河南基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)：讓空間定位更快更精準(zhǔn)

本刊記者 王敏

2020 年5 月27 日，2020 珠峰高程測量登山隊成功登頂珠穆朗瑪峰，并圓滿完成登頂測量任務(wù)。此次測量，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)首次上陣，幫助測繪工作者測量珠峰精確高程。

目前，我國已發(fā)射54 顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，距完成全球組網(wǎng)，僅一星之遙。衛(wèi)星信號受設(shè)備、電離層等干擾時會產(chǎn)生誤差，難以滿足高精度位置服務(wù)需求，這就需要地面的基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)與之“呼應(yīng)”。該系統(tǒng)可以接收北斗等導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的初始信號，傳輸至數(shù)據(jù)綜合處理中心，處理后產(chǎn)生修正信號，通過互聯(lián)網(wǎng)向用戶實時播發(fā)差分信息。

河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)（以下簡稱“河南基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)”），是目前我國建站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最高、站點數(shù)量最多、密度最大、完全自主可控、整體水平達到國際先進水平的省級北斗地面基站增強系統(tǒng)，由247 個基準(zhǔn)站組成，以我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為主，兼容GPS、格洛納斯、伽利略等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號，具備了覆蓋全省及其周邊的亞米級實時導(dǎo)航定位服務(wù)能力。

自2018 年底啟用以來，河南基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)向全省用戶提供了實時、高效、精準(zhǔn)的導(dǎo)航定位服務(wù)，滿足了專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域和社會公眾不同的導(dǎo)航與位置服務(wù)需求。

改變傳統(tǒng)測繪作業(yè)模式

5 月7 日9 點左右，在鄭州航空港區(qū)會展物流片區(qū)的一塊空曠地段，兩個小伙子架設(shè)好儀器，握著記錄本，在認(rèn)真觀測數(shù)據(jù)。

這是方宇勘測有限公司的技術(shù)人員劉永坤、朱曉昌在為安博鄭州空港國際物流中心項目開展控制點測量，方便后續(xù)施工放樣。

選定待測點，埋石，打開GPS-RTK，登錄河南基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)，選用控制點測量模式，2 ～3 分鐘就獲取了控制點的高精度平面坐標(biāo)和高程。如此反復(fù)測量3 次，取平均值為本點測量結(jié)果，記錄好數(shù)據(jù)后趕往下一待測點。1 個多小時后，劉永坤、朱曉昌圓滿完成了這塊300 畝倉儲用地的控制點測量工作。

“是不是覺得測量流程很簡單？”看著記者驚愕的表情，劉永坤解釋說，“測量效率的提高，得益于我省基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用。”以往測量控制點，需尋找已知點架設(shè)基準(zhǔn)站，設(shè)置流動站測量參數(shù)，由基準(zhǔn)站向流動站發(fā)送差分修正信號，再到另一已知點進行測量校正，校正后方可進行控制點埋石、觀測、記錄等工作。“最少要投入2 臺設(shè)備、三四個人，耗費4小時才能完成這塊倉儲用地的控制點測量。”

“架設(shè)的基準(zhǔn)站覆蓋范圍較小，要經(jīng)常更換位置。位置變了，參數(shù)也發(fā)生改變，需重新轉(zhuǎn)換，耗時耗力。如今，河南基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)的等級控制點測繪，無需架設(shè)基站，1 人手持測量儀器，連接系統(tǒng)，幾秒即可獲取高精度坐標(biāo)，真正實現(xiàn)了即時測量、即測即走。”提起河南基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)，河南緯達勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司測量二部總工李林原贊不絕口，他所負(fù)責(zé)的小浪底南岸灌區(qū)勘測定界、欒川重渡溝地形圖測繪、嵩縣G344 勘測定界等項目，因為該系統(tǒng)的應(yīng)用，節(jié)省了大量人力物力，提高了工作效率。

據(jù)了解，2018 年底，河南省建成了由247 個站點組成的衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)，建立了1 個省級數(shù)據(jù)中心、28 個市級分中心運行架構(gòu)和數(shù)據(jù)處理分發(fā)服務(wù)體系，實現(xiàn)了基準(zhǔn)站分級、分類、分層次管理，最終組成了河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)，形成了我省新一代時空基準(zhǔn)服務(wù)體系。

