搭建BDS衛星時空信息綜合服務平臺的探討

成夏葳，王小瑞，聶建亮

(1.西安科技大學，陜西 西安 710054；2.國家測繪地理信息局大地測量數據處理中心，陜西 西安 710054)

搭建BDS衛星時空信息綜合服務平臺的探討

成夏葳1，王小瑞2，聶建亮2

(1.西安科技大學，陜西 西安 710054；2.國家測繪地理信息局大地測量數據處理中心，陜西 西安 710054)

為了進一步增強BDS服務國民經濟和社會發展的能力，針對我國BDS和區域連續運行基準站網建設快速發展的現狀，提出以BDS衛星導航定位信息、基礎地理信息、遙感影像為基礎資源，同時融合多行業多源基礎數據，搭建區域BDS衛星時空信息綜合服務平臺的方法，建立多行業互聯互通機制，實現基礎資源共享，提升防災減災、車輛導航、重大突發事件應急處置、重大工程安全監測等方面的保障服務水平。

BDS；時空信息；服務平臺

0 引言

自從北斗衛星導航系統(BeiDou navigation satellite system，BDS)于2012-12-27正式提供區域服務，并公布BDS信號接口控制(interface control document，ICD)正式版以來，BDS已經在國民經濟的各個領域得到廣泛應用[1]。本文將基于BDS和區域連續運行基準站網(continuously operating reference station，CORS)建設，利用BDS衛星時空基礎數據資源，融合多期空間大地測量數據、多尺度遙感地理信息數據和行業專業數據等基礎資源，研究實現區域(省、市、自治區)空間地理信息數據的實時化獲取和全覆蓋，搭建BDS時空信息與測繪、交通、地質、氣象、環保等行業信息共享的綜合服務平臺，為區域突發事件應急保障、重大工程建設、交通旅游、民生關愛等信息需求提供應用服務的參考。

1 國內連續運行基準站網建設現狀

1.1 國家級基準站網建設現狀

從1992年到1998年，國家測繪局與國際機構合作或獨立建設了8個國家級基準站，其中有4個站為國際全球導航衛星系統(global navigation satellite system，GNSS)服務站。2000年，中國地殼運動觀測網絡工程建成25個全球定位系統(global positioning system，GPS)連續運行基準站；2012年，中國大陸構造環境監測網絡項目建成260個GPS連續運行基準站；2013年，927一期工程在沿海和島(礁)上建成50個衛星定位連續運行站；2015年，國家現代測繪基準建設工程建成360個國家GNSS連續運行基準站(其中新建150個、改造利用60個，直接利用150個)[2]。

1.2 區域基準站網建設現狀

區域基準站網建設，從2006年廣東省建立我國第一個省級基于GPS的CORS站網開始到目前為止，除個別省、自治區外，全國絕大多數省、市、自治區基本建成覆蓋全轄區內的省級CORS系統，20多個省級CORS站網已經開始對社會提供服務。近年來，國內不同行業也陸續建立了滿足本行業需求的CORS系統。據最新全國基準站調查統計，各地各行業建設的基準站總計有4 500個站左右[2]。

1.3 國內基準站網現狀分析

由于國家、地方和行業建設CORS系統的時間早晚不一、技術要求不盡相同，形成目前國內CORS系統缺乏有效監管、安全隱患突出、服務項目單一、相關系統之間不能實現數據共享，存在服務縫隙與服務重疊等問題，影響了系統的廣泛性、可用性、拓展性，難以支持信息社會對衛星導航定位服務的潛在需求。

