2024年5月19日发(作者：沐昊空)
第
45
卷第
2
期
2020
年
4
月
DOI
：
10.
13442/j.
gnss.
1008-9268.
2020.
02.
015
全球定位系统
GNSS
World
of
China
Vol.
45
,No
・
2
April
,2020
青海省新一代
BDS
高精度基准
服务平台的构建
李延龙
，
張生鹏
，
張永荥
(青海省基础测绘院
，
青海西宁
810001)
摘
要
：
介绍了青海省新一代北斗卫星导航系统
(
BDS)
高精度基准服务平台.该平台具
备用户管理
、
数据处理
、
空间环境监控
、
高精度定位等功能
，
可以满足系统管理员
、
行政领导
、
单
位用户和实时动态
(RTK)
测量用户在内的各种用户的多样化需求
，
并且遵循了管理标准化
、
可扩展性强
、
现势性好
、
实用性好
、
安全性强
、
具有前瞻性等建设原则.
关键词
：
CORS
；
服务平台
；
系统设计
；
数据库
；
基准
中图分类号
：
P22
&
4
文献标志码
：
A
文章编号
：
1008-9268(2020)02-0091-07
0
引言
为满足国家政府部门
、
各种用户对测绘成果资
增大的问题重新设计了播发服务框架⑶
，
基于
CORS
提出了高精度事后服务应用⑷.然而目前
CORS
系统主要还是以垂直服务模式为主
，
即
CORS
解算服务器直接与用户接收机通信并发送
料的不同需求
，
促进地方测绘地理信息事业发展
，
全国各省市大力推动现代测绘基准体系的应用
，
在
改正数据
，
同时还需要处理用户的业务请求以及其
位置服务领域上取得了显著成效•维持测绘基准体
系需要精确的框架位置坐标
，
目前高精度定位主要
他数据请求的功能
，
在此过程中存在以下几个问
题
：
1)
是在数据传输方面由于用户可以通过发送初
始坐标来直接访问解算服务器
，
然后服务器直接将
改正数据发送给用户
，
在这一过程中存在基准站数
依据全球卫星导航系统
(GNSS)
卫星定位来实现
，
包括精密单点定位
(PPP)
和差分定位
(
RP)
两种模
式
，
PPP
需要精密星历
、
卫星钟差等产品方能达到
厘米级的定位
，
并且需要一段时间收敛
，
满足不了
大众用户对实时定位的需求
，
目前实时定位主要采
据解算服务器泄密的风险;
2)
用户需要对接收的观
测值数据进行格式转换
、
坐标转换等处理后方可使
用
，
不利于非测绘行业用户的推广使用.本文详细
介绍了基于青海的北斗卫星导航系统
(BDS)
高精
用差分定位
，
各个省通过建立连续运行卫星参考站
(CORS)
来实时不间断地接收卫星观测值并通过
度服务平台的构建过程;
3)
目前人民不仅对位置服
数据中心进行解算
，
最后将改正数播发给用户从而
高精度定位服务
，
它改善了传统的作业方式
，
大大
地提高了作业的效率
，
节约了作业成本
，
目前各个
省市都在积极完善
CORS
服务系统
，
在广东
、广
务的精度有应用依赖
，
对位置服务的广度也不断提
高
，
许多新的市场需求也在急剧增加
，
然而
CORS
系统提供的服务单一
，
没有充分挖掘
CORS
的服
务潜力
，
不能满足大众应用领域对高精度位置服务
的深度和广度的需求.
西
、
江苏
、
浙江
、
河南等地都已经开展了针对
CORS
的服务应用与推广.提出了基于
CORS
位置云服
务的高并发技术研究工
，
针对
CORS
服务平台提
出了设计思想以及系统功能特色
，
利用省内现有
CORS
资源
，
对
CORS
系统优化整合⑵
，
针对用户
青海省卫星导航连续运行基准站综合服务系
统
(QHCORS)
由青海省藏区卫星导航综合服务系
统和青海省东部地区
BDS
地基增强系统构
成匚
管理模块研究开发了管理服务平台
，
并针对用户量
收稿日期
：
2020-01-16
通信作者
：
李延龙
：
395743396@qq.
com
92
全球定位系统
第
45
卷
QHCORS
系统包含全省
80
座连续运行基准站
，
通过现代通讯网络为青海省提供高精度
、
高效率
、
全覆盖的测绘基准服务.目前
QHCORS
管理平台
采用
Trimble
公司研发的
Pivot
软件
，
该软件能进
行基本的
CORS
网管理和数据处理
，
为实时测量
用户提供包含虚拟参考站数据的
RTCM
电文
，
从
而实现实时动态
（
RTK
）
测量皈.但对于
CORS
管
理还存在以下不足
：
管理员对注册使用的
CORS
用户的管理操作都是直接操作底层的
SQL
Server
数据库
，
这样存在安全隐患
，并且操作效率很低;不
能够提供实时的坐标转换
.GNSS
基线网平差等功
能
，
使得用户作业进程变慢
；
没有更充分的开发基
于
QHCORS
的衍生服务⑺
，
使得
QHCORS
的服
务对象主要是测绘行业
，
其他行业对
QHCORS
的
应用相对较少⑻•针对上述问题
，
本文提出了一套
全新的
CORS
服务系统架构
，
解决了基准站涉密
数据安全性以及用户高并发请求的问题
，
构建了青
海省高精度基准服务平台.
1
平台设计方案
1
・
1
平台目标
本文构建了一个包含
BDS
基准站管理服务系
统
、
BDS
基准站空间环境监测系统和
BDS
基准站
自动化变形监测系统三个子系统的
QHCORS
高
精度基准服务平台•基准站管理服务系统主要包括
对
QHCORS
运行状态进行实时监控
、
异常基准站
维护
、
用户分类管理
、实时定位及事后定位,空间环
境监测系统主要包括实时电离层空间环境产品的
生成
，
及未来数小时内的短临空间环境状况预报等
功能，
自动化变形监测系统可提供全自动化
、
全天
候
、
高精度变形监测服务
，
用户可自主接入基准站
和监测站
，并对监测站的变形数据进行实时和长时
分析
，
统计监测点位移速率
、
实时位移以及累计位
移等
，
对可能发生灾害的监测点进行及时预警⑼.
