CORS系統(tǒng)實時地方坐標測量的保密模式研究

張黎，蒲德祥，夏定輝，高翔，周玉清

(重慶市地理信息中心，重慶 401120)

CORS系統(tǒng)實時地方坐標測量的保密模式研究

張黎?，蒲德祥，夏定輝，高翔，周玉清

(重慶市地理信息中心，重慶 401120)

以重慶GPS綜合服務系統(tǒng)(CQGISS)為例，在綜合分析幾種參數(shù)保密技術(shù)基礎(chǔ)上，探尋城市CORS系統(tǒng)在參數(shù)保密情況下提供地方坐標系成果的新模式。

CORS；VRS；保密

1 引 言

近年來，全國大部分城市陸續(xù)建立了連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)(簡稱CORS系統(tǒng))，城市CORS系統(tǒng)通過已建永久性基準站GPS網(wǎng)絡(luò)，向社會用戶在測繪、導航、氣象、救災等領(lǐng)域提供高精度、時間、空間基準服務。城市CORS系統(tǒng)在廣泛應用時存在急需解決的技術(shù)問題，體現(xiàn)在:目前的CORS系統(tǒng)僅直接提供實時WGS－84坐標定位服務，未能滿足用戶在實際工程中實時獲取地方坐標需求，其原因表現(xiàn)在:①有的CORS系統(tǒng)建立后，沒有計算WGS－84與地方坐標系之間的參數(shù)，無法提供實時坐標；②有的CORS系統(tǒng)建立后，計算了WGS－84與地方坐標系之間的參數(shù)，考慮實際應用需求與國家關(guān)于基礎(chǔ)測繪成果保密要求相矛盾，CORS管理部門不能直接向用戶提供這些參數(shù)，導致無法實時獲取地方坐標。為了推廣GPS實時測量的應用，本文針對第二種情況對地方坐標測量的保密模式進行分析研究，以重慶市GPS綜合服務系統(tǒng)為例探討在保證城市CORS系統(tǒng)坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的安全、防止參數(shù)泄密前提下，推動CORS系統(tǒng)廣泛應用所需要解決的關(guān)鍵技術(shù)和方法。

2 城市CORS系統(tǒng)實時地方坐標測量參數(shù)保密模式

CORS系統(tǒng)實時地方坐標測量現(xiàn)狀，CORS系統(tǒng)所提供實時定位服務的基準為WGS－84坐標系，而用戶尤其是測繪用戶根據(jù)工程需要，要求快速獲取在地方坐標系或1954北京坐標系、1980西安坐標系下的成果。目前普遍采用先在測區(qū)內(nèi)找3個及以上高等級控制點并測量使用點校正方法求取相應的轉(zhuǎn)換參數(shù)，再將實時測量點的WGS－84坐標轉(zhuǎn)換為地方坐標。客觀上由于近年來許多城市由于城鎮(zhèn)化或大面積開發(fā)等因素導致原來控制點嚴重破壞，控制點實地尋找困難，不容易獲取相關(guān)參數(shù)。現(xiàn)在大部分CORS建設(shè)管理單位在系統(tǒng)建設(shè)后通過聯(lián)測計算了一套在覆蓋范圍內(nèi)的高精度坐標系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，由于保密需要，無法向其他單位直接提供使用。因此，研究一種既能保證坐標參數(shù)安全，又能實現(xiàn)地方坐標基準下的網(wǎng)絡(luò)RTK實時測量系統(tǒng)應用模式十分必要且有用。經(jīng)分析調(diào)查研究，可行模式主要有:①事后數(shù)據(jù)處理模式；②基于用戶端的參數(shù)保密模式；③基于服務器端的參數(shù)加密及播發(fā)模式。

2.1 事后數(shù)據(jù)處理

CORS系統(tǒng)提供的地方坐標測量主要采用事后數(shù)據(jù)處理模式，其基本原理:首先用戶利用CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK服務外業(yè)實時獲取測量點的WGS－84坐標，在內(nèi)業(yè)下載觀測數(shù)據(jù)、整理后，按固定格式提供到CORS系統(tǒng)管理單位按照相關(guān)管理流程(如圖1所示)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，其次管理單位按照質(zhì)量驗收規(guī)定及質(zhì)量控制流程將轉(zhuǎn)換成果提交給用戶單位。該處理模式可細分為兩種，一種是全人工轉(zhuǎn)換，優(yōu)點在于可對用戶提供數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析判斷，參數(shù)保密好，但存在人為因素，可能造成一些錯誤，轉(zhuǎn)換效率不高，同時不便于用戶信息管理與查詢；另一種是基于互聯(lián)網(wǎng)Web網(wǎng)頁的坐標轉(zhuǎn)換，在保證參數(shù)安全的前提下，以動態(tài)連接庫形式將坐標轉(zhuǎn)換功能發(fā)布在網(wǎng)頁上，授權(quán)用戶登錄Web網(wǎng)頁按要求提交數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并將轉(zhuǎn)換后成果播發(fā)到用戶指定郵箱，優(yōu)點在于保證用戶可在線實時獲取地方坐標，方便用戶的管理與信息的統(tǒng)計，不足在于系統(tǒng)很難自動識別用戶所提交數(shù)據(jù)的非標準格式。

