广西现代测绘基准管理与综合服务平台构建与实现

2019-05-07杨翼飞

全球定位系统 2019年2期

杨翼飞

(广西壮族自治区基础地理信息中心,广西南宁 530023)

0 引言

据全国卫星导航定位基准站备案管理统计,已建有覆盖全国的各类卫星导航定位基准站不少于6 000座,绝大部分省份都建立了省(自治区、直辖市)级北斗卫星导航(BDS)地基增强系统[1-2]．广西也构建了由102座卫星导航定位基准站搭建的自治区级BDS地基增强系统,实现了BDS与位置服务的米级、亚米级、厘米级和事后毫米级的多级导航定位服务[3-4]．

广西现代测绘基准管理和综合服务在常规导航与位置服务,特别是高精度定位服务上,一般采用审慎审核的方式,需要提供多种证明材料,确保符合测绘资质的单位开展测绘地理信息采集业务[5-6];在卫星定位基准站行政监管方面,需要做到安全并网服务,基准站建设和备案监管;在全球卫星导航系统(GNSS)数据快速处理方面,需要做到服务全区全域大地控制测量,具备支撑海量大地控制测量服务的能力;在基准站运行维护方面,需要做到视频监控、委托保管和技术支持等高效智能化的运维管理能力等.无论是管理上还是技术实现方式上均存在不能满足用户需求的情况,为改变传统测绘基准管理与综合服务方式,利用现代测绘地理信息技术和互联网技术,构建了广西现代测绘基准管理与综合服务平台(下称平台),力求解决行政监管有效性、业务服务高效性和运维管理智能化等多方面的问题,提高业务服务的效率和综合运维管理的能力[7-9]．

1 系统搭建

系统依托现有广西连续运行基准站网(CORS)基础平台,建设采用Client/Server(C/S))和Browser/Server(B/S)混合架构的广西现代测绘基准管理与综合服务平台系统,通过该系统平台实现CORS 运维三位一体(即“基站、控制中心、流动站(用户)”)的管理模式,并通过灵活配置,可为不同类型、不同角色的用户提供基于天地图等图文一体化的位置定位服务.同时考虑与共享发布平台的互融互通,具有较好的扩展性和前瞻性．

1.1 系统整体架构

平台利用模块化设计,各个模块之间相互独立,无直接耦合关系. 数据传递通过数据库进行互相联系,模块间的修改更新互不影响．整体架构包括应用层、模块层、平台层和数据层．其中:1)应用层是系统的用户接口部分,它担负着用户与模块层间的对话功能．为使用户能直观地操作,一般要使用图形用户接口,操作简单、易学易用;2)模块层相当于应用的本体,实现应用层与数据层间的交互．模块层包含确认用户对应用和数据库存取权限的功能以及记录系统处理日志的功能,是数据库管理系统,负责管理对数据库数据的读写;3)平台层是系统的基础平台和开发平台;4)数据层是整套系统的数据来源部分,负责提供系统所需的各种基础信息．四层结构解决方案是:对这四层进行明确分割,并在逻辑上独立．系统主要技术架构如图1所示．

1.2 数据库构建

在数据库搭建方面,平台采用MySQL及SQLServer2008混合搭建．服务端B/S架构数据库采用MySQL,C/S架构数据库采用SQLServer2008．整个数据库搭建根据业务流程和核心技术两个框架来搭建,首先B/S架构数据库MySQL容纳了日常业务的注册、申请、审核、上传、批准、短信通知和观测数据上传等系列业务流数据,同时存储用户日志数据、流动站数据、用户登录数据,新闻播报和业务通知等用户和新闻通告数据;C/S架构数据库SQLServer2008容纳了基站观测数据、基站日志文件、各等级自动解算控制点成果、视频监控数据、BDS短报文数据、日常运维报表、数据质量分析、基站管理、对流层、电离层和多路径分析等,概要数据库集合如图2所示．

图2 平台数据库构成示意图

2 功能设计

平台采用模块化开发,主要包括三个功能模块：1)服务端,负责对外服务的开发,主要包含在线业务办理、短信提醒和在线支付等业务模块;2)管理端,负责后台差分监控的开发,主要包含在线委托保管、电子运维和视频监控、实时动态(RTK)、实时动态码相位差分(RTD)和格网化差分服务、GNSS自动解算和坐标转换等管理业务模块；3)监管端,负责政务服务开发,主要包含并网申请,子网划分和电子围栏等政务模块．主要模块如图3所示．