本平台提高了
QHCORS
的运维服务管理水平
，
进
一步完善了之前的系统,推动了
QHCORS
行业的
发展
［
叭
1.2
平台架构
青海省
BDS
高精度基准服务平台采用三层
B/S
架构
，
基于
ASP.
NET
技术开发系统应用平
台
，
整个系统分为表示层
、
逻辑层和数据层口口.
如图
1
所示
，
系统的逻辑结构主要由
QHCORS
基准站
.Pivot
服务器和青海省
BDS
高
精度基准服务系统以及各种类型的用户
（
包括
RTK
测量用户
、
实时动态码相位差分技术
（
RTD
）
用户以及多终端管理用户等
）构成
，
它们通过有线
（
以太网
）
和无线
（
通信链路
）
进行实时链接和数据
传输.
青海映精度
图
1
系统逻辑结构图
青海省
BDS
高精度基准服务系统提供基于
VRS
技术的
CORS
运维管理功能
，
在
Pivot
服务
器与接收机用户
/WEB
用户之间加入一台服务器,
用户可直接与该服务器连接并享受各种服务•其网
络拓扑图如图
2
所示
,CORS
基准站与服务器之间
通过专线网络进行连接
，
网站服务器和
Pivot
服务
器处于同一局域网内
，
通过路由器进行数据交换
，
GIS
用户
、
RTK
用户和移动端用户通过无线通讯
基站向服务器发送请求
，
浏览器用户则直接通过以
太网向服务器发送请求.
CORS
基准站
图
2
网络体系结构图
第
2
期
李延龙
，
等
：
青海省新一代
BDS
高精度基准服务平台的构建
93
1.3
平台安全防护
数据中心的数据输入端
、
涉密计算机内网
、
差
分改正数输出端以及数据播发服务端安全升级改
造主要工作分别如下
：
1）
基准站数据输入端安全升级改造
，
①
在基准站专网和涉密计算内网之间
（
数据输
入端
）
部署单向光闸设备和基准数据格式规约软
件
，
对实时数据流的内容进行规约和审计
，
实现基
准站合规观测数据流
，
将基准站合规观测数据流
、
文件单向导入到涉密计算内网进行计算
；
②
对于涉密计算机数据处理需要的精密星历
文件和
DCB
文件等需要通过互联网进行下载
，
将
下载的国际
GNSS
服务
（
IGS
）
数据文件通过防火
墙传输至
IGS
数据导入前置机
；
③
数据解算所需
IGS
数据文件同样通过基准
站专网和涉密计算内网的单向光闸导入涉密计算
内网进行数据处理.
基准站数据输入端安全升级改造后架构如图
3
所示.
刚
容
观测数据
,,x
单向光闸
涉密广域专网
图
3
输入端架构图
2
）
涉密计算机内网安全升级改造
①
在涉密计算机内网和数据播发交换子网
（
产
品播发输出端
）
之间部署数据产品内容审计软件和
单向光闸设备
；
②
基准站观测数据在涉密计算网进行数据处
理后
，
产出格网化差分改正数
，
经内容审计软件审
核后
，
发送至数据播发交换子网和数据播发服务子
网
，
实现非涉密合规数据产品单向导出到非涉密
网.
涉密计算机内网安全升级改造后架构如图
4
所示.
计算机服务器
服务中间机
（
标签检测和删除
）
涉密计算内网
数据播发交换子网
图
4
内网安全改造架构图
3
）
差分改正数输出端安全升级改造
①
数据播发交换子网负责对数据产品再次审
核并去除内容审计软件植入的软件标签
，
数据播发
服务子网负责用户交互服务
；
②
数据播发交换子网和数据播发服务子网之
间通过防火墙进行安全保护.
差分改正数输出端安全升级改造后架构如图
5
所示.
数据播发交换子网
数据播发服务子网
（
互联网
）
图
5
输出端改造架构图
4
）
数据播发服务端安全升级改造
①
数据播发服务端
（
互联网
）
设置产品播发服
务器
，
安装专业软件实现用户管理和差分改正数的
播发等功能
；
②
流动站用户作业保持原有交互模式不变
，
即在作业时将其概略位置上传到数据中心
，
数据中
心将差分改正数发送至用户.
数据播发服务端安全升级改造后架构如图
6
所示
：
最终改造完成的省级数据中心节点主要由基
准站专网
（
非涉密广域专网
）、涉密计算内网
、
数据
播发交换子网
（
非涉密网
）
、
数据播发服务子网
（
互
联网
）
等组成
，
以满足安全改造相关要求.
94
全球定位系统
第
45
卷
认证用户
r%
*
实时服务
互联网、
）
用瞬谿
数据播发服务子网
（
互联网
）
图
6
数据播发服务端安全升级改造架构图
2
平台主要功能设计与实现
本平台的实现主要利用
ASP.
NET
和
AJAX
（
Asynchronous
JavaScript
and
XML
）
技术
，
在界
面设计上遵循了简单明了原则
、方便使用原则、
用
户导向原则.
2.1
管理服务模块
用户管理功能模块主要由用户注册
、
权限管
理
、
计费管理
、
报表输出
、
轨迹显示等组件组成口灯
，
如图
7
所示•用户注册组件实现
WEB
用户的注册
功能;权限管理实现
WEB
用户的权限分配功能
；
计费管理组件完成对用户费用的管理
，
并对用户的
单位账户进行监控
;
报表输出组件实现用户信息的
查询报表输出功能;轨迹显示组件实现对用户实时
位置的显示功能
，
并对用户作业区域是否合法进行
监控.
