地心坐标系统服务。全国范围基准站网应通过统筹规划、优化布局，国家建设和统筹地方并举，形成东部间距40～70 km、西部间距70～100 km的密度，维持和精化我国高精度的坐标参考框架，实现全国范围内快速、实时的高精度定位服务。

2. 发布统一权威的基准框架

卫星导航定位基准站是CGCS2000坐标框架的骨干和主要技术支撑，是框架中点位三维地心坐标的精度和动态性的保证，是实现国家与地方大地基准统一，以及我国大地坐标系统与全球地球参考系统保持动态联系最主要的技术手段。通过全国卫星导航服务系统建设，汇集全国基准站的数据资源，经过整体数据处理和平差，得到高精度的基准站坐标、速度场和时间序列，可为国内卫星导航定位服务提供统一、权威的国家空间基准框架。

3. 实现全国站网数据资源高度融合

通过全国卫星导航定位服务系统建设，搭建全国基准站数据交换和共享平台，实现国家和地方、行业之间资源共享，各类数据汇集、整网处理、数据共享和成果发布，从而实现全国站网数据资源的高度融合，国家及地方服务能力增强，服务内容、形式和范围不断扩大，也可增强PPP、气象、跨区服务及边缘地带定位等服务。

4. 开展全国站网北斗升级改造

已建国家GNSS连续运行基准站兼容北斗系统，随着北斗卫星导航系统的逐步完善和快速发展，通过全国统筹协调，统一部署，分步实施升级改造，将使全国基准站网逐步全面兼容北斗系统，形成国内规模最大的北斗网，并最终替代GPS系统。同时应考虑通过政策引导，支持各省级数据中心部署国产自主研发的定位系统软件。

5. 实现全国广域分米级实时服务

构建的全国卫星导航定位服务系统将在全国开展广域分米级北斗差分服务，满足不同精度北斗导航定位用户的需求，推进卫星导航定位产业发展，促进和增强北斗导航卫星系统在测绘行业的应用与服务水平，并综合利用地理信息技术和遥感影像资源，为移动定位、车辆导航、互联网地图、智慧城市、地理国情等领域提供位置服务和基础支撑。

6. 实现全国区域厘米级实时服务

构建的全国卫星导航定位服务系统可通过省级数据中心在全国范围内开展区域厘米级实时差分定位服务，满足高精度导航定位用户的需求，为工程测量、国土调查、城市规划、地籍管理、城乡建设、环境监测、防灾减灾、交通监控、矿山测量等多种现代化信息化管理提供服务。

四、系统服务方案

全国卫星导航定位服务系统可提供的服务内容主要包括数据产品服务、广域米级差分定位服务、广域分米级差分定位服务、区域厘米级差分定位服务、事后毫米级定位服务。

1. 服务形式

上述服务内容中，由于服务的具体数据内容不同，服务的形式也有所区别。其中，数据产品服务和事后毫米级定位服务对实时性要求不高，可通过FTP下载或提供技术服务等方式实现。广域米级、分米级差分定位服务和区域厘米级定位服务对实时性要求较高，可采取地基、星基广播的服务方式，区域厘米级定位服务一般通过地面移动通信网络实时播发方式实现。

根据目前的播发资源情况，全国卫星导航定位服务系统数据播发系统可采取地基和星基两种方式。具体的播发手段包括地面移动通信、地面数字广播和转发式卫星通信3种。根据各类播发手段的能力与特点、覆盖范围等因素，对应核实的差分数据产品与服务用户。

在服务覆盖方面，地基播发手段可在目前移动通信网络和数字广播所覆盖的地区，如城市、乡村、道路、峡谷等多种复杂环境下应用。卫星转发播发模式适用于野外或海上开阔环境中，特别是地面移动通信信号没有覆盖或覆盖不好的地区，可以服务于我国大陆和海域。星基和地基播发手段在覆盖性方面可实现优势互补，确保服务的可靠性。具体服务形式见表1。

2. 服务指标

全国卫星导航定位服务系统服务指标见表2。

表1 全国卫星导航定位服务系统服务形式

表2 全国卫星导航定位服务系统服务指标

五、系统构架

根据全国卫星导航定位服务系统目标及任务重点，国家与各省应通过完善的协调机制和运行服务机制，共同构建框架统一、功能完备、分级管理、无缝衔接、服务高效的全国卫星导航定位服务系统，从而更好地为社会发展和经济建设提供高质量导航位置服务。

全国卫星导航定位服务系统包括国家级和省级两级系统。卫星导航定位服务系统从组成内容上划分，由基准站、数据传输网络、国家数据中心、省级数据中心、数据播发网络和用户构成，实现数据采集、数据传输、数据共享交换、数据处理、广域差分服务等功能，系统框架关系如图1所示。

六、结束语

以卫星导航定位基准站为主体的全国卫星导航定位服务系统是建立和维持国家和区域高精度静态、动态、地心、三维坐标参考框架的现代基础设施，是测绘基准体系和地理空间基础框架的核心，是国家空间数据基础设施的重要组成部分，全国卫星导航定位服务系统的建设是实现新一代国家高精度空间基准的重要步骤。通过统筹利用全国各地卫星导航定位服务系统数据资源，建立起基础设施地基稳定、整体分布合理、坐标框架基准统一的全国系统，在全国范围内有利于形成“一张网”，改变原来分散、独立的系统运行模式，使各级卫星导航定位服务系统无缝衔接，实现CGCS2000地心坐标框架的统一、维持和更新，规范系统应用和服务，具备全国范围内高精度、实时定位服务的能力，从而进一步提高测绘基准服务能力，在国民经济建设、社会发展、科学研究、国家安全和国防等方面发挥更加重要的作用。