卫星导航定位基准站网调查分析与发展思考

陈 明，武军郦

(1.国家基础地理信息中心,北京 100830；2.武汉大学 测绘学院，湖北 武汉 400079；3.导航与位置服务国家测绘地理信息局重点实验室，北京 100830)

0 引 言

卫星导航定位基准站是国家空间基础设施的重要组成部分，是对卫星导航信号进行长期连续观测，获取取观测数据，并由通信设施将观测数据实时或定时传送至数据中心的地面固定观测站。基准站数据经分析处理并形成差分修正信息，可以大幅提高卫星导航定位精度，为国土、测绘、交通、海洋、气象、地震等行业提供高精度位置坐标和相关服务。

为更加全面地掌握我国基准站建设应用情况，更好地服务经济社会发展，有必要对我国基准站进行调查并对其现状和存在的问题进行分析评估。基准站评估分析有利于我国基准站建设、运维、服务等各环节规范化运行，消除现实存在的安全风险，并促进基准站科学规划、有序建设、保障安全、高效利用，为经济社会发展提供更有力支撑。

1 调查范围

全国基准站调查的范围包括国务院各有关部门、各省（自治区、直辖市）、各企事业单位和社会组织在我国境内建设的各种用途的基准站，调查统计时间为2015年10月。调查的内容主要包括基准站的位置、权属、设备、网络传输等情况，以及基准站组网运行后的站网规模、服务区域、数据中心网络、系统软件、应用服务等。

2 调查结果分析

2.1 基准站（网）数量

基准站网是由若干个基准站、数据中心及数据通信网络组成，用于维持和更新国家和区域地心坐标参考框架，提供数据、定位、授时及其他服务的系统。本文中将至少包含3个基准站并可独立进行数据处理和应用服务的系统称为基准站网，其他未组网运行的基准站为单基准站。据统计，截止到2015年10月,我国境内共建设运行了4 579个基准站，其中3 578个基准站组成了222个基准站网运行，1 001个基准站为单基准站。

从我国基准站的总体建设规模上分析，我国基准站数量在世界上可排在前列。与英、美、德等发达国家相比，从站点数量、站点密度和平均站间距等方面看，我国均已达到较高水平。但是我国基准站网的资源整合利用率较低，应用的广度和深度与上述发达国家尚有一定差距。

2.2 行业分布

基准站建设应用分布在各行各业，基本上所有国家基础设施建设相关的行业都有涉及，很多企业也自主建设了基准站网。据统计，在基准站建设的各行业中，测绘地理信息部门共建设和管理运维了51%的基准站，是建设基准站数量最多的部门。其他行业包括国土、气象、地震、规划等，具体各行业建站数据见表1。

表1 基准站建设行业分布Tab.1 The industry distribution for reference stations construction

2.3 设备类型

2.3.1 设备国产率

GNSS接收机是基准站的主要组成部分和关键观测设备，本文主要对GNSS接收机进行统计分析。据统计，目前我国基准站安装的GNSS接收机品牌包括36种类型，其中进口品牌的GNSS接收机占总数量的63%，国产品牌为37%，两者比例约为5:3。分析其原因在于：国产品牌的接收机起步较晚，其性能、稳定性以及服务管理软件的研发积累时间较短，造成目前国产相对进口品牌占有率较低。但是近几年国产GNSS接收机厂商在北斗芯片研发、接收机定位精度、设备稳定性以及软件系统研发等方面不断进步，市场份额逐步接近并超越进口设备。

2.3.2 北斗系统兼容性

北斗卫星导航系统已逐步组网完成，我国也出台了相关文件促进北斗系统的应用推广。据统计，我国基准站所配备的GNSS接收机中支持北斗系统约占42%，不支持北斗系统的约占58%。分析原因在于：虽然我国主流国产GNSS接收机设备基本支持北斗系统（主要包括南方测绘、中海达、上海华测、和芯星通、上海司南等），但多数早期安装的进口GNSS接收机设备不支持北斗系统，造成支持北斗系统的站点不到总数的一半。不过进口设备厂商纷纷加大了对北斗系统的研发力度，几家进口设备厂商的最新型GNSS接收机如Trimble NETR9、Leica GR25和GR30等也均支持北斗系统。另外，各基准站网近年来也陆续启动了基准站优化升级或北斗地基增强系统改造建设等工程，兼容北斗系统的基准站比例会逐步加大。

2.4 数据传输网络

数据传输网络系统是基准站的重要组成部分，是实现基准站数据传输和监控管理等任务的重要保障。基准站网在数据传输和发布环节的安全防护十分重要，如果不加强对数据传输网络前后两端的安全管理，可能对国家安全造成潜在的威胁。据统计，我国27%的基准站通过互联网或无线网络方式传输观测数据，59%的基准站网通过互联网下载精密星历、钟差数据，93%的基准站网通过互联网、无线通信网络向外播发差分改正数据。