RTK
用户
Web
用户
账户管理
用户信息用户位置用户区域
/
管理
管理
査询轨迹监控计费管理
数据库
图
7
用户管理模块图
系统管理功能模块的程序实现主要由地图服
务
、
天地图
API
、
数据库操作
、日志服务
、
查询等组
mi
妥鹭器系豔心
跟
…
畑
W
二路
"
数据库
图
8
系统管理模块图
件组成
，
如图
8
所示.地图服务组件采用天地图
API
组件
，
实现用户位置在地图底图上的实时位置
显示
，
并具有放大
、
缩小
、
漫游及测距功能
；
数据库
操作及查询组件完成对数据库中信息的读写
、
统计
查询
，
实现用户缴费记录查询
、
系统查询统计功能
；
日志服务组件实现对管理员操作信息的记录功能.
2.2基准框架维持模块
现代坐标框架是动态或者准动态的•从地球动
力学的观点来看
，
地面点坐标因板块运动
、
地壳形
变
、
潮汐负荷等因素的影响而发生变化
，
因此对于
一个高精度的坐标系必须考虑该坐标系的维持问
题
，
即需按一定的复测策略保证站坐标和速度的不
断精化•根据范围
、
实现及应用的不同
，
可以把地球
参考框架的维持简单地分为全球参考框架维持和
区域参考框架维持.
利用
GNSS
技术建立地心坐标参考框架可采
取如下基本步骤
：
1
）
建立观测台站
，
进行空间测量•测站的选取
可参照
ITRF
参考站标准.一般而言
，
高精度的测
站位置仅需短期观测即可得到
，但测站速度必须累
计至少一年的观测资料
；
2）
根据协议约定
，
按照参考框架的基准定义
采用国际推荐的模型参数
、
常数
、
对观测数据进行
处理
，
解算测站坐标及
EOP
参数
；
3
）
建立测站坐标及
EOP
参数序列
，
获得各种
技术的周解
SINEX
文件
，
实施技术内组合得到每
种技术的长期解
；
4）
检验并置站间局部联系的可用性及准确性
，
联合不同技术的长期解进行技术间组合
，
获得技术
间组合的长期解,从而确定参考框架.
2.3
坐标转换模块
由于目前正处于
CGCS2000
坐标系过渡期
第
2
期
李延龙
，
等
：
青海省新一代
BDS
高精度基准服务平台的构建
95
间
，许多测绘成果都需要从以前的参心坐标系下转
换到目前的地心坐标系下
，
本系统基于此设计了一
套坐标转换模块,提供丰富的坐标转换服务.
将基于
CGCS2000
坐标系平面坐标成果
夕
）
2000,
根据已有的转换参数
，
经平面四参数转换
模型转换后得到基于
CGCS2000
椭球的独立坐标
系
（
力
9y
）
dl.
_
x2
_
—
—
"x0
_
+
(l
+
m)
"cos
a
sin
a
~
__
sin
a
cos
a_
式中
：
为平移参数,单位为
m
；
cz
为旋转参
数
，
单位为
s
；
m
为尺度参数
，
单位为
ppm
（
即
ICT
6
）
；
允
1,
夕
1
为源坐标系下的平面直角坐标
，
单
位为
m
；
x2
9
^2
为转换后目的坐标系下的平面直
角坐标
，
单位为
m.
将
CGCS2000
坐标系空间直角坐标成果
（
X,
Y,Z
）
2°
oo
，
根据已有的七参数经空间七参数转换模
型转换后得到
1980
西安空间直角坐标
（
X,Y,
Z
）
8
。
，
将
（
X,Y,Z
）
8
。
转换为大地坐标形式
（
£,
l
,
H
）
8
。
，
将得到的
1980
西安坐标系成果
（
£,L,
H
）
198
o
取各点的大地经度
L
及大地纬度占
，
以
3°
带投影按高斯正算公式投影得到平面允
，
夕坐标
，
并对夕坐标加带号
，
得到各点
1980
西安坐标系下
的国家统一坐标.
+
（
1
+
加
）
2?1
（
“
）
2?2
（
5
）
^3
（
6
）
(2)
00
W
=
0
cos
e
sm
e
0
—sm
“
COS
S
cos
0
—
Sill
&
（
£
『
）
=
0
1
0
sm
0
COS
cos
e
sm
e
01
&
（
"
）
=
—sm
e
cos
e
0
00
1
(3)
式中
：
xQ
9yQ
9
zQ
为平移参数
，
单位为
m
；
6,5,6
分别为力
，
夕
，
之轴角度旋转角度
，
单位为
s
；
m
为尺
度缩放参数
，
单位
ppm
（
即
ICT6
）
；
X$,Y$,Z$
为源
坐标系下的空间直角坐标,单位为
m
；
为转
换后的空间直角坐标
，
单位为
m
・
乙独立坐标系与
1980
西安坐标系没有直接
关系
，
他们的转换需要先过渡到
CGCS2000
坐标
系下
，
再进行转换•对于基于
CGCS2000
独立坐标
系下的
GPS
点成果
，
采用如下途径转换至
1980
西
安坐标系下
：
1
）
将基于
CGCS2000
独立坐标系下的
GPS
点坐标
（
允
，
夕
）
按高斯投影反算公式
，
得到基于
CGCS2000
坐标系下的大地坐标
£
、
L,
并结合该
点的大地高
H,
得到各点的基于
CGCS2000
坐标
系的大地坐标
（占
,L
,H
）
2000
；
2
）
根据已有的转换参数
，
将各点基于
CGCS2000
坐标系的大地坐标
（
B
9
L
9
H
）
2
ooo
换算
至
1980
西安坐标系下的大地坐标
（
占丄
，
H
）
i98
。
；
3
）
将得到的
1980
西安坐标系成果
（
£,L,
H
）
198
o
取各点的大地经度
L
及大地纬度占
，
以
3°
带投影按高斯正算公式投影得到平面允
，
夕坐标
，
并对夕坐标加带号
，
得到各点
1980
西安坐标系下
的国家统一坐标.
最后
，
利用区域似大地水准面格网模型和双线
性内插的方法计算出待转点位置上的高程异常并
计算出正常高.