事后數(shù)據(jù)處理模式在一定程度上解決了在參數(shù)保密的前提下用戶得到當?shù)刈鴺说男枨螅淙秉c在于無法實時提供當?shù)刈鴺耍绊懽鳂I(yè)效率。

圖1 管理流程

2.2 基于用戶端的參數(shù)保密模式

為推動網(wǎng)絡(luò)RTK的地方坐標實時測量，國產(chǎn)GPS設(shè)備供應商為此進行參數(shù)保密應用開發(fā)，對參數(shù)加密處理，控制人員作業(yè)范圍、時間等。其加密主要過程為:

(1)在室內(nèi)將參數(shù)導入到參數(shù)加密軟件中；

(2)軟件按相關(guān)加密算法對參數(shù)加密存儲為特殊格式；

(3)接收機端安裝與加密軟件相匹配的解密軟件對參數(shù)解密；

(4)在參數(shù)解密后軟件將觀測數(shù)據(jù)成果直接轉(zhuǎn)換到地方坐標。

以南方RTK數(shù)據(jù)處理軟件為例，作業(yè)前先將參數(shù)文件輸入到加密軟件中，再將參數(shù)以加密文件格式(ER)輸出到手簿指定位置后，如圖2所示，作業(yè)過程中手簿調(diào)用解密文件的參數(shù)直接獲取相應坐標系坐標。

圖2 加密文件生成

目前國產(chǎn)GPS接收機均能實現(xiàn)該功能。其缺點為:①兼容性差，由于GPS設(shè)備手簿差異，不同廠家的GPS設(shè)備須開發(fā)不同軟件來適應加密處理，開發(fā)工作量大且容易出錯；②參數(shù)保密性不強，由于采用特定加密算法加密，長時間使用后算法易被破解。

2.3 基于服務器端的參數(shù)保密模式

該模式基于Trimble VRS技術(shù)，其可擴展性強，預留端口可接收GPSNet計算得到的改正信息。其原理為:在已有的CORS系統(tǒng)中增加一個與GPSNet相連的中間服務器，流動站不作任何改變，原有接收機手簿繼續(xù)按已有功能使用，通過手簿已有的設(shè)置轉(zhuǎn)換參數(shù)和坐標投影功能，用戶直接得到當?shù)刈鴺讼底鴺恕Ｖ虚g服務器主要有以下功能:

(1)通過GPRS與流動站進行雙向通訊:接收流動站信息，發(fā)改正后的VRS信息給流動站；

(2)與GPSNet通過互聯(lián)網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)發(fā)流動站信息給GPSNet，接收GPSNet的VRS信息；

(3)將GPSNet生成測VRS信息進行改化:GPSNet發(fā)送的VRS信息中包含虛擬基準站的WGS－84坐標，中間服務器將此坐標信息提取出來，并通過一定的轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換到另一坐標系中，并生成改化后的VRS信息，該信息由改化后的虛擬基準站坐標和RTK改正信息構(gòu)成。中間服務器的轉(zhuǎn)換參數(shù)可根據(jù)系統(tǒng)的需要進行改變，用戶流動站的轉(zhuǎn)換參數(shù)設(shè)置則根據(jù)中間服務器的參數(shù)變化進行相應的改變。

其工作數(shù)據(jù)流程如圖3所示。

圖3 服務器端加密數(shù)據(jù)流程

該方法用戶手簿應具備以下功能:設(shè)置不同空間直角坐標系之間相互變換的七參數(shù)，選擇或定義指定的橢球參數(shù)，設(shè)置高斯投影的中央子午線經(jīng)度，設(shè)定標準高斯坐標到地方平面坐標的尺度比和平移常數(shù)。

