北斗高精度服务保障技术方案探索

张 丹，余晓敏，王海涛，2

(1. 湖北省基础地理信息中心(湖北省北斗卫星导航应用技术研究院)，湖北 武汉 430074； 2. 中国地质大学(武汉)国家地理信息系统工程技术研究中心，湖北 武汉 430074)

20世纪90年代中期，美国和苏联先后建成GPS和GLONASS全球导航卫星系统。进入21世纪，欧盟、中国出于各自的战略考虑，竞相发展本国的卫星导航系统，开启了全球卫星导航系统GNSS多系统互操作的新格局[1]。我国自主研发独立建设的北斗卫星导航系统，能为用户提供全天候实时定位、短报文通信、精密授时等服务[2]。随着GNSS技术的快速发展和应用普及，建立连续运行参考站系统CORS、提高定位精度，成为实时导航定位的发展趋势。作为国家数据空间基础设施，CORS在社会各行业得到广泛应用，体现出巨大的科研价值、经济效益和社会效益。我国陆续开展了国家、各省市地区CORS的研究和建设，将CORS发展成为以北斗卫星导航系统为主、兼容其他GNSS系统的多系统集成的地基增强系统[3-7]。2017年下半年，中国开启覆盖全球的北斗三号工程，将进一步提高定位精度和完善服务能力[8]。

定位与地图是密不可分的，电子地图是定位结果的展示应用载体，高精度地图是高精度定位结果的展示应用载体[9]。与普通电子地图相比，高精度地图能够精确到车道，达到亚米级的精度，实现高精度定位结果的精准展示和应用。当前，高精度地图在自动驾驶产业得到了广泛和深入的应用[10]。基于自动驾驶需求，高精度地图主要集中在高速公路数据的采集、处理和上线，缺少对乡村级道路的关注[11]。

在北斗产业转型升级、技术创新的战略机遇期，作为北斗服务体系的重要组成部分，北斗高精度服务深度融合高精度定位和高精度地图，利用高精度位置服务网络，提供米级、分米级、厘米级甚至毫米级的高精度定位与展示应用能力，能够为交通运输、精准农业、公共安全等诸多领域提供技术保障，大幅提升了北斗高精度服务的能力和应用层次[12-15]。随着大数据、物联网、云计算和移动互联网等技术应用的不断推广，高精度服务在社会中的作用将越来越重要，需要考虑如何运用和完善，发挥其最大效用[16]。

卫星导航定位是公安指挥调度不可或缺的技术手段，在公安工作中发挥着重要作用[17]。由于公安业务的敏感性和保密性，依赖国外卫星导航技术存在巨大的安全隐患，因此，在公安业务领域推广使用北斗卫星导航系统是一种必然趋势和内在要求。公安350M系统是公安指挥调度的重要手段，该系统虽具有一定的定位功能，但定位精度不理想，无法满足公安指挥调度对于高精度定位的需求。同时，作为指挥调度最核心的视觉呈现部分，往往由于地图分辨率低而无法构建兼顾高精度和大场景的防控圈。本文针对此情况，探索北斗高精度服务在公安350M指挥调度的保障技术方案。

1 服务分析

1.1 高精度定位

普通卫星定位精度通常在10 m以上，为提高定位精度，通常采用差分定位技术。差分定位也叫相对定位，是根据2台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，主要有伪距差分和载波相位差分两种实现方式。它们都是利用卫星导航定位连续运行基准站及相应的控制和服务系统，采用相应的高精度数据处理方法，解算出高精度差分数据，校正初始位置，实现快速实时、高精度定位。

1.2 高精度地图

利用差分定位技术可以实现高精度定位。但只有高精度定位，没有相匹配的高精度地图，无法有效直观地展示高精度位置。因此，高精度定位需要搭配高精度地图，体现其精准性，开展相关应用。利用正射影像数据、地理国情普查数据、原始导航数据，制作得到高精度地图数据，按照标准地图服务的方式发布，以Web地图服务的方式运行，建立地图服务站点，提供一组标准的地图功能组件，包括高级查询、最短路径、实时定位、精准导航等。当需要地图数据或功能服务时，可以随时随地访问地图站点，还可以调用地图服务接口，从而为用户提供一个更广阔的空间。