2.4
空间环境监测
实现系统完好性监测
，
实时获取系统运行状
况
，
及时以短信
、
邮件等多种形式预警管理员和相
应的用户并做出应对和处理
，
包括对基站情况
、
软
件硬件网络情况
、
用户实时计费情况
、
用户作业情
况等进行实时监测口
U
空间环境监测需要实时求得所在区域的电离
层电子密度变化图
，
GNSS
观测量主要包括码和载
波相位两类观测
，
GPS
基本观测方程为
pk
3
=p
+
c
（九
t
—
护
）
+
c
（
&厂
丁
一
dr
R
）
+
〃抜+
T
迁
R
+£
策
+£
影+
M
严
+瓦
+
“
，
（
4
）
兀
（
£
）
=p+
入
kN
丘
+
c
（
§£丁
—&严
）
+
cCdr
T
-dr
R）
~ir
R
+
Trp
R
議+砖上+
rrik
，
R
+族.
（
5
）
图
9
所示为基于像素基的电离层层析原理图
，
电子密度重构是典型的求反问题
，
即基于观测到的
斜向电离层总电子含量
（
STEC
）
来重构待反演区
域的电子密度三维分布信息.
96
全球定位系统
第
45
卷
首先将待反演的观测区域进行三维格网化
，
如
图
9
所示
，
GPS
卫星信号的传播路径可以近似地
看成直线•事先选取一组合适的基函数
b")
模型
化待反演的电离层电子密度.
占
•
bj
(r)
9
(6)
式中
J
表示所氐基函数的个数
=
表示基函数的系数•对每条射线路径上的
TEC
值
：
STEG
(
£
)
=J
£七(£)乞
d)ds,
=
》
◎(£)
］
bj
(r)d5
，
=
1,2,
・・・
,M
・
(7)
式中
：
M
为观测到的
STEC
值总个数(或
GPS
射
线数)•令
.=
［
乞
(r)d5
代替式
(
7)
中的积分项.
考虑到
GPS
测量中噪声的问题
，
那么每条
GPS
信
号传播路径上的
STEC
值可表示为
=
+"
・
(8)
将式⑻沽向量的形式表示
，
得
：
STEC=A
・
x
+
e
,
(9)
式中
:
STEC
为
STEC
观测值组成的列向量;
A
为
设计矩阵;
x
为基函数的系数组成的列向量
，
在电
离层层析中
，
该系数即为电离层电子密度所构成的
列向量;
£
为观测噪声组成的列向量
，
通过得到的
电离层电子密度层析图
，
可以作为进行空间环境监
测的有力依据.
3
平台应用
3.
1
RTK
测量
BDS
高精度基准服务平台重点解决了阻碍
BDS
CORS
应用推广的管理封闭
、
信息闭塞等核
心问题，
可有效提高
RTK
用户测绘作业效率
，
大
幅降低测绘作业的人力
、
物力成本.同时实现了多
级授权的
CORS
系统信息化管理
，
可有效降低系
统管理人员的工作强度
，
提高系统管理效率
，
使
CORS
系统管理与服务更加透明
、
更加合理
、
更加
高效.
3.2
框架维持速度场
平台可利用实时空间环境监测模型及双差解
算技术自动维持测绘基准框架
,50
殳
m
基线精度小
于
3
mm,
更新率小于
24
h.
该成果可用于
CGCS2000
静态框架维持
，
建立和维持区域动态框
架
，
确保测绘基准框架的精度和可靠性.当遭遇自
然灾害时,测绘基准服务可快速恢复.
3.3
坐标转换及精度分析
本平台通过坐标投影方程
，
建立参考椭球下的
大地坐标和平面直角坐标间的关系
，
实现大地坐标
和平面直角坐标的相互转换
，
能够根据用户提供的
CGCS2000
坐标成果
，
自动判定点所在区域
，
并提
取相应的转换参数计算得到该点对应的独立坐标
系成果和
1980
西安坐标系成果
，
同时计算出该点
的正常高
，
以便进行似大地水准面成果的确定.
自动判定点位落入区域时采用定向射线法
，该
方法是判定点与多边形内外关系的通用方法
，
也是
唯一能解决点与含有孔洞的复合多边形的位置关
系的算法•定向射线法根据从待定点引出的一条射
线与多边形边界交点数的奇偶性来判定该点是否
包含于多边形中
，
算法简单,易实现
，
效率高.
3.4
空间环境监测
平台可以利用
GPS
实时观测数据
，
通过反演
实时建立区域高精度多维电离层模型
，
实现对区域
三维电离层
、
二维电离层精细形态特征的实时监
控•其中
，
三维电离层监控精度小于
2
TECU,
这样
可以满足工程和科研应用的需求.
4
总结
该系统结合了目前国际上最新的
GNSS
数据
处理理论和方法
，
在结合生产实践的基础上
，
搭建
一套与实践结合紧密
，
技术领先的
CORS
综合管
理及拓展服务系统平台.为青海
CORS
构建了一
套界面美观
、
功能丰富
、
运行稳定的
BDS
位置综合
服务平台
，
为全省范围内的
GNSS
用户提供高精
度的三维
、
动态基准•此外
，
系统中的空间环境监测
子模块充分发挥
CORS
的应用价值
，
扩大
CORS
的影响力
，
拓展了其他行业单位的使用•此平台极
大地提高了相关行业用户的作业效率
，
同时为规范
和监管测绘地理信息市场提供了有效的数据支持
，
也为其他省市的
CORS
平台建设提供参考
［
⑷.
第
2
期
参考文献
李延龙
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BDS
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of
new
generation
BDS
high
precision
datum
service
platform
in
Qinghai
LI
Yanlong,
ZHANG
Shengpeng
9
ZHANG
Yongying
(Qinghai
Province
Basic
Surveying
and
Mapping
Institute
,
Xining
810001,
China)
Abstract
:
A
new
generation
of
BDS
high-precision
datum
service
pla
廿
orm
of
Qinghai
Province
is
introduced
in
this
paper.
The
platform
has
functions
such
as
user
management?
data
processing,
spatial
environment
monitoring,
and
high-precision
positioning.
This
plat
form
can
satisfy
the
diverse
needs
of
various
users,
and
follows
the
construction
principles
of
standardized
management,
strong
scalability,
good
reality,
good
practicability,
strong
secur
ity?
and
forward-looking.