各省级和国家级基准站数据传输渠道基本采用了专网方式，即在数据传输网络专线上构建IPSec VPN隧道，用商用密码加密保护后传输至数据中心，专网具有较高的数据安全性。部分市县级基准站网、大多数单基准站则采用了互联网、无线通信网络、网线直连等方式，这种方式使得基准站数据传输网络与互联网之间无必要的安全措施及安全防护设备，任何一个能够接入互联网的设备和终端，一旦获取到了基准站的网络地址、端口号以及密钥等信息，均可获取到基准站观测数据和成果，存在一定的安全隐患。

2.5 数据中心软件

数据中心是基准站观测数据的集散地和网络传输的中枢，也是运维监控中心和应用服务中心，数据中心的站点管理、运行监控、数据解算、应用服务等各类功能是通过数据中心软件实现的。据统计，我国基准站网数据中心软件主要包括6种进口软件和9种国产软件，其中进口软件包括GPSNET、PIVOT、Spider、TOPNET(+)等，管理了54%的基准站网和67%的基准站；国产软件包括NRS、ZNetCaster、ZNETVR、CRNET、APIS NET、FOIFNET等，管理了46%的基准站网和33%的基准站。分析其原因在于：国产软件多用于中小规模的基准站网和单基准站，而大多省级基准站网数据中心软件采用了进口软件，从侧面表明国产软件在系统稳定性、电离层改正算法、管理功能完备性等方面与国外软件尚有一定差距。

3 存在的问题

3.1 数据传输和服务存在安全隐患

目前部分基准站网和大多单基准站，其基准站数据传输、数据服务分发采用互联网或基于互联网的无线通信网络方式，存在数据被非法获取的安全隐患。部分基准站网和单基准站的数据中心和互联网之间没有采取相应的安全措施及安装防护设备，可以直接与互联网互联互通，存在成果外泄的安全隐患。另外，个别基准站网系统内嵌入了区域似大地水准面精化模型和坐标转换参数，不满足安全要求。

3.2 安全管理制度不健全

基准站网安全管理制度涉及管理人员、机房场所、设备管理维护、用户登记、数据保密等制度。部分基准站网和大多单基准站，没有建立相应的安全管理制度，基准站网的数据安全、用户管理等工作不规范。

部分基准站网及大部分单基准站在涉密测绘成果管理制度不健全，部分单基准站无相应的机房及管理设施。部分单基准站电脑未安装病毒安全防护软件，数据中心服务器和涉密计算机没有登记备案并粘贴涉密标识。

3.3 用户管理不规范

部分基准站网的用户审批、注册、管理不到位，存在较多漏洞，多数单基准站没有建立用户注册登记使用台账，用户管理不到位，登记记录缺失。在提供基准站数据分发服务时，未与用户办理注册、审核、备案等相关管理手续；多数单位在提供服务时，没有对设备和用户账号进行关联性管理，存在注册用户账号数多于设备数量的情况。

3.4 数据安全意识不足

部分单位对基准站及数据中心安全不重视，数据保密意识有待加强。部分单位，尤其是丙级以下测绘资质或县级管理单位，由于对技术、设备的不熟悉，管理者和用户的安全意识均较为淡薄。

3.5 基准站运维管理无序

部分基准站网和单基准站运维单位对基准站安全认识不足，将基准站网运维管理交于基准站设备供应商，或经常授权设备供应商的技术员实施远程操控进行基准站服务器计算机里的用户管理和系统维护，甚至部分单基准站直接通过互联网将站点数据传输到设备厂商云平台进行托管服务，导致自身无法对基准站数据进行管控并存在数据泄密和对外任意播发的安全风险。

3.6 基准站网运维服务专业人员缺乏

部分基准站网和大多单基准站缺乏专业的管理技术人员。基准站管理人员在基准站网维护与服务管理等方面缺乏相关的基本专业知识。部分基准站的管理部门是国土资源局测绘科室负责，实际管理、使用和维护由下属单位承担；也有些单位委托设备供应商负责设备维护管理。专业人员缺失造成了权责不清，也存在安全隐患。

4 几点思考

4.1 加强基准站网系统监管评估

我国各行业在基准站建设初期都会对软硬件系统进行性能评估，但由于目前国内没有统一的安全评估要求和监督管理机构，缺乏有效的监管，造成大多基准站没有进行信息安全评估。无论进口还是国产的软硬件系统，通常都有不完善的地方或存在安全漏洞，有些甚至会人为设置“后门”或后台进程。针对这种对软硬件缺乏有效监管和评估的情况，应加强对基准站网系统的监管评估，消除基准站网数据成果应用的安全隐患。