遍布全省的247 個基準(zhǔn)站，按照平均30 公里的間距進行規(guī)劃選址，即每個縣都有1 至2 個地面基準(zhǔn)站，規(guī)避了建筑物形變的影響，確保了全省信號服務(wù)無死角，具備了實時、無縫、快速、高精度定位的能力，可面向不同用戶提供開放的實時動態(tài)亞米級、厘米級和靜態(tài)毫米級服務(wù)，實現(xiàn)位置信息處理和播發(fā)，以后還將支持百萬級用戶規(guī)模和高并發(fā)數(shù)據(jù)處理。

“河南基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)完全自主可控、安全性高，因為無論是GNSS 接收裝備，還是系統(tǒng)數(shù)據(jù)解算軟件、服務(wù)發(fā)布平臺，全都是國產(chǎn)的，打破了以往基準(zhǔn)站以GPS 信號為主、軟硬件設(shè)備依賴進口的局面。”河南省測繪工程院副院長張留民介紹說。

多領(lǐng)域開展示范應(yīng)用

事實上，河南基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)改變的不只是傳統(tǒng)繁重的測繪作業(yè)模式，還可以為防災(zāi)減災(zāi)、自然資源監(jiān)測、無人駕駛等領(lǐng)域注入全新的發(fā)展動能。

2016 年7 月，一場自有氣象記錄以來最強降雨襲擊安陽，林州市遭受百年不遇洪災(zāi)，房屋被沖毀、山體滑坡、道路坍塌、人員被困……作為我省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)之一，林州市目前共有隱患點149 個，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)厝罕娚敭a(chǎn)安全。2019 年，河南省測繪地理信息局在林州啟動建設(shè)了基于北斗的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警綜合管理平臺，選取林州市衡水鎮(zhèn)吳家井村為項目示范點，旨在探索北斗高精度導(dǎo)航定位技術(shù)在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域的應(yīng)用。

吳家井村位于衡水鎮(zhèn)東北15 公里處。村莊東側(cè)山體結(jié)構(gòu)松散，成分為砂石與泥土的混合物，滑坡體已形成，受雨水沖刷，極易誘發(fā)滑坡，是林州市新增地質(zhì)災(zāi)害隱患點之一。

一個太陽能電池板、一個小控制箱，吳家井村隱患點布設(shè)的監(jiān)測設(shè)備，模樣看似簡單，但科技感十足，是集GNSS 位移監(jiān)測設(shè)備、自動雨量監(jiān)測系統(tǒng)等前端設(shè)備為一體的地災(zāi)自動化監(jiān)測系統(tǒng)，由河南測繪地理信息局聯(lián)合武漢大學(xué)研發(fā)而成。基于北斗衛(wèi)星高精度差分定位技術(shù)，該系統(tǒng)可實時接收河南基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)提供的差分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)，長期連續(xù)跟蹤觀測衛(wèi)星信號，對監(jiān)測點的表面位移、裂縫、雨量、土壤含水量等關(guān)鍵地質(zhì)信息的變化進行實時精準(zhǔn)監(jiān)測，最終得到監(jiān)測點的三維坐標(biāo)，以及毫米級的高精度形變量。

“哪怕在無常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)條件下，監(jiān)測點的任何細(xì)小變化，都能通過北斗數(shù)據(jù)傳輸終端以三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心。”據(jù)河南省測繪工程院CORS 管理中心主任朱洪江介紹，綜合管理平臺會自動處理、分析與計算監(jiān)測數(shù)據(jù)，給出實時的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警結(jié)果。一旦有地災(zāi)風(fēng)險，平臺會將預(yù)警信息及時、準(zhǔn)確地傳至地災(zāi)可能威脅區(qū)域，使群測群防及相關(guān)工作人員及時采取防范措施，最大限度減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。“監(jiān)測人員還可隨時通過電腦、手機在綜合管理平臺察看監(jiān)測點的監(jiān)測方案、實時數(shù)據(jù)等信息。”

基于北斗的新縣礦山安全生產(chǎn)三維監(jiān)管系統(tǒng)，是河南省測繪地理信息局利用北斗導(dǎo)航實時定位技術(shù)研發(fā)的另一典型示范應(yīng)用。