Keywords
:
CORS
；
service
pla
廿
orm
；
system
design
；
database
；
benchmark
2024年5月19日发(作者：沐昊空)
第
45
卷第
2
期
2020
年
4
月
DOI
：
10.
13442/j.
gnss.
1008-9268.
2020.
02.
015
全球定位系统
GNSS
World
of
China
Vol.
45
,No
・
2
April
,2020
青海省新一代
BDS
高精度基准
服务平台的构建
李延龙
，
張生鹏
，
張永荥
(青海省基础测绘院
，
青海西宁
810001)
摘
要
：
介绍了青海省新一代北斗卫星导航系统
(
BDS)
高精度基准服务平台.该平台具
备用户管理
、
数据处理
、
空间环境监控
、
高精度定位等功能
，
可以满足系统管理员
、
行政领导
、
单
位用户和实时动态
(RTK)
测量用户在内的各种用户的多样化需求
，
并且遵循了管理标准化
、
可扩展性强
、
现势性好
、
实用性好
、
安全性强
、
具有前瞻性等建设原则.
关键词
：
CORS
；
服务平台
；
系统设计
；
数据库
；
基准
中图分类号
：
P22
&
4
文献标志码
：
A
文章编号
：
1008-9268(2020)02-0091-07
0
引言
为满足国家政府部门
、
各种用户对测绘成果资
增大的问题重新设计了播发服务框架⑶
，
基于
CORS
提出了高精度事后服务应用⑷.然而目前
CORS
系统主要还是以垂直服务模式为主
，
即
CORS
解算服务器直接与用户接收机通信并发送
料的不同需求
，
促进地方测绘地理信息事业发展
，
全国各省市大力推动现代测绘基准体系的应用
，
在
改正数据
，
同时还需要处理用户的业务请求以及其
位置服务领域上取得了显著成效•维持测绘基准体
系需要精确的框架位置坐标
，
目前高精度定位主要
他数据请求的功能
，
在此过程中存在以下几个问
题
：
1)
是在数据传输方面由于用户可以通过发送初
始坐标来直接访问解算服务器
，
然后服务器直接将
改正数据发送给用户
，
在这一过程中存在基准站数
依据全球卫星导航系统
(GNSS)
卫星定位来实现
，
包括精密单点定位
(PPP)
和差分定位
(
RP)
两种模
式
，
PPP
需要精密星历
、
卫星钟差等产品方能达到
厘米级的定位
，
并且需要一段时间收敛
，
满足不了
大众用户对实时定位的需求
，
目前实时定位主要采
据解算服务器泄密的风险;
2)
用户需要对接收的观
测值数据进行格式转换
、
坐标转换等处理后方可使
用
，
不利于非测绘行业用户的推广使用.本文详细
介绍了基于青海的北斗卫星导航系统
(BDS)
高精
用差分定位
，
各个省通过建立连续运行卫星参考站
(CORS)
来实时不间断地接收卫星观测值并通过
度服务平台的构建过程;
3)
目前人民不仅对位置服
数据中心进行解算
，
最后将改正数播发给用户从而
高精度定位服务
，
它改善了传统的作业方式
，
大大
地提高了作业的效率
，
节约了作业成本
，
目前各个
省市都在积极完善
CORS
服务系统
，
在广东
、广
务的精度有应用依赖
，
对位置服务的广度也不断提
高
，
许多新的市场需求也在急剧增加
，
然而
CORS
系统提供的服务单一
，
没有充分挖掘
CORS
的服
务潜力
，
不能满足大众应用领域对高精度位置服务
的深度和广度的需求.
西
、
江苏
、
浙江
、
河南等地都已经开展了针对
CORS
的服务应用与推广.提出了基于
CORS
位置云服
务的高并发技术研究工
，
针对
CORS
服务平台提
出了设计思想以及系统功能特色
，
利用省内现有
CORS
资源
，
对
CORS
系统优化整合⑵
，
针对用户
青海省卫星导航连续运行基准站综合服务系
统
(QHCORS)
由青海省藏区卫星导航综合服务系
统和青海省东部地区
BDS
地基增强系统构
成匚
管理模块研究开发了管理服务平台
，
并针对用户量
收稿日期
：
2020-01-16
通信作者
：
李延龙
：
395743396@qq.
com
92
全球定位系统
第
45
卷
QHCORS
系统包含全省
80
座连续运行基准站
，
通过现代通讯网络为青海省提供高精度
、
高效率
、
全覆盖的测绘基准服务.目前
QHCORS
管理平台
采用
Trimble
公司研发的
Pivot
软件
，
该软件能进
行基本的
CORS
网管理和数据处理
，
为实时测量
用户提供包含虚拟参考站数据的
RTCM
电文
，
从
而实现实时动态
（
RTK
）
测量皈.但对于
CORS
管
理还存在以下不足
：
管理员对注册使用的
CORS
用户的管理操作都是直接操作底层的
SQL
Server
数据库
，
这样存在安全隐患
，并且操作效率很低;不
能够提供实时的坐标转换
.GNSS
基线网平差等功
能
，
使得用户作业进程变慢
；
没有更充分的开发基
于
QHCORS
的衍生服务⑺
，
使得
QHCORS
的服
务对象主要是测绘行业
，
其他行业对
QHCORS
的
应用相对较少⑻•针对上述问题
，
本文提出了一套
全新的
CORS
服务系统架构
，
解决了基准站涉密
数据安全性以及用户高并发请求的问题
，
构建了青
海省高精度基准服务平台.
1
平台设计方案
1
・
1
平台目标
本文构建了一个包含
BDS
基准站管理服务系
统
、
BDS
基准站空间环境监测系统和
BDS
基准站
自动化变形监测系统三个子系统的
QHCORS
高
精度基准服务平台•基准站管理服务系统主要包括
对
QHCORS
运行状态进行实时监控
、
异常基准站
维护
、
用户分类管理
、实时定位及事后定位,空间环
境监测系统主要包括实时电离层空间环境产品的
生成
，
及未来数小时内的短临空间环境状况预报等
功能，
自动化变形监测系统可提供全自动化
、
全天
候
、
高精度变形监测服务
，
用户可自主接入基准站
和监测站
，并对监测站的变形数据进行实时和长时
分析
，
统计监测点位移速率
、
实时位移以及累计位
移等
，
对可能发生灾害的监测点进行及时预警⑼.
