区域GNSS基准站网数据信息资源规范管理研究

成夏葳，马新莹，王 斌

(国家测绘地理信息局 大地测量数据处理中心，西安 710054)

0 引言

全球卫星导航系统(global navigation satellite system，GNSS)连续运行基准站是建立和维持国家和区域高精度静态、动态、地心、3维坐标参考框架的现代测绘基础设施，是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，可提供实时和准实时的集约化位置导航服务。GNSS连续运行基准站网(简称“基准站网”)是由若干基准站、数据中心及数据网络组成的，提供数据、导航、定位、定时及其他服务的系统[1-2]。

基准站网数据信息是地理信息获取不可或缺的手段和资源，离开了快速精确的空间位置信息，就不能优质高效的获取地理信息数据，影响经济社会与之相关领域的信息化、数字化、智能化发展水平和速度。目前省级测绘地理信息部门和地震、气象等行业部门建设了2 300多座基准站[3]，但由于对基准站网数据信息资源管理没有统一标准，难以实现国家和区域基准站网的数据信息资源互联、互通、互操作，造成了数据信息、产品以及服务等方面的技术障碍。为此需要对基准站网数据信息的类别划分、技术要求、存储备份等方面予以规范，实现基准站网数据信息记录、存储、备份、共享和应用制度化、规范化、标准化，为国家和区域坐标框架建立、维持、更新、基准站稳定性分析、卫星导航定位服务等应用奠定基础。

1 基准站网数据管理现状

1.1 基准站网建设现状

我国国家基准站网于2015年建成，由410个基准站组成，其中新建基准站全部配置北斗卫星导航定位系统(BeiDou navigation satellite system，BDS)接收机，实现了基于BDS的国家坐标框架维持及实时导航定位服务[4-5]。区域基准站网从2006年开始到目前为止，除西藏、陕西外，全国29个省(市、区)建设了各自的基准站网，并对社会提供服务；区域基准站网已经成为区域坐标框架维持的主要测绘基础设施，在国民经济建设、社会发展、国家安全等方面都发挥着重要作用。

新的测绘法提出测绘地理信息主管部门要建立统一的卫星导航定位基准服务系统，提供导航定位基准信息的公共服务[6]。2015—2030年期间，我国将对国家和区域基准站进行升级改造，使其逐渐过渡到BDS或BDS兼容系统。统筹区域基准站网，形成全国无缝衔接、资源共享的全国卫星导航定位基准服务系统，实现我国卫星导航领域自主可控，面向全国用户提供米级、分米级、厘米级的实时导航定位服务[7-8]。

1.2 基准站网数据信息资源管理现状

目前，国家和区域基准站网的运行、应用已经日趋成熟，全国一张网的规划建设初具规模，但由于区域基准站网建设的年代先后不一，建设的技术要求和坐标基准不一致，仪器设备、数据存储方式、管理标准不尽相同，且只能满足本区域的基本应用[9-14]。国家基准站网与区域基准站网，区域基准站网之间彼此独立，无法互联、互通、互操作，不能实现跨区域数据信息资源共享，不利于高精度位置服务的推广，不利于全国区域站网之间资源共享、数据应用、科学研究，阻碍着未来跨区域导航定位服务的开展[5]。

1.3 基准站网数据信息资源管理存在的问题1.3.1 基准站网数据信息资源

基准站网数据信息资源主要包括基准站网信息、基准站信息、GNSS观测数据文件和实时GNSS观测数据流等(如图1所示)。

1.3.2 存在问题

1)基准站信息记录不规范。全国没有统一的基准站信息管理规范标准，各地的基准站信息记录不统一、更新不及时。虽然文献[1]对部分信息记录有所规定，但没有具体样表、图例参考，如当基准站站点要素信息发生变化，或几个基准站使用同一站名、代码时，如何记录站点信息没有具体规定。

2)站址周边环境发生变化记录不及时。当站址周边一定范围内发生滑坡、地震、大型工程施工、新建构筑物形成遮挡时，导致站点位置坐标变化，观测数据质量不高或产生严重错误。此类信息如不及时更新记录，或不随观测数据文件一起存储备份，将会导致计算的站点坐标产生较大误差或错误，影响定位精度及成果的准确性[10-12]。

3)基准站数据文件组织形式不统一。区域基准站网建设时间先后不一，使用的仪器设备类型多样，同一区域有多个品牌，同一品牌因仪器设备升级、更新带来仪器型号不同，性能也不一样[2]。随机软件下载的数据会因仪器生产厂家不同、软件版本差异，导致基准站网数据文件组织形式不尽相同，影响事后精密处理结果和以往数据资料分析查证。

4)基准站天线高归算位置不统一。区域基准站网建设时未采用统一技术标准，形成各区域基准站网天线高归算位置不一致。基准站坐标是实现差分定位服务的关键，其天线型号、天线高归算位置的准确性直接影响导航定位的精度和可靠性。如天线的相位中心偏差(phase center offset,PCO)及相位中心变化(phase center variation，PCV)对长基线在各分量方向或长度上的影响最大可达到101 mm[15]。

5)数据存储备份管理标准不统一。造成基准站数据存储备份管理内容不一致，表现在接收机、天线、天线高等信息更新不及时、不完整，关键信息命名标准不统一，存储内容不统一，部分信息与实际不符，站点观测数据异常时不能及时发现。

6)基准站网数据信息资源不共享。各地基准站建设、运行、维护、管理、服务标准不统一，坐标框架更新不一致，数据信息资源难以共享，造成资源极大浪费。

上述问题的存在不利于基准站网数据信息获取、整理、分析、处理、存储、备份、管理及充分合理利用。有些数据信息仅当时数据管理人员清楚，一旦其离开工作岗位，数据信息很难复原，影响成果的溯源和使用。