這樣，用戶接收到的改正數(shù)是一個通過轉(zhuǎn)換后的改正，用戶手簿中的參數(shù)也不是直接由WGS－84坐標轉(zhuǎn)換到當?shù)刈鴺耍侵虚g服務器轉(zhuǎn)換后的坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到當?shù)刈鴺讼抵小Ｓ脩粼诓磺宄虚g轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下是無法直接從WGS－84坐標轉(zhuǎn)換到當?shù)刈鴺恕Ｖ虚g服務器的轉(zhuǎn)換參數(shù)可根據(jù)系統(tǒng)的需要進行改變，用戶流動站的轉(zhuǎn)換參數(shù)設(shè)置根據(jù)中間服務器的參數(shù)變化進行相應的改變，增強了參數(shù)的保密性。

該模式完全實現(xiàn)了在參數(shù)保密前提下地方坐標系成果的實時獲取，且兼容性強，對用戶接收機無需任何改動，已在重慶市GPS綜合服務系統(tǒng)(CQGISS)中得到了廣泛應用。

3 CQGISS實時地方坐標測量平臺介紹

重慶市地理信息中心組織開發(fā)的“CQGISS實時地方坐標測量平臺”，采用基于服務器端的參數(shù)保密模式，實現(xiàn)了用戶實時地方坐標系成果的獲取。該平臺系統(tǒng)結(jié)果如圖4所示。

圖4 平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該平臺在已有的 CORS系統(tǒng)[1]中增加一個與GPSNet相連的中間服務器，流動站不作任何改變，原有接收機手簿繼續(xù)按照已有功能使用，通過手簿已有的設(shè)置轉(zhuǎn)換參數(shù)和坐標投影功能，用戶直接得到重慶地方坐標。

其以中間服務器技術(shù)為核心，采用ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎實現(xiàn)對空間相關(guān)信息的集成管理、共享發(fā)布，嚴格遵循數(shù)據(jù)層/邏輯層/表現(xiàn)層的三層體系結(jié)構(gòu)，靈活運行服務器/客戶機/瀏覽器的三種工作模式，提供參數(shù)管理、坐標轉(zhuǎn)換計算、電文解碼編碼、用戶信息顯示、查詢、報表等管理、用戶賬戶管理等全面功能，能實現(xiàn)滿足用戶對實時平面和高程定位成果的需求的CQGISS實時地方坐標測量平臺，是對已有CORS的擴展，其對于充分發(fā)揮CQGISS在城市建設(shè)和社會服務中的作用具有重要意義。

系統(tǒng)平臺開發(fā)完成后，對整個平臺進行了測試。測試的內(nèi)容包括手簿坐標參數(shù)的獲取、平臺保密功能的實現(xiàn)。對CQGISS覆蓋范圍內(nèi)均勻分布的9個高等級地方坐標系控制點進行網(wǎng)絡(luò)RTK觀測，手簿中輸入經(jīng)中間服務器平移處理后的偽七參數(shù)，實時測量得到地方坐標系成果，與已知點成果比較，結(jié)果如表1所示。

測試結(jié)果統(tǒng)計表 表1

測試成果表明，經(jīng)CQGISS實時地方坐標測量平臺處理后實時測得的地方坐標完全能夠滿足外業(yè)高精度測量要求，手簿僅需輸入與服務器端配套的偽參數(shù)即可。

4 結(jié) 論

在參數(shù)保密情況下的用戶地方坐標獲取主要有三種手段，分別是事后處理、基于客戶端的參數(shù)轉(zhuǎn)換和服務器端的參數(shù)保密處理。對于實時性要求不強的用戶，可采用第一種模式；對于較大型且采用同種品牌設(shè)備的用戶，可采用第二種模式；在需要實時得到地方坐標，且用戶接收機品種較多情況下，采取第三種模式進行。CQGISS用戶群體逐年擴大，且采用設(shè)備種類繁多，隨著CQGISS實時地方坐標測量平臺開發(fā)完成，必將提高效率，為用戶提供更加方便快捷的服務，進一步推動已建的CORS系統(tǒng)在高精度方面的應用。

[1]羅靈軍，徐永書，夏定輝等.重慶市連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務系統(tǒng)(CQGISS)建設(shè)[J].測繪科學，2007，12(6): 164～166

Research on Secrecy Mode for Real Time Survey Based on CORS

Zhang Li，Pu DeXiang，Xia DingHui，Gao Xiang，Zhou YuQing
(ChongQing Geomatics Center，ChongQing 401120，China)

This paper takes the Chongqing GPS Integrated Service System(CQGISS)for example，based on analysis of several secrecy mode，explore the new model of city CORS provide real time Coordinates results.

CORS；VRS；secrecy

1672－8262(2010)04－90－03

P228

B

2010—03—05

張黎(1980—)，男，工程師，從事GPS及測繪質(zhì)檢工作。