近年來，BDS打破了美國GPS的壟斷地位，擺脫我國對國外衛星導航系統的依賴，保證了中國國防和國民經濟安全[3]。預計到2020年，覆蓋全球的BDS將建成，到時無論是空間信號質量還是導航服務能力都將會有進一步提升[4]。隨著具有自主知識產權的CORS管理軟件和儀器設備的成熟和批量生產，通過新建和改造現有CORS系統，建設以BDS為主兼容GPS、格洛納斯(global navigation satellite system，GLONASS)、伽利略衛星導航系統(Galileo navigation satellite system，Galileo)等其他導航定位系統，綜合利用互聯網、大數據、專用通訊網、計算機等技術，并與行業有機結合，搭建面向多部門多行業服務的BDS衛星時空信息綜合云平臺的機遇已經到來。

2 平臺構架設計

BDS衛星時空信息綜合服務平臺主要包括1個大數據平臺、2個專業子云和若干個核心業務應用系統。具體架構如圖1所示。

從圖中可知：

1)1個大數據平臺，即BDS衛星時空信息、基礎地理信息、遙感影像及相關行業基礎數據平臺；

2)2個專業子云，即BDS衛星時空信息推廣服務云、綜合業務云；

3)若干個核心業務應用系統，即突發事件應急管理平臺系統、地質災害動態監測平臺系統、大壩變形實時監測平臺系統、車輛導航與管理平臺系統、生態環境保護監測平臺系統、大氣監測測繪支撐平臺系統及其他行業平臺系統。

2.1 BDS衛星時空大數據建設構架2.1.1 BDS衛星時空大數據建設

1)BDS衛星時空基礎數據資源建設。利用國家、地方及行業資源，完善和拓展BDS衛星時空信息服務，保證BDS衛星時空信息數據的完整性、可靠性、現勢性；對BDS基準站數據資源、地理信息資源、遙感影像資源進行標準化、規范化整理，并將原始觀測數據及相應成果入庫。

2)利用BDS衛星基準站系統資源，獲取高精度實時差分或位置信息，得到cm級至m級導航定位信息，結合不同尺度、不同分辨率的遙感影像、地理信息數據，實現區域空間地理信息數據及時更新與完善，建立區域全覆蓋空間地理信息數據資源庫。

3)收集整合多期測繪、地質、氣象、交通、地震、生態環境等部門基礎資源，建立行業亟需的高精度似大地水準面、地面沉降等基礎模型，提高外業工作效率及地面沉降災害防治與預防能力。

2.1.2 行業部門數據獲取

行業數據資料獲取的內容如表1所示。

表1 行業部門相關數據

2.2 BDS衛星位置信息平臺系統2.2.1 高精度精密靜態定位模塊

利用BDS定位技術能夠提供mm級至m級精度的靜態定位技術，搭建不同用戶精度要求的精密靜態定位模塊，實現事后精密定位服務；開發在線精密定位自動解算功能，為用戶提供方便快捷的數據處理服務，降低野外作業成本。

2.2.2 高精度精密動態定位模塊

1)基于分布均勻的區域BDS基準站，采用網絡RTK技術實現運動載體實時定位與導航；利用高精度區域電離層延遲模型，提供單頻實時cm級動態定位服務，降低精密動態定位的經濟成本。

2)利用BDS基準站，使用動態相對定位技術實現運動載體精確定位，為用戶提供可靠的dm級甚至cm級位置與速度信息。

2.2.3 與基礎地理信息、遙感影像融合產品模塊

1)BDS衛星時空位置信息與基礎地理信息結合，為車輛用戶提供可靠的導航信息，為特殊車輛管理部門提供精確的車輛運動軌跡，以便對特殊車輛實時監管。

2)BDS衛星時空位置信息與基礎地理信息、遙感影像融合，為突發應急事件處置、重大工程規劃設計、抗震救災等需要提供關鍵基礎信息。

3)利用BDS能夠在不同用戶終端之間發送類似手機短信形式的短報文[3]功能，結合基礎地理信息，用于山地、森林、海上等移動網絡無法覆蓋地區的救援工作，確保野外人員安全。

2.3 突發事件應急管理平臺系統

基于BDS的數據采集、傳輸、存儲、計算、分析，以及地名地址的快速定位服務功能，建立應急預案數據庫，為突發事件提供應急預案措施，為相關對象提供快速、實時、高精度位置信息，結合遙感影像、地理信息數據等多源信息，對突發事件做出快速、及時、高效的響應。

