HNCORS管理服务与统计分析系统研究

敖敏思，黎晨曦，刘 琼，唐超华，韩 郴

（1.湖南省测绘科技研究所，湖南 长沙 410007）

管理服务系统是连续运行基准站（CORS）中高效的信息化管理手段，也是衔接行政管理部门、运维机构和用户的媒介。现有网络解算软件存在实用性、安全性、交互性不足等问题，各省市级CORS系统多根据自身需求设计开发：甘肃省[1]、河北省[2]、福建省[3]基于Trimble网络解算软件设计了管理服务系统；河南省[4]设计了用户收费管理系统；参考文献[5]、[6]分别探讨了城市级CORS管理服务系统架构和坐标转换等业务功能的实现。

面向湖南省连续运行基准站（HNCORS[7]）两套网络解算软件并行、位置服务与大数据分析需求特征，本文设计实现了HNCORS管理服务与统计分析系统。该系统兼容了现有并行核心网络解算软件，可根据用户类型和行政区域划分功能和数据权限，满足行政管理、运维机构和用户的实时历史位置服务需求，支持位置大数据统计分析，为科学决策奠定基础。

1 系统架构与功能设计

系统包括RTK核心网络解算软件层、数据库采集存储层、系统应用层、外部终端与网络通信层。总体框架如图1所示。

RTK核心网络解算软件层包含Leica Spider和Trimble Pivot软件，其数据库为系统基准站与RTK用户信息来源。利用基准站分配的唯一IP地址，网络解算软件可监测各基准站的网络、数据流状态等实时信息。利用网络解算软件中的RTK位置数据分发模块，可将用户账户、时间、位置以及定位状态等属性分发至目的服务器地址和端口。数据库采集存储层由采集模块和存储文件组成。采集模块将网络层1发送的实时数据保存至数据库或文本文件；数据库文件存储基准站的实时信息、用户信息、基本的统计分析信息和实时RTK位置数据；文本文件存储历史RTK位置大数据。

图1 系统总体框架图

系统应用层包括基准站信息管理发布子系统、用户管理子系统、综合统计分析子系统和RTK用户信息管理子系统4个功能子系统，如图2所示。基准站信息管理发布子系统面向公众用户，用户可利用电脑、手机等终端，以浏览器或手机应用的方式查询基准站网络、位置等信息。RTK用户信息管理子系统面向注册机构、行政管理单位用户和运维机构，可查询权限范围内的RTK账号属性、实时位置和轨迹分析。用户管理子系统面向运维管理人员，可管理各类用户，分配功能属性和数据权限。综合统计分析子系统面向运维管理人员，可对基准站、用户所采集的数据进行统计分析。基准站统计分析指标包括基准站网络延时、数据完整性等；RTK用户数据统计分析包括用户机构的相关属性、账户实时和历史位置的时空分布等。

图2 系统应用层子系统示意图

2 关键技术

2.1 数据库设计与同步更新技术

系统与现有网络解算软件间的数据同步和更新是关键。系统重新定义并设计了数据库表，采用ETL过程模型和KETTLE解决方案[8]实现同步更新。系统设计了基准站信息表、基准站状态记录表等6个数据库表。以RTK账户信息表为例，其结构和数据来源见表1。

表1 RTK账户信息表

RTK账户信息表结构包括账号属性和注册信息，账号名称为主键，是RTK账号信息记录的唯一标识，其数据均与Pivot软件数据库同步。以账号名称为例，其同步于TPPDBAcounting中表dbo. Logins的LoginName字段。数据库同步更新采用增量数据捕获更新技术，以避免重复全量抽取数据，提高系统运行效率和一致性。

2.2 RTK位置大数据的采集与管理

系统依托Pivot和Spider的NMEA数据分发模块，对其转发的用户状态数据进行采集和处理。由于该数据是不间断、高频率（一般为1 Hz）地向服务器推送，具备大数据特征，难以采集和管理，本文采用文本文件与数据库相结合的方法，在保存完整的实时和历史位置数据的同时，兼顾数据调度效率，加载所属机构和位置信息的行政区域标记，为RTK位置大数据挖掘和分析奠定基础。RTK位置大数据采集与管理的具体流程如图3所示。