图3 平台主要业务模块

2.1 服务端

服务端分为用户和管理员,由注册申请、审核和批准三大流程组成．用户通过注册申请,将材料提交到系统,管理员审核提交资料后,决定是否生效.在用户注册、审核和账号发送等环节都提供了短信推送,及时告知用户.同时申请表根据注册信息自动生成,并将保密承诺、用户使用须知和用户申请信息等集成在一张纸上,实现“一纸化”减少用户申请工序,具体流程如图4所示．为提高现代测绘基准成果的应用和推广,将用户区分为测绘资质单位、建设勘测资质单位和自治区政府行政单位三类：1)测绘资质单位通过提供有效的资质证书等材料直接申请;2)建设勘测资质单位必须有相应项目支撑,在项目期和项目区内提供相应的服务,不得从事非法测绘;3)自治区各级政府行政单位,通过行政审批,可用于日常行政业务,不得从事盈利性或与业务无关的测绘活动．

服务端的功能设计主要改变了传统办理账号和GNSS解算业务需要到达CORS中心的模式,改变为利用互联网,实现网上办理业务,减少了繁冗资料和手续的准备工作.根据用户类型,制定了对应的规范申请流程,提升了服务效率．

图4 业务办理流程图

2.2 管理端

管理端负责后台差分服务的开发,具备米级、亚米级、厘米级和事后毫米级的多级定位服务能力和智能化运维保障能力,同时提供强大的位置服务能力．

2.2.1 电子运维和视频监控

基准站电子运维改变了传统在站点上放置纸质运维手册进行记录登记的方式,利用互联网技术,调取数据库中电子表格,实地拍照,记录问题,实现现场与后台同步更新的智能运维方式.同时数据中心提供多频视频监控,如图5所示,图中蓝色站点为已安装视频监控,灰色站点为未安装视频监控,点击某个站点即可实时查看站点状况,并可与实地委托保管员进行沟通,显著提高了站点运维效率.结合每日实现的所有卫星导航定位基准站的数据质量监测分析,确保了站点上线率达到95%以上．

图5 基准站视频监控运维

2.2.2 RTK、RTD和格网化差分服务

支持四大卫星导航系统(GPS，GLONASS，BDS，Calileo)的后台差分系统是现代测绘基准维持的核心,基于载波相位差分和伪距差分原理,实现实时厘米级和米级(亚米级)的导航定位服务,实现高精度用户的定位服务.通过格网化改正推送方式,实现导航和位置服务大众应用分布式海量用户(目前支持同步十万量级)的高精度定位服务.通过多种技术手段,实现了广西现代测绘基准的米级、亚米级、厘米级和事后毫米级导航定位服务能力．

2.2.3 GNSS自动解算

GNSS自动解算功能的实现,有效地提高了平台对全区测量控制网的解算能力．该模块实现了从数据质量检核、基线解算、三维无约束平差、三维约束平差、二维平差和报告自动生成的全流程集成.同时针对不同等级控制点,对外业务具备从10 min～3 h的D级及以下等级各级控制点的快速解算能力,有效保障了重大项目控制网的快速敷设．

2.3 监管端

监管端负责实现对全区卫星导航定位基准站监督管理,提供省市县卫星导航定位基准站并网服务,电子围栏等功能,减少重复建设,提高公共资源利用效率．监管端可对基站进行数据质检,包括数据完整率、多路径与周跳比,及时掌握基站动态[10],完善对基站的管理．

2.3.1 并网服务模块

平台提供了并网功能,根据站点共享机制原则,市县测绘行政主管部门根据自治区级框架网进行加密建设.目前已实现南宁、柳州和北海等6个区市的站点并网申请,合理利用了已有站点情况,避免重复建设,达到资源的有效利用．

2.3.2 电子围栏模块

平台具备按照行政区划、矩形和多边形等多种方式的电子围栏功能模块．在特定项目区内实现高精度定位服务;在重要设施如军事管理区、民用机场和大型公共设施等区域设定不提供高精度差分服务等,在位置服务的源头即可达到行政监管,避免黑飞和非法测绘等行为的发生．

3 关键技术

3.1 自主研发GNSS数据自动解算、平差功能,实现从用户上传数据到输出平差报告的自动无缝衔接

以COM组件为表现形式,以静态后处理软件为数据模型基础,辅以自动化解算思想,系统根据概略位置自动选取足够的周边基准站作为解算控制点及数据检核点,利用加密的基站坐标库,进行GNSS观测点E级解算平差,结果输出1954年北京坐标系及1980西安坐标系的投影坐标,同时使用2000国家大地坐标作为检查点检核解算成果精度,并最终直接输出平差报告,从用户上传数据到输出平差报告的自动无缝衔接,实现兼容BDS的GNSS数据全自动解算,解算流程包括申请、审核、批准、解算完成等均可以短信方式通知用户．

本系统的自动解算技术可以将BDS、GPS和GLONASS的数据处理方式统一起来,既可以单独处理这三种系统数据,也可以联合处理组合数据．在专业领域内,作为一项智能傻瓜式的内业处理功能,对促进行业发展具有重要意义．

图6为利用平台自动解算功能计算三个已知点的坐标值与真值的偏差图,随着观测时长的增长,即观测时长达到30 min后,N、E、U三个方向上的自动解的计算值与真值的偏差满足平面3 cm以内,高程5 cm以内的精度要求．