2 基准站网数据信息资源规范管理

2.1 规范基准站网数据信息

基准站网数据信息资源包括基准站网基本信息、基准站属性、GNSS仪器设备及管理单位信息等，如表1所示。

表1 基准站网数据信息

按照表1的内容建立基准站网信息记录档案，以图表的形式详细规范每项属性信息填写内容，如一站多名称，一站多用途，一地多站的站名及代码编写要求，接收机、天线、天线罩的使用、升级、维修、更换信息记录，站点发生地震、滑坡等地质灾害记录，管理单位信息变更记录，重要问题处理意见及处理结果记录等，均应按要求及时填写变化信息，记录归档，长期保存。

2.2 规范基准站数据信息

基准站数据信息包括站点基本情况、GNSS仪器设备类型、天线高信息及联测水准信息等，如表2所示。

表2 基准站数据信息

基准站数据信息记录按照表2的内容顺序编制，范例采用文字和图表结合的形式严格规定。每个基准站有一个完整的信息记录手簿，并对手簿进行编号，手簿按页码顺序连续记录，不得漏页和缺页。每项数据信息有具体规定，如站点名称、站点代码命名、天线高的计量单位。当站点周围环境、仪器设备、天线高及归算位置等发生变化或更换，应现场实时填写，不能事后凭回忆记录，记录信息及时归档，长期保存。

2.3 规范GNSS观测数据文件

GNSS观测数据文件是指基准站连续观测生成的数据文件，可准实时或事后传输至数据控制中心，主要用于事后精密数据处理、坐标框架计算以及其他服务。文件内容包括站点基本信息、GNSS观测数据、气象元素数据和其他数据，如表3所示。

表3 基准站观测数据信息

GNSS观测数据文件格式包括设备直接输出格式和国际通用标准格式(如：RINEX格式)。按照文献[1]规定，基准站仅传输采样间隔为30 s的RINEX格式观测、气象、导航等文件，在本地保留二进制数据至少30 d作中发现有的单位只用随机软件保留了标准格式，而未保存设备直接输出格式。从实际应用看，这2种格式均应长期保存。

2.4 规范实时观测数据流

实时观测数据流是基准站以一定的时间间隔输出的观测数据，包括观测数据及其属性信息[2]，如表4所示。

表4 实时观测数据流信息

实时观测数据流的格式包括设备直接输出格式和国际通用标准格式(如：RTCM、BINEX格式)，2种格式均应长期保存。对接收机能接收到的多模GNSS观测数据，也应全部长期保存。

2.5 规范数据信息汇集格式

基准站网数据信息资源汇集、存储、备份时，应有严格的目录结构要求，为日后查询、使用、分析提供方便。汇集目录结构应以图2结构规范，即“省市名称/基准站名(站编号)/数据文件”。

2.6 规范数据信息存储标准

研究分析各区域基准站数据信息的不同下载及存储方式，按照制度化、通用化、统一化、标准化原则，规范基准站数据信息存储内容和文件组织形式。制定数据信息长期保存、备份方案，防止存储介质失效，确保数据的完整性和可用性。研发高效、可靠、准确、规范、安全自动化的存储备份管理软件，确保对基准站网各期数据信息长期有效安全的存储。

3 制定相关规范研发共享应用平台思考

3.1 制定相关规范标准

制定基准站网数据信息资源管理规范标准，研发与之相适应的应用管理软件，解决数据信息缺漏丢失，避免重复投入和应用不便，实现数据信息资源共享和合理使用，确保基准站网数据信息的权威性和准确性：

1)制定规范标准要在充分调研区域基准站网数据信息资源管理的基础上进行，以协调性、统一性、强制性、实用性、规范性为原则，充分考虑省市和行业部门对基准站网数据信息资源的应用需求，达到操作性强、覆盖面广、适用性好。

2)规范基准站网观测数据、站址信息、设备信息、数据处理、坐标成果、用户信息、应用服务、运行维护、坐标参考框架维持与更新标准，实现区域网与区域网之间，国家网与区域网之间的数据资源共享。

3)规范基准站信息、站址变动信息填写格式。制定统一的天线高信息、数据头文件信息、接收机及天线更换信息等内容的记录格式、填写顺序、计量单位、信号编码和传输格式、存储方式等方面的技术标准，确保基准站数据信息的准确性、可溯性。

4)按照基准站数据密级划分要求，制定基准站数据信息安全管理规范，并开发与之相适应的保密技术处理软硬件，确保基准站数据信息安全[16]。

3.2 搭建共享应用平台

为了便于管理基准站网数据信息，本着统一、通用、实用、方便的原则，搭建基准站网数据信息资源共享交换平台，实现国家和区域基准站网数据信息在平台上填报统计、数据传输、数据检测、质量分析、交换共享、存储管理等功能，保证区域基准站网数据资源的正确性、实时性、现势性、合理性、一致性和兼容性。构建区域基准站网数据信息资源共享基本架构如图3所示。

4 结束语

国家和区域基准站网数据信息是国家和区域重要的空间地理信息资源，目前我国尚未形成基准站数据信息资源管理机制，造成全国范围内数据信息资源共享困难，不能发挥数据信息在源头性研究和社会服务，给国家和省市行政管理和公共服务带来不便。

本文结合当前区域基准站网数据信息资源管理现状和未来发展趋势，提出了以现有国家、区域基准站网为基础，规范基准站网数据信息资源管理策略和搭建基准站网共享应用平台的思考，从而消除以行政区域彼此独立管理造成的资源共享障碍，提高数据信息资源利用率。以标准化、网络化、自动化、实时化、智能化为目标，实现区域基准站网数据信息资源跨区域、跨行业的共享和广泛应用，增强国家及区域卫星导航定位服务能力，推进卫星导航定位产业发展。