湖北省北斗地基增强系统水汽监测数据传输设计

刘梦雨++周若++李俊

摘要：湖北省北斗地基增强系统在不影响原有GPS/Met业务的情况下，在GNSS天线和接收机之间加设信号分发器，加装北斗接收机（和芯星通UR370）与现有系统并置运行。原始数据由北斗中心站收集，并进行实时处理，目前该系统已进入试运行阶段，因此设计数据传输流程是一个非常必要的过程。本文详细介绍了北斗数据采集过程、数据格式，并设计了一个合理的数据传输流程。

关键词：北斗；水汽监测；数据传输

中图分类号：TN927 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）10-0134-02

“北斗地基增强系统”是由国家统一规划建设的以北斗卫星导航系统为主，兼容其他GNSS系统的地基增强系统，采用的地面参考站间距为50-300km，通过地面通信系统播发导航信号修正量和辅助定位信号，向用户提供厘米级至米级精密导航定位和大众终端辅助增强服务。卫星导航技术将通信、地理信息、对地观测有效地结合，正逐步发展为国家的战略性产业，也是当前最具有创新性和生命力的新兴信息产业之一。

2013年1月，湖北省北斗地基增强示范系统建设正式启动，该系统是国家北斗地基增强系统的一部分，也是首个建设的省级示范系统。项目计划省内建设30个北斗示范站，并开展北斗在测绘、气象、交通运输、航道、城市管理共5个行业的示范应用工作。我省的北斗地基增强系统是在不影响原有GNSS/Met业务的情况下，在GNSS天线和接收机之间加设信号分发器，加装北斗接收机（和芯星通UR370）与现有系统并置运行。因此，数据的采集过程与GNSS/MET水汽监测系统类似，由中心站收集所有站点数据，并进行实时处理。目前，系统已进入试运行阶段。

1 数据采集

北斗地基增强系统同GNSS/MET大气水汽监测系统一样，利用全省气象业务通信网络，实现各北斗基站与数据处理中心的数据传输和监控管理，通过业务网或外网实现数据中心的数据产品对用户的分发和共享。北斗数据收集处理中心由数据处理工作站软硬件组成，定时接收、存储、处理和分析各示范站数据，形成基本产品并提供服务。数据处理中心由数据处理工作站软硬件组成，中心站软件由武汉大学卫星定位工程技术研究中心负责开发提供，实现定时接收、存储、处理各北斗基站数据，形成基本产品并提供服务，实现对北斗基站的远程监控管理。湖北省气象局建设一条至武汉大学卫星定位工程技术研究中心的数据传输通信链路，实现数据的实时传输。

2 采集数据格式分析

目前我省接收的北斗原始数据由中心站实时处理为气象观测所需的RINEX格式数据，包括观测文件（O文件）、北斗星历文件（C文件）、GLONASS星历文件（G文件）、GPS星历文件（N文件）。这四个文件每半小时打包成一个zip文件存储下来。

2.1 气象数据文件的匹配

由于我省北斗地基增强站并没有另外配备三要素气象仪，为了方便水汽数据的解算，对安装了地面自动气象站的台站还应增加匹配气象数据。

2.1.1 匹配的过程

从地面自动气象站相应资料中挑出本站气压、瞬时气温、湿度记录为缺少这三项气象要素的北斗站配上相应的匹配气象文件，并在该文件中将这三项气象要素写成RINEX格式。其中，如果本站气压传感器同GPS天线相位中心存在高度差，须把本站气压进行高度订正到GPS天线高度。

2.1.2 气象数据文件格式

气象数据文件仍然为RINEX格式，使用ascii编码存储，分为文件头记录和数据，每行不多于80个字符。

（1）文件头记录。包含了文件的版本、类型，文件生成的程序和版本、日期，气象要素的个数和相应的代号，传感器名称、型号和精度，气压传感器位置（以地心坐标表示）和高度，文件头结尾标志（END OF HEADER）。（2）数据行格式。数据行共有九组数据，前六组为时间（年月日时分秒），是整数，每组占两位，第一组若无十位数的补零；后三组为气象要素（压温湿），为浮点数，每组占八位，一位小數。

2.2 数据存储的规则

数据按照如下规则存储：

..＼*＼yyyy＼dd＼MM＼*dddHmm.yyx

其中：*：由字母和数字组成的站名，在建站时由建设单位命名。yyyy：为四位年份代码，如2017代表2017年；dd：为两位月份代码，如08代表8月；MM：为两位日期代码，如06代表6日；*dddHmm.yyx：参见2.1的说明。

2.3 压缩数据文件命名

如按照国内交换资料的文件命名规则，数据上传时可能为如下长文件名命名方式：

Z_UPAR_I_IIiii_yyyymmddhhMMss_O_BD.rnx.zip

Z：为固定编码，表示国内交换资料；UPAR：为固定编码，表示高空观测的大类代码；I：为固定编码，为观测站点代码IIiii的指示码；IIiii：表示观测站点的区站号；yyyymmddhhMMss：表示观测数据文件开始记录的时间（UTC，分别为年月日时分秒），取自观测晚间中的O文件第一行中的观测时间。O：表示观测资料；BD：表示北斗（地基）观测资料；rnx：表示文件为RINEX格式；zip：为压缩文件扩展名。

3 水汽监测数据传输流程

3.1 数据传输流程

北斗已建站点数据由北斗中心站收集并进行实时处理，转化成RINEX格式，每半小时打包一次，按照既定的格式和规则存储在中心站上，数据传输流程如图1所示。

3.2 数据的处理

数据处理流程图2所示，数据处理服务器上程序按照以下流程，处理原始数据，并将处理后的数据上传：（1）将存储在数据处理服务器上的原始文件解压至同一目录。（2）下载与原始文件对应时次的自动气象站数据，转化为RINEX格式。（3）将以上两部分文件重新压缩，并按照规范命名。（4）传输压缩文件至通讯网络省级节点。（5）定时将文件分发至用户，并记录传输日志。

4 结语

20世纪80年代后期以来，大气科学家开始研究利用GPS卫星信号穿过地球大气层时的延迟量来反演大气温度、湿度和气压等气象要素，因其具有高精度、全天候、不用定标和使用成本低廉等诸多有点，很快发展成为一种全新的探测大气的技术，显示出广阔的应用前景。目前GNSS/MET水汽监测应用在我国也日臻成熟，而我国的北斗定位导航系统相对起步较晚，基于北斗数据的水汽监测应用才刚刚开始，我省建立的北斗地基增强系统也是走在全国的前列，本文正是基于这样的背景，介绍了北斗水汽监测数据的传输方式，为数据应用提供参考。

参考文献

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[2]杨徉，潘树国，汪登辉，喻国荣，王胜利.北斗地基增强系统软件（EarthNet2.0）及其应用[J].测绘通报，2014，（10）：46-49.

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