4.2 加强基准站网数据成果资源整合

由于没有整体规划，各行业部门、各地区建设前没有进行有效沟通，信息无法有效共享，造成我国各基准站系统彼此独立，在技术和服务层面也难以形成很好的衔接。针对上述问题，应搭建全国基准站备案管理系统和全国基准站数据交换和共享平台，实现全国基准站信息和数据交换共享，各类数据汇集、整网处理、数据共享和成果发布，实现全国站网数据资源的高度融合。切实解决基准站建设和服务混乱无序等问题，加大资源整合力度，推动基准站建设和应用更好地服务于经济社会发展和国家安全需要。对于在已有基准站旁再行新建，以及部分城市和地区建站密度已饱和的情况，应通过改造、利用等方式实现相关应用，而不再新建基准站以免资源浪费。

4.3 加快自主软硬件研发

由于国产品牌的接收机相对进口品牌起步较晚，在设备稳定性、服务管理软件研发等方面仍存在一定差距。随着北斗卫星导航系统的推广应用，以北斗为主体、兼容其他GNSS卫星的多系统集成成为当前基准站建设的重要任务。我国在建和已建成的关系国计民生的重要领域和重大工程应使用兼容多系统的国产品牌设备，并逐步推进我国所有基准站实现多系统兼容。此外，应推动我国自主品牌厂商对卫星导航核心基础产品升级，促进高性价比的导航、授时、精密测量、测姿定向等通用产品规模化生产。支持国产软硬件厂商加快突破核心芯片、软件和高端产品的发展瓶颈，着力提升芯片设计水平和制造工艺，提高芯片集成度，降低能耗。推动骨干企业和科研院所加大北斗基准站网软件的研发力度，打破国外厂商在基准站网软硬件技术领域的垄断现状，整体推动我国测绘装备国产化和测绘产品国际化进程，为推动北斗卫星导航系统的产业化进展奠定基础。

4.4 推动基准站网标准体系建设

当前基准站网存在的突出问题是如何加强对新建和已有基准站的统一监督管理以及保障数据安全，统一标准、统一监管有利于维护基准站的安全性、可靠性和广泛的适用性，是促进相关产业健康发展的必要前提，更是维护国家安全的有力保障。为此，应统筹考虑基准站系统建设、运行、服务、管理、质量等各方面对标准的需求，构建系统科学、开放兼容、完整协调的卫星导航定位基准站标准体系，提出急需制修订的标准，为统一的标准制修订计划提供依据，以协调基准站建设、规范监督管理、保证服务质量、保障数据安全。标准体系框架如图1所示。

图 1 卫星导航定位基准站标准体系框架Fig.1 The standard system framework for reference stations by using GNSS

目前已发布了《全球导航卫星系统连续运行基准站网技术规范》1项国家标准和《全球导航卫星系统连续运行基准站网运行维护技术规范》等2项测绘行业标准，在研的有《卫星导航定位基准站网与安全管理要求》《卫星导航定位基准站网服务规范》等10项国家标准和《卫星导航定位基准站接收机产品规范》等2项测绘行业标准。在基准站标准编制过程中，应注重各项标准之间的内容协调性和技术指标一致性，搭建卫星导航定位基准站标准示范平台，用于测试验证各项标准的适用性。另外，应推动基准站军民标准通用化和资源共享，制定安全领域的强制应用标准。按照“科学规划、资源共享、促进发展”的原则，统筹考虑并满足各行业、各领域对基准站的建设和应用需求。

4.5 拓展社会化应用服务创新

虽然我国卫星导航定位基准站建设数量已达到国际先进水平，但是基准站的利用率仍然与发达国家有所差距。据统计，目前我国基准站网应用范围仍主要在坐标框架维护更新、高精度导航定位等领域，相对而言社会大众应用和衍生应用开发不足。因此，我国应结合新一代信息技术发展，创新卫星导航定位应用服务模式，加强卫星导航与国民经济社会发展重要行业的深度融合，大力推进卫星导航产品和服务在各行业及领域的规模化应用，推进卫星导航与物联网、移动互联、三网融合等广泛融合与联动，积极鼓励开拓新的应用领域。推动形成行业综合应用解决方案，提升行业运行效率，促进相关产业转型升级。以位置服务为主线，创新商业和服务模式，构建位置信息综合服务体系。重点推动卫星导航功能成为车载导航和智能手机终端的标准配置，促进其在社会服务、旅游出行、弱势群体关爱、智慧城市等方面的多元化应用，推动大众应用规模化发展。

5 结束语

近年来，我国基准站的建设和服务发展迅猛，应用范围越来越广，为满足经济社会发展对高精度空间地理信息需求提供了有力支撑，对推动我国的经济建设快速发展起到了积极作用。但由于缺少顶层规划和设计、管理监管力度不足，我国基准站网目前存在着统筹规划不够、法规标准不完善、有效监管缺乏、数据安全存在隐患等问题。因此，我国当前应加强基准站建设应用管理，制定和完善基准站标准体系，建立健全基准站管理和服务动态监管常态化机制，推动基准站网相关软硬件和服务创新，促进基准站科学规划、有序建设、保障安全、高效利用，更好地服务于经济社会发展。