平臺系統包括：基礎設施層、軟硬件平臺層、數據支撐層、共享與交換服務層、認證層和業務應用層。

2.4 地質災害動態監測平臺系統

利用BDS的監測技術，在已有地震、地質、氣象、水文觀測設施的基礎上，根據地質災害監測需要，布設BDS基準站、水準、重力并置監測網，實現BDS實時監測、水準與重力的定期觀測。

通過網絡專線或衛星通信將實時獲取的高精度、高采樣率和實時性的災害體位移形變信息傳送到控制中心。結合地質、水文、氣象、遙感等多行業監測成果，分析地質災害的分布特征及受災情況，為災害預防與防治提供可靠的科學依據。對于突發地質災害的偏遠地區，利用BDS提供的短報文功能，保證受災區與外界通訊暢通，方便救援工作實施。

平臺系統功能包括：監測網布設、監測數據實時獲取、監測數據庫管理、空間分析、防災減災輔助決策等。

2.5 大壩變形實時監測平臺系統

基于BDS能夠提供實時、全天候和精確時間信息的特點，獲取大壩監測點的高精度三維坐標時間序列信息；使用精密水準測量大壩監測點的垂直位移量；利用合成孔徑雷達(SAR)具備大面積、全天候獲取數據的能力，獲取大壩及周邊地表mm級形變數據[5]。在長期監測數據的基礎上，結合其他多源數據進行大壩形變的規律分析及趨勢預測；當形變量接近預測形變量時，啟動緊急預警。

平臺系統功能包括：觀測數據實時采集、傳輸及數據庫建立、數據處理分析、實時監測與緊急預警等。

2.6 車輛導航與管理平臺系統

利用BDS提供的m級、dm級、cm級動態位置信息，在校車、出租車、公交車、運鈔車、渣土車、應急救援車、危險品運輸車等車輛上安裝BDS導航定位、慣性導航、航位推算等集成定位終端，通過無線網絡將車輛位置、速度等信息發送到車輛控制中心，結合道路等基礎地理信息數據，為車輛提供相應精度的位置服務，快速規劃車輛行駛路線，及時排除行駛過程中的車輛故障問題，實現對車輛安全監控與合理調度，保障車輛行駛安全。

平臺系統功能包括：定位終端設備集成、建立監測數據實時傳輸及數據庫、搭建車輛導航監控中心、管理特殊車輛等。

2.7 其他行業平臺系統

利用物聯網、大數據、云計算等技術把BDS、遙感影像、衛星監測、基礎地理信息等基礎資源有機結合起來，融合多行業多源基礎數據，依靠專業的軟硬件實現生態環境、大氣環境等其他行業智能化、實時化監測(管理)平臺系統，使行業基礎觀測業務從定性走向定量，從陸地走向海洋乃至全球，從二維探測走向三維立體探測[6-7]，提高生態環境監測、氣象災害預報等行業保障服務能力。

平臺系統功能包括：數據收集、傳輸與數據庫建立、數據動態更新、數據處理與分析、輔助決策等。

3 平臺建設和應用推廣

3.1 建立平臺建設管理體制

建立與之相適應的管理體制和運行機制體系，統籌考慮各行業部門和社會大眾的應用需求；整合區域乃至全國測繪、地震、氣象、國土、規劃、交通等行業部門資源，實現地域間、部門間數據共享；進而實現對全國地理空間信息數據的有效統籌和融合，為國家級BDS衛星時空信息綜合服務云平臺建設和鏈接區域平臺奠定基礎。