2 技术方案

湖北省建设了全国首个省级北斗地基增强系统，实现了北斗服务能力的全省覆盖，能够提供不同精度级别的差分数据，实现米级到厘米级的精准定位。湖北省采集全省路网数据，结合全省正射影像数据，制作得到了高精度路网地图，并将其用于高精度导航定位。湖北省公安350M指挥调度系统基本建设完成，终端支持北斗定位，利用北斗高精度服务，可以查看和跟踪指定区域的警员、警车精准定位信息，充分了解当前警力在辖区内的分布情况，为指挥调度提供基础数据，有效把控全局。下面将详细介绍基于高精度定位原理，利用高精度地图，如何为公安350M系统提供北斗高精度服务，实现技术服务保障。

2.1 位置服务

2.1.1 高精度定位实现

公安350M指挥调度系统管理手持台和车载台两类终端，终端内置北斗芯片，可以接收卫星信号实现初始定位。首先，终端将初始位置上传至350M系统，经系统上传至位置服务平台；接着，位置服务平台接收北斗地基增强的服务数据和星历数据，结合初始位置，解算得到终端对应的差分数据；然后，将差分数据回传至终端，终端解算得到精确位置，实现高精度定位，如图1所示。

2.1.2 位置服务平台建设

位置服务平台采用五层架构，分别是基础设施层、数据层、服务支撑层、服务层和应用层。以北斗地基增强为基础，利用一系列软硬件基础设施，承载各类业务模块的运行，实现海量用户访问、高并发、高可用。数据层主要包括实时位置数据、历史位置数据、参考站数据、用户与终端数据等。服务支撑层包括分布式协调服务集群、数据计算存储、网关接入、北斗位置服务。服务层包括基础服务、位置服务、业务管理和运行监控。应用层包括终端定位设备和应用系统，如图2所示。

2.2 地图支撑

湖北省开展第一次全国地理国情普查，采集了全省路网数据，结合全省正射影像数据，制作了高精度导航地图，路网数据精细到乡村级。通过北斗地基增强系统提供的高精度位置服务，移动终端在城市道路上的行驶轨迹能够精确到车道，达到亚米级的精度，同时它在乡村级的道路上的行驶轨迹也能与高精度导航地图上的乡村道路信息很好地契合，能够实现城市的亚米级定位和乡村的精确定位，这是现有商业导航软件所达不到的。

生产流程为：首先提取湖北省第一次全国地理国情普查路网数据，将提取的国情路网数据套合正射影像数据，进行通村道路补充采集，得到最新的基础路网数据；其次，对基础路网数据进行规范化，导入导航数据加工平台；然后，参考规范化后的基础路网数据，对原始导航路网数据进行纠偏，提高原始导航路网数据的精度；最后，对规范化后的基础路网数据参照纠偏后的原始导航路网数据进行差分处理，获取增量道路数据，依据导航数据生产技术要求，将增量道路数据与纠偏后的原始导航路网数据进行融合及编辑处理。成果如图3、图4所示。

2.3 终端配备

在出现紧急状况时，公安部门需要在第一时间安排人员前往处理，并且要求在出警过程中实时与指挥中心进行沟通，由指挥中心根据事态的发展统一调度各方面的资源来协同处理，争取在最短的时间解决突发事件，以保证公安系统工作的高效性。现阶段，警务人员使用的定位终端的精度比较低，定位误差在十米至几十米，在出警过程中不能将准确的位置上报给指挥中心，不利于指挥中心进行科学的调度。为提高调度的精准性，配备可接收北斗高精度位置服务的高精度终端，集成支持差分解算的芯片，通过差分通讯模块，实现与高精度平台的通信，获取差分数据，进行位置修正，将定位精度提高到亚米级，便于精确管理，见表1。

/mx∗∗∗974.3222∗∗∗974.8339y∗∗∗139.2981∗∗∗140.1625z∗∗∗795.7665∗∗∗797.6980Δx— 0.5117Δy—-0.8644Δy—-1.9315/m—-1.0045

2.4 安全保障

根据公安部于《公安信息通信网边界接入平台安全规范(试行)》要求，外部其他网络数据信息接入公安信息网，必须通过公安信息中心边界接入平台，统一实现公安机关从公安信息通信网外采集信息或对外提供的信息服务，并实现接入业务的安全监控与审计。通过公安信息中心边界接入平台控制，保障数据安全性。

3 总 结

基于北斗地基增强的差分定位原理，融合多种定位手段，以公安350M指挥调度系统为接入点，探索了一套有效的北斗高精度服务保障技术方案，能够提高终端定位精度，减少误判率，节省人力成本，提高工作效率，实现信息安全、自主可控。在此基础上，可以扩展面向各类警种业务应用系统和警用终端接口，统一发布高精度位置服务，各级根据自身需求获取调用高精度位置，开展相关应用，实现建设和应用思路上的创新，具有良好的应用前景和推广价值。