本平台提高了
QHCORS
的运维服务管理水平
，
进
一步完善了之前的系统,推动了
QHCORS
行业的
发展
［
叭
1.2
平台架构
青海省
BDS
高精度基准服务平台采用三层
B/S
架构
，
基于
ASP.
NET
技术开发系统应用平
台
，
整个系统分为表示层
、
逻辑层和数据层口口.
如图
1
所示
，
系统的逻辑结构主要由
QHCORS
基准站
.Pivot
服务器和青海省
BDS
高
精度基准服务系统以及各种类型的用户
（
包括
RTK
测量用户
、
实时动态码相位差分技术
（
RTD
）
用户以及多终端管理用户等
）构成
，
它们通过有线
（
以太网
）
和无线
（
通信链路
）
进行实时链接和数据
传输.
青海映精度
图
1
系统逻辑结构图
青海省
BDS
高精度基准服务系统提供基于
VRS
技术的
CORS
运维管理功能
，
在
Pivot
服务
器与接收机用户
/WEB
用户之间加入一台服务器,
用户可直接与该服务器连接并享受各种服务•其网
络拓扑图如图
2
所示
,CORS
基准站与服务器之间
通过专线网络进行连接
，
网站服务器和
Pivot
服务
器处于同一局域网内
，
通过路由器进行数据交换
，
GIS
用户
、
RTK
用户和移动端用户通过无线通讯
基站向服务器发送请求
，
浏览器用户则直接通过以
太网向服务器发送请求.
CORS
基准站
图
2
网络体系结构图
第
2
期
李延龙
，
等
：
青海省新一代
BDS
高精度基准服务平台的构建
93
1.3
平台安全防护
数据中心的数据输入端
、
涉密计算机内网
、
差
分改正数输出端以及数据播发服务端安全升级改
造主要工作分别如下
：
1）
基准站数据输入端安全升级改造
，
①
在基准站专网和涉密计算内网之间
（
数据输
入端
）
部署单向光闸设备和基准数据格式规约软
件
，
对实时数据流的内容进行规约和审计
，
实现基
准站合规观测数据流
，
将基准站合规观测数据流
、
文件单向导入到涉密计算内网进行计算
；
②
对于涉密计算机数据处理需要的精密星历
文件和
DCB
文件等需要通过互联网进行下载
，
将
下载的国际
GNSS
服务
（
IGS
）
数据文件通过防火
墙传输至
IGS
数据导入前置机
；
③
数据解算所需
IGS
数据文件同样通过基准
站专网和涉密计算内网的单向光闸导入涉密计算
内网进行数据处理.
基准站数据输入端安全升级改造后架构如图
3
所示.
刚
容
观测数据
,,x
单向光闸
涉密广域专网
图
3
输入端架构图
2
）
涉密计算机内网安全升级改造
①
在涉密计算机内网和数据播发交换子网
（
产
品播发输出端
）
之间部署数据产品内容审计软件和
单向光闸设备
；
②
基准站观测数据在涉密计算网进行数据处
理后
，
产出格网化差分改正数
，
经内容审计软件审
核后
，
发送至数据播发交换子网和数据播发服务子
网
，
实现非涉密合规数据产品单向导出到非涉密
网.
涉密计算机内网安全升级改造后架构如图
4
所示.
计算机服务器
服务中间机
（
标签检测和删除
）
涉密计算内网
数据播发交换子网
图
4
内网安全改造架构图
3
）
差分改正数输出端安全升级改造
①
数据播发交换子网负责对数据产品再次审
核并去除内容审计软件植入的软件标签
，
数据播发
服务子网负责用户交互服务
；
②
数据播发交换子网和数据播发服务子网之
间通过防火墙进行安全保护.
差分改正数输出端安全升级改造后架构如图
5
所示.
数据播发交换子网
数据播发服务子网
（
互联网
）
图
5
输出端改造架构图
4
）
数据播发服务端安全升级改造
①
数据播发服务端
（
互联网
）
设置产品播发服
务器
，
安装专业软件实现用户管理和差分改正数的
播发等功能
；
②
流动站用户作业保持原有交互模式不变
，
即在作业时将其概略位置上传到数据中心
，
数据中
心将差分改正数发送至用户.
数据播发服务端安全升级改造后架构如图
6
所示
：
最终改造完成的省级数据中心节点主要由基
准站专网
（
非涉密广域专网
）、涉密计算内网
、
数据
播发交换子网
（
非涉密网
）
、
数据播发服务子网
（
互
联网
）
等组成
，
以满足安全改造相关要求.
94
全球定位系统
第
45
卷
认证用户
r%
*
实时服务
互联网、
）
用瞬谿
数据播发服务子网
（
互联网
）
图
6
数据播发服务端安全升级改造架构图
2
平台主要功能设计与实现
本平台的实现主要利用
ASP.
NET
和
AJAX
（
Asynchronous
JavaScript
and
XML
）
技术
，
在界
面设计上遵循了简单明了原则
、方便使用原则、
用
户导向原则.
2.1
管理服务模块
用户管理功能模块主要由用户注册
、
权限管
理
、
计费管理
、
报表输出
、
轨迹显示等组件组成口灯
，
如图
7
所示•用户注册组件实现
WEB
用户的注册
功能;权限管理实现
WEB
用户的权限分配功能
；
计费管理组件完成对用户费用的管理
，
并对用户的
单位账户进行监控
;
报表输出组件实现用户信息的
查询报表输出功能;轨迹显示组件实现对用户实时
位置的显示功能
，
并对用户作业区域是否合法进行
监控.