“通過在礦車上安裝位置服務(wù)CORS車載硬件終端，實時接收北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號，系統(tǒng)對監(jiān)測到的礦車經(jīng)緯度、時間、方向、速度等信息進行解算，獲取礦車的實時位置軌跡、行駛狀態(tài)、報警信息等，并對車輛總數(shù)、在線車輛、離線車輛等車輛運行狀況進行分析，進而實現(xiàn)多車監(jiān)控、車輛統(tǒng)一調(diào)度管理等功能。”朱洪江介紹說。

此外，河南省測繪地理信息局還聯(lián)合鄭州宇通集團有限公司，開展了汽車無人駕駛等基于北斗高精度導(dǎo)航定位的示范應(yīng)用。利用河南基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)，精準(zhǔn)定位每個扶貧村、貧困戶的位置，迅速掌握貧困戶情況；精準(zhǔn)定位污染源，結(jié)合遙感影像，及時發(fā)現(xiàn)垃圾、黑臭水體和污水口的位置；準(zhǔn)確定位山水林田湖草需要監(jiān)測的重點領(lǐng)域，通過對比分析，監(jiān)測自然生態(tài)環(huán)境的變化……

增強用戶獲得感

7×24 小時保持電話暢通，每天一上班就打開基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)，查看站點故障及原因，列成表格發(fā)給各地基準(zhǔn)站維護人員，成為CORS 管理中心運維人員周哲和張凱莉的“標(biāo)配”，他們要督促指導(dǎo)當(dāng)?shù)嘏懦收希_保數(shù)據(jù)正常傳輸。

“賬號如何登錄、坐標(biāo)系怎么設(shè)置……”每次手機一響，運維人員祁禮剛的腦海里就條件反射地羅列出“常見問題解答”，他主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的用戶注冊、賬戶發(fā)放、技術(shù)服務(wù)等工作，每天隨時隨地為微信群、QQ 群里的用戶答疑解惑。“一年多來，隨著系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，群里用戶的問題越來越少，但我們依然沒有松懈。”祁禮剛說。

“我們的宗旨就是以用戶為中心，不斷優(yōu)化服務(wù)、改進技術(shù)、嚴(yán)格監(jiān)管，增強用戶的獲得感，擴大基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)的影響力。”朱洪江如是說。

“系統(tǒng)實行用戶注冊審核制度，用戶需向當(dāng)?shù)胤种行纳暾垼?dāng)?shù)貙徍撕笊蟼髦潦≈行倪M行審批。整個流程下來，最快也得一兩天才能發(fā)放賬戶、開通服務(wù)。”朱洪江說，為減少審批環(huán)節(jié)，優(yōu)化服務(wù)程序，技術(shù)人員專門對系統(tǒng)進行了完善升級，增加了網(wǎng)上審批模塊，實現(xiàn)了用戶申請、注冊、審核一站式服務(wù)。“目前，系統(tǒng)這一功能正在試運行，正式上線后可讓用戶足不出戶就能辦完手續(xù)，實現(xiàn)‘零上門、無紙化’的全省統(tǒng)一用戶注冊流程和用戶服務(wù)。”

在資源共享方面，河南省測繪地理信息局與陜西、山東、安徽等相鄰六省份達成站點共享協(xié)議，實現(xiàn)了與鄰省邊界區(qū)域的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)共享，便于為河南及周邊區(qū)域用戶提供高精度、全天候的實時導(dǎo)航定位服務(wù)。

● 為基準(zhǔn)站安裝“身份標(biāo)牌”

在基準(zhǔn)站監(jiān)管方面，按照省自然資源廳相關(guān)文件要求，河南省測繪地理信息局建設(shè)了運維管理機制，確定了各市分中心負(fù)責(zé)人和站點維護人員，制定了運行維護管理辦法和故障應(yīng)急機制，運維情況雙月報；為每一個基準(zhǔn)站制作安裝了“身份標(biāo)牌”，明確管理責(zé)任單位和維護主體 ；要求維護人員定期對站點設(shè)備、環(huán)境、電力和網(wǎng)絡(luò)進行巡查與維護，確保基準(zhǔn)站正常運行，向社會提供7×24 小時不間斷數(shù)據(jù)服務(wù)。