3.2 做好平臺建設試點和推廣

平臺建設應遵循先行試點、再行全國推廣的模式：先行選取典型區域，實行一方搭建、多方支援、多方使用、信息共享，建設能夠提供差異化服務，符合區域行業部門和社會公眾需求，使用效率高、反應快、信息全、范圍廣、適應性強的BDS衛星時空信息綜合服務平臺，然后面向全國迅速推廣應用，最終建成滿足各方需要的省級和國家級BDS衛星時空信息綜合服務云平臺。

4 結束語

本文根據我國區域CORS系統建設和應用現狀，提出結合BDS導航空間信息、基礎地理信息、遙感影像等基礎資源，融合多行業多源基礎數據，在試點構建區域BDS導航衛星時空信息綜合服務平臺基礎上，加快促進區域、行業CORS系統間通過網絡專線互聯互通，形成基于BDS的跨地區、跨行業的大規模CORS系統，向多學科融合、海量資源共享、多系統處理、服務范圍擴大、服務受眾拓展的BDS衛星時空信息綜合服務云平臺方向發展。實現國家2015—2025年間逐步建成由衛星遙感、衛星通信廣播、衛星導航定位3大系統構成的國家民用空間基礎設施，滿足行業和區域重大應用需求，支撐我國現代化建設、國家安全和民生改善的發展目標。

[1] 吳海玲，李作虎，張玉鳳.北斗衛星導航產業發展現狀分析[J].衛星應用，2013(4)：8-11.

[2] 陳明，張鵬，武軍酈.我國CORS發展與技術應用[J].中國測繪，2016(1)：30-34.

[3] 洪文，林赟，譚維賢，等.地球同步軌道圓跡SAR研究[J].雷達學報，2015，4(3)：241-253.

[4] 孫偉偉，白玉棟.北斗二代系統在測試場超視距通信指揮中的應用[J].全球定位系統，2014，39(4)：46-50.

[5] 李霖，邢小雨，李國忠. 北斗導航系統應用于測繪地理信息服務的標準化技術體系分析[J].測繪通報，2015(3)：6-11.

[6] 曹云昌，夏青，李玲麗.基于北斗導航衛星的大氣、海洋和空間監測[EB/OL].(2012-12-26)[2016-05-18].http：//www. scio.gov.cn/ztk/xwfb/104/9/Document/1261893/1261893.htm.

[7] 國家發展改革委，財政部，國防科工局.國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(2015-2025年)[EB/OL].(2015-10-26)[2016-05-18].http：//www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbghwb/201510/t20151029_756376.html.

Discussion on building BDS satellite spatio-temporal information integrated service platform

CHENGXiawei1，WANGXiaorui2，NIEJianliang2

(1.Xi’an University of Science and Technology， Xi’an， Shanxi 710054，China； 2.Geodetic Data Processing Center of National Administration of Surveying， Mapping and Geoinformation，Xi’an， Shanxi 710054，China)

In order to further enhance the service ability of BDS for the national economy and social development，aiming at the current situation that the development of China’s Beidou satellite navigation system and the construction of regional continuous operation reference station network are rapid，the paper proposed the method that builds the regional BDS satellite spatiotemporal information integrated service platform by fusing multi-source and multi-industry basic data based on the basic resources of BDS satellite navigation and positioning information，basic geographic information and remote sensing imagery，to establish a multi-industry interconnection mechanism，realize the basic resources sharing，and promote the security service level of disaster prevention and mitigation，vehicle navigation，major emergency disposal and major engineering safety monitoring，etc.

BDS；spatio-temporal information；service platform

2016-07-11

成夏葳(1990—)，女，陜西西安人，碩士生，研究方向為衛星導航定位技術與GIS應用。

成夏葳，王小瑞，聶建亮.搭建BDS衛星時空信息綜合服務平臺的探討[J].導航定位學報，2017，5(1)：55-58.(CHENG Xiawei，WANG Xiaorui.Discussion on building BDS satellite spatio-temporal information integrated service platform[J].Journal of Navigation and Positioning，2017，5(1)：55-58.)

10-16547/j-cnki-10-1096-20170112.

P228

A

2095-4999(2017)01-0055-04