RTK
用户
Web
用户
账户管理
用户信息用户位置用户区域
/
管理
管理
査询轨迹监控计费管理
数据库
图
7
用户管理模块图
系统管理功能模块的程序实现主要由地图服
务
、
天地图
API
、
数据库操作
、日志服务
、
查询等组
mi
妥鹭器系豔心
跟
…
畑
W
二路
"
数据库
图
8
系统管理模块图
件组成
，
如图
8
所示.地图服务组件采用天地图
API
组件
，
实现用户位置在地图底图上的实时位置
显示
，
并具有放大
、
缩小
、
漫游及测距功能
；
数据库
操作及查询组件完成对数据库中信息的读写
、
统计
查询
，
实现用户缴费记录查询
、
系统查询统计功能
；
日志服务组件实现对管理员操作信息的记录功能.
2.2基准框架维持模块
现代坐标框架是动态或者准动态的•从地球动
力学的观点来看
，
地面点坐标因板块运动
、
地壳形
变
、
潮汐负荷等因素的影响而发生变化
，
因此对于
一个高精度的坐标系必须考虑该坐标系的维持问
题
，
即需按一定的复测策略保证站坐标和速度的不
断精化•根据范围
、
实现及应用的不同
，
可以把地球
参考框架的维持简单地分为全球参考框架维持和
区域参考框架维持.
利用
GNSS
技术建立地心坐标参考框架可采
取如下基本步骤
：
1
）
建立观测台站
，
进行空间测量•测站的选取
可参照
ITRF
参考站标准.一般而言
，
高精度的测
站位置仅需短期观测即可得到
，但测站速度必须累
计至少一年的观测资料
；
2）
根据协议约定
，
按照参考框架的基准定义
采用国际推荐的模型参数
、
常数
、
对观测数据进行
处理
，
解算测站坐标及
EOP
参数
；
3
）
建立测站坐标及
EOP
参数序列
，
获得各种
技术的周解
SINEX
文件
，
实施技术内组合得到每
种技术的长期解
；
4）
检验并置站间局部联系的可用性及准确性
，
联合不同技术的长期解进行技术间组合
，
获得技术
间组合的长期解,从而确定参考框架.
2.3
坐标转换模块
由于目前正处于
CGCS2000
坐标系过渡期
第
2
期
李延龙
，
等
：
青海省新一代
BDS
高精度基准服务平台的构建
95
间
，许多测绘成果都需要从以前的参心坐标系下转
换到目前的地心坐标系下
，
本系统基于此设计了一
套坐标转换模块,提供丰富的坐标转换服务.
将基于
CGCS2000
坐标系平面坐标成果
夕
）
2000,
根据已有的转换参数
，
经平面四参数转换
模型转换后得到基于
CGCS2000
椭球的独立坐标
系
（
力
9y
）
dl.
_
x2
_
—
—
"x0
_
+
(l
+
m)
"cos
a
sin
a
~
__
sin
a
cos
a_
式中
：
为平移参数,单位为
m
；
cz
为旋转参
数
，
单位为
s
；
m
为尺度参数
，
单位为
ppm
（
即
ICT
6
）
；
允
1,
夕
1
为源坐标系下的平面直角坐标
，
单
位为
m
；
x2
9
^2
为转换后目的坐标系下的平面直
角坐标
，
单位为
m.
将
CGCS2000
坐标系空间直角坐标成果
（
X,
Y,Z
）
2°
oo
，
根据已有的七参数经空间七参数转换模
型转换后得到
1980
西安空间直角坐标
（
X,Y,
Z
）
8
。
，
将
（
X,Y,Z
）
8
。
转换为大地坐标形式
（
£,
l
,
H
）
8
。
，
将得到的
1980
西安坐标系成果
（
£,L,
H
）
198
o
取各点的大地经度
L
及大地纬度占
，
以
3°
带投影按高斯正算公式投影得到平面允
，
夕坐标
，
并对夕坐标加带号
，
得到各点
1980
西安坐标系下
的国家统一坐标.
+
（
1
+
加
）
2?1
（
“
）
2?2
（
5
）
^3
（
6
）
(2)
00
W
=
0
cos
e
sm
e
0
—sm
“
COS
S
cos
0
—
Sill
&
（
£
『
）
=
0
1
0
sm
0
COS
cos
e
sm
e
01
&
（
"
）
=
—sm
e
cos
e
0
00
1
(3)
式中
：
xQ
9yQ
9
zQ
为平移参数
，
单位为
m
；
6,5,6
分别为力
，
夕
，
之轴角度旋转角度
，
单位为
s
；
m
为尺
度缩放参数
，
单位
ppm
（
即
ICT6
）
；
X$,Y$,Z$
为源
坐标系下的空间直角坐标,单位为
m
；
为转
换后的空间直角坐标
，
单位为
m
・
乙独立坐标系与
1980
西安坐标系没有直接
关系
，
他们的转换需要先过渡到
CGCS2000
坐标
系下
，
再进行转换•对于基于
CGCS2000
独立坐标
系下的
GPS
点成果
，
采用如下途径转换至
1980
西
安坐标系下
：
1
）
将基于
CGCS2000
独立坐标系下的
GPS
点坐标
（
允
，
夕
）
按高斯投影反算公式
，
得到基于
CGCS2000
坐标系下的大地坐标
£
、
L,
并结合该
点的大地高
H,
得到各点的基于
CGCS2000
坐标
系的大地坐标
（占
,L
,H
）
2000
；
2
）
根据已有的转换参数
，
将各点基于
CGCS2000
坐标系的大地坐标
（
B
9
L
9
H
）
2
ooo
换算
至
1980
西安坐标系下的大地坐标
（
占丄
，
H
）
i98
。
；
3
）
将得到的
1980
西安坐标系成果
（
£,L,
H
）
198
o
取各点的大地经度
L
及大地纬度占
，
以
3°
带投影按高斯正算公式投影得到平面允
，
夕坐标
，
并对夕坐标加带号
，
得到各点
1980
西安坐标系下
的国家统一坐标.
最后
，
利用区域似大地水准面格网模型和双线
性内插的方法计算出待转点位置上的高程异常并
计算出正常高.