图3 RTK位置大数据采集与管理

①配置网络解算软件。配置现有网络解算软件的模块作为客户端配置的IP地址和端口，设定NMEA数据格式。以Pivot的NMEA distributer模块为例，可设定为“Login+NMEA”，向目标服务器发送RTK位置数据流。②接收RTK位置数据流。系统作为服务器端配置监听端口。③写入数据库文件，直接将初级RTK数据按时间先后顺序依次写入数据库文件。系统为MySQL格式的RTK位置信息记录表。④写入文本文件，与步骤③同步进行，文本文件采用YYYYMMDD_id.txt的形式保存。YYYY、MM和DD分别表示年月日。文本文件中一 行为一条位置数据记录；同时根据数据中账号信息，添加其所属机构的区域标识，便于实现数据权限的分配。⑤添加区域标记，依次读取存储初级RTK位置数据流文本文件的每条记录，利用经纬度信息，采用“射线法”与行政区边界数据逐个匹配。若位置记录属于某一行区域，则在位置记录结尾添加区域代码，形成最终的RTK位置数据。区域代码可以《全国县区以上行政区划分类代码》为参考。⑥将最终的RTK位置数据写入文本文件，其对应的文本文件采用YYYYMMDD_geo.txt的形式保存。

在将RTK位置数据写入文本文件时，系统每天存储一个文本文件，当天处理前一天数据并添加区域代码，因此位置数据分析现势性最高为前1天。当数据量较小或计算能力较强时，可进一步提高数据分析现势性。

3 系统应用实例

3.1 基准站管理与统计分析

查询基准站的属性和实时状态，并进行统计分析是运维人员的日常工作。基准站管理、显示以及统计分析界面如图4所示。图4a为基准站实时状态界面，正常、异常基准站和用户均以天地图为底图显示；图 4b为基准站管理界面，根据用户类型的不同，可查询到不同层次的信息，如维护人员可以而公众用户则无法查询基准站保管人信息；图4c、4d为统计分析界面，可根据市州、建站时间等指标进行统计。

图4 基准站管理与统计分析应用界面（审图号：GS(2017)508）

3.2 历史轨迹分析

历史轨迹分析用于测绘机构查询账号历史作业位置和轨迹，也可为各级行政主管部门提供监管依据。以2017年2月4日湖南省某测绘单位账号为例，其历史作业位置如图5所示。

图5中红色位置为经过抽稀后的RTK作业位置，依据时间先后顺序在地图中展示。结合该作业位置，测绘单位可核实作业队伍的工作情况，同时测绘地理信息行政管理部门也可监督辖区内测绘作业的情况。

图5 历史轨迹分析应用界面

3.3 RTK位置大数据分析

对RTK位置大数据分布进行分析是维护人员的重要工作。维护人员可对用户分布、信号覆盖进行进一步分析，为后期基准站升级改造和优化服务提供科学依据。图6为RTK位置数据辖区统计和热力分析示意图。

图6 RTK位置分析界面

图6a为长沙地区（含6区2县1市）2016年12 月1～20日时段，共计204个账号曾在该区域内登陆HNCORS进行作业。如图6b所示，可采用热力分布图的形式进一步展示具体位置分布情况。该时段内，用户主要集中在长沙城区、长沙县、宁乡县以及长株潭交界等经济发达地区。

4 结 语

管理服务系统是反映CORS发展和服务能力的窗口。针对HNCORS建设特点，本文设 计并实现了兼容HNCORS现有网络解算软件、满足各类监管和位置大数据分析需求的管理服务系统。该系统面向控制中心、RTK用户机构以及行政主管部门，具有较好的交互性，有利于规范化和标准化HNCORS的管理运行维护水平，提升监督管理和服务能力。

[1] 周星.甘肃CORS管理服务平台研究与开发[J].矿山测量,2016,44(3):42-45

[2] 吴文坛,田挚,王新广,等.河北CORS管理及应用服务系统研究与实现[J].导航定位学报,2015,3(4):114-118

[3] 侯岳,卢小平,朱琦,等.河南省CORS用户管理服务系统关键技术研究[J].河南科技,2015(3):13-14

[4] 杜仲进.基于B/S架构的CORS用户管理系统设计与实现[J].地理空间信息,2015,13(3):41-43

[5] 杨光.面向CORS服务的管理信息系统的研究与开发[J].测绘通报,2012(6):7-9

[6] 许超钤,姚宜斌,张豹,等.现代测绘基准综合管理服务系统的研究与构建[J].测绘地理信息,2014,39(6):62-65

[7] 陈建军,唐超华,陈春花.解密HNCORS-HNCORS三年建设路[J].国土资源导刊:湖南,2010(11):14-17

[8] 崔有文,周金海.基于KETTLE的数据集成研究[J].计算机技术与发展,2015,25(4):153-157