2019 年，河南省測繪地理信息局聯(lián)合武漢大學(xué)李建成院士團隊，利用國家基準(zhǔn)工程最新的GNSS A、B級網(wǎng)和一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測成果，結(jié)合河南省地形數(shù)據(jù)、重力資料，完成了全省厘米級似大地水準(zhǔn)面精化工作，確定了全省域、高分辨率、高精度似大地水準(zhǔn)面的格網(wǎng)數(shù)值模型，得出我省2′×2′格網(wǎng)似大地水準(zhǔn)面，精度達到±2.4cm，并開發(fā)出具有實時向用戶分發(fā)厘米級似大地水準(zhǔn)面精化成果產(chǎn)品的綜合服務(wù)平臺，構(gòu)建了我省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)三維框架體系。

“以往用戶連接基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)，獲取的是大地高，用戶必須進行參數(shù)轉(zhuǎn)換才可獲取實際需求的正常高。似大地水準(zhǔn)面精化工作的完成，讓用戶直接獲取正常高，無需再進行參數(shù)轉(zhuǎn)換。目前，這一工作仍在測試階段，數(shù)據(jù)基本可滿足正常精度需求。”朱洪江說。

優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和技術(shù)水平，換來了用戶的高度認(rèn)可。“基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)和河南省大地水準(zhǔn)面精化成果，大大提高了作業(yè)精度和效率。使用中通信系統(tǒng)穩(wěn)定，未出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)RTK 不能覆蓋的區(qū)域。”黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司測繪信息工程院承擔(dān)的黃河水利工程劃界、河道生態(tài)治理、黃河下游綜合治理等項目中，基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)發(fā)揮了巨大作用，并頗受好評。

據(jù)介紹，自正式啟用至今，河南基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)注冊用戶已達600 家左右，發(fā)放賬號近3000 個，為企業(yè)提高生產(chǎn)效率50%以上，每日即時用戶最多可達300余個，固定率保持在70%左右。

探索，永不止步

北斗高精度定位設(shè)備的使用，讓火神山、雷神山醫(yī)院的測量標(biāo)繪工作迅速完成；基于北斗的無人機設(shè)備可以快速精準(zhǔn)運送物資；北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)車載終端，向600 萬輛入網(wǎng)車提供14 天的軌跡查詢……新冠肺炎疫情期間，各類基于北斗的智能終端產(chǎn)品進入大眾視野，也讓測繪工作者開始思考如何拓展基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用的深度與廣度。

● 故障維修

“目前，基于河南基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用多集中在測繪這個圈子。”朱洪江說，“雖然經(jīng)過測繪市場的磨礪，我們在基準(zhǔn)站管理、運維、差分技術(shù)等方面積累了豐富經(jīng)驗，但不能滿足于只為用戶提供差分信號。下一步，在持續(xù)做好基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)運維工作的同時，我們將著力改善這種單一的服務(wù)模式。”

“今年，我們將主動對接各行各業(yè)需求，依托河南省時空地理信息院士工作站、北斗導(dǎo)航與位置服務(wù)河南省工程實驗室等科研機構(gòu)，聯(lián)合推進基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航體系的終端產(chǎn)品開發(fā)，促進北斗衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)同相關(guān)行業(yè)的深度融合發(fā)展。”河南省測繪地理信息局副局長毛忠民介紹說。

高精度的數(shù)據(jù)，需要與之相匹配的傳輸速度。近日，河南省自然資源廳與中國移動河南公司簽署5G+自然資源戰(zhàn)略合作協(xié)議，明確將在北斗應(yīng)用信息化領(lǐng)域加強合作，提升5G+衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)綜合服務(wù)能力，推進5G+北斗關(guān)鍵技術(shù)合作研究，加快推動5G+北斗導(dǎo)航示范應(yīng)用，合作推動“測繪地理信息成果融合應(yīng)用試驗區(qū)”建設(shè)。

按照河南省自然資源廳相關(guān)要求，河南省測繪地理信息局也將積極探索“5G+北斗”新技術(shù)與測繪成果融合應(yīng)用的“5G+智慧交通”“5G+智慧旅游”等位置服務(wù)項目，提升民生領(lǐng)域服務(wù)水平，依托“精準(zhǔn)定位”，利用移動大數(shù)據(jù)為城市管理、規(guī)劃、商業(yè)應(yīng)用提供更精確的決策支撐。

“我們也鼓勵廣大企事業(yè)單位參與系統(tǒng)的深度開發(fā)和增值服務(wù)，努力推出更多貼近百姓生活的導(dǎo)航定位產(chǎn)品和應(yīng)用，共同推動我省北斗衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康快速發(fā)展，進而提升城市精細(xì)化、智能化管理水平。”毛忠民如是說。