2.4
空间环境监测
实现系统完好性监测
，
实时获取系统运行状
况
，
及时以短信
、
邮件等多种形式预警管理员和相
应的用户并做出应对和处理
，
包括对基站情况
、
软
件硬件网络情况
、
用户实时计费情况
、
用户作业情
况等进行实时监测口
U
空间环境监测需要实时求得所在区域的电离
层电子密度变化图
，
GNSS
观测量主要包括码和载
波相位两类观测
，
GPS
基本观测方程为
pk
3
=p
+
c
（九
t
—
护
）
+
c
（
&厂
丁
一
dr
R
）
+
〃抜+
T
迁
R
+£
策
+£
影+
M
严
+瓦
+
“
，
（
4
）
兀
（
£
）
=p+
入
kN
丘
+
c
（
§£丁
—&严
）
+
cCdr
T
-dr
R）
~ir
R
+
Trp
R
議+砖上+
rrik
，
R
+族.
（
5
）
图
9
所示为基于像素基的电离层层析原理图
，
电子密度重构是典型的求反问题
，
即基于观测到的
斜向电离层总电子含量
（
STEC
）
来重构待反演区
域的电子密度三维分布信息.
96
全球定位系统
第
45
卷
首先将待反演的观测区域进行三维格网化
，
如
图
9
所示
，
GPS
卫星信号的传播路径可以近似地
看成直线•事先选取一组合适的基函数
b")
模型
化待反演的电离层电子密度.
占
•
bj
(r)
9
(6)
式中
J
表示所氐基函数的个数
=
表示基函数的系数•对每条射线路径上的
TEC
值
：
STEG
(
£
)
=J
£七(£)乞
d)ds,
=
》
◎(£)
］
bj
(r)d5
，
=
1,2,
・・・
,M
・
(7)
式中
：
M
为观测到的
STEC
值总个数(或
GPS
射
线数)•令
.=
［
乞
(r)d5
代替式
(
7)
中的积分项.
考虑到
GPS
测量中噪声的问题
，
那么每条
GPS
信
号传播路径上的
STEC
值可表示为
=
+"
・
(8)
将式⑻沽向量的形式表示
，
得
：
STEC=A
・
x
+
e
,
(9)
式中
:
STEC
为
STEC
观测值组成的列向量;
A
为
设计矩阵;
x
为基函数的系数组成的列向量
，
在电
离层层析中
，
该系数即为电离层电子密度所构成的
列向量;
£
为观测噪声组成的列向量
，
通过得到的
电离层电子密度层析图
，
可以作为进行空间环境监
测的有力依据.
3
平台应用
3.
1
RTK
测量
BDS
高精度基准服务平台重点解决了阻碍
BDS
CORS
应用推广的管理封闭
、
信息闭塞等核
心问题，
可有效提高
RTK
用户测绘作业效率
，
大
幅降低测绘作业的人力
、
物力成本.同时实现了多
级授权的
CORS
系统信息化管理
，
可有效降低系
统管理人员的工作强度
，
提高系统管理效率
，
使
CORS
系统管理与服务更加透明
、
更加合理
、
更加
高效.
3.2
框架维持速度场
平台可利用实时空间环境监测模型及双差解
算技术自动维持测绘基准框架
,50
殳
m
基线精度小
于
3
mm,
更新率小于
24
h.
该成果可用于
CGCS2000
静态框架维持
，
建立和维持区域动态框
架
，
确保测绘基准框架的精度和可靠性.当遭遇自
然灾害时,测绘基准服务可快速恢复.
3.3
坐标转换及精度分析
本平台通过坐标投影方程
，
建立参考椭球下的
大地坐标和平面直角坐标间的关系
，
实现大地坐标
和平面直角坐标的相互转换
，
能够根据用户提供的
CGCS2000
坐标成果
，
自动判定点所在区域
，
并提
取相应的转换参数计算得到该点对应的独立坐标
系成果和
1980
西安坐标系成果
，
同时计算出该点
的正常高
，
以便进行似大地水准面成果的确定.
自动判定点位落入区域时采用定向射线法
，该
方法是判定点与多边形内外关系的通用方法
，
也是
唯一能解决点与含有孔洞的复合多边形的位置关
系的算法•定向射线法根据从待定点引出的一条射
线与多边形边界交点数的奇偶性来判定该点是否
包含于多边形中
，
算法简单,易实现
，
效率高.
3.4
空间环境监测
平台可以利用
GPS
实时观测数据
，
通过反演
实时建立区域高精度多维电离层模型
，
实现对区域
三维电离层
、
二维电离层精细形态特征的实时监
控•其中
，
三维电离层监控精度小于
2
TECU,
这样
可以满足工程和科研应用的需求.
4
总结
该系统结合了目前国际上最新的
GNSS
数据
处理理论和方法
，
在结合生产实践的基础上
，
搭建
一套与实践结合紧密
，
技术领先的
CORS
综合管
理及拓展服务系统平台.为青海
CORS
构建了一
套界面美观
、
功能丰富
、
运行稳定的
BDS
位置综合
服务平台
，
为全省范围内的
GNSS
用户提供高精
度的三维
、
动态基准•此外
，
系统中的空间环境监测
子模块充分发挥
CORS
的应用价值
，
扩大
CORS
的影响力
，
拓展了其他行业单位的使用•此平台极
大地提高了相关行业用户的作业效率
，
同时为规范
和监管测绘地理信息市场提供了有效的数据支持
，
也为其他省市的
CORS
平台建设提供参考
［
⑷.
第
2
期
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datum
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LI
Yanlong,
ZHANG
Shengpeng
9
ZHANG
Yongying
(Qinghai
Province
Basic
Surveying
and
Mapping
Institute
,
Xining
810001,
China)
Abstract
:
A
new
generation
of
BDS
high-precision
datum
service
pla
廿
orm
of
Qinghai
Province
is
introduced
in
this
paper.
The
platform
has
functions
such
as
user
management?
data
processing,
spatial
environment
monitoring,
and
high-precision
positioning.
This
plat
form
can
satisfy
the
diverse
needs
of
various
users,
and
follows
the
construction
principles
of
standardized
management,
strong
scalability,
good
reality,
good
practicability,
strong
secur
ity?
and
forward-looking.
Keywords
:
CORS
；
service
pla
廿
orm
；
system
design
；
database
；
benchmark