CN101504454B - Gnss网络综合定位服务系统实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GNSS网络综合定位服务系统实现方法，属于定位服务系统构建领域。本方法根据网络差分定位技术在作业区域布设至少三个参考站，参考站和中转服务器在电信公用网上组建虚拟专用数据传输网VPN完成数据传输，服务中心的实时定位服务和事后数据服务两个子系统均从中转服务器获取数据源，然后分别为实时移动站用户和事后用户提供相应服务。本发明方法改进了传统多对一的数据传递模式，改变了基于文件的数据存储系统模式，通过NTRIP协议保证了参考站、移动站和系统服务中心三者间的数据通讯，实现了系统标准化。

Description

GNSS网络综合定位服务系统实现方法 

技术领域

本发明涉及一种实时定位服务系统构建方法，尤其涉及一种基于Internet和无线通讯网络GPRS的GNSS综合定位服务系统实现方法，属于定位服务系统构建领域。 

背景技术

传统的RTK定位技术随着移动站与参考站间距离的增加，空间误差的相关性减弱，使得系统误差残差迅速增大，导致定位精度下降，同时由于发送差分信息的通信电台本身覆盖范围就比较小，使得RTK的作业范围受到很大限制。网络RTK克服了常规RTK技术存在的缺陷，通过对多个连续运行参考站的长时间观测，建立参考站间的电离层延迟、对流层延迟以及轨道误差模型，精确估计出移动站定位误差，并通过现代通信手段为移动站用户提供实时改正信息，用户利用上述信息削弱空间相关误差，从而大大扩展了基准网络的有效服务范围，可实现区域范围内厘米级、精度均匀、高可靠性、实时动态定位，解决了常规RTK技术难以实现的中长距离实时动态精密定位问题。可以看出，网络差分系统集成了GPS技术、网络通讯、计算机技术和软件工程等技术，如何将上述技术有机结合起来，构建一个综合定位服务系统，以实现系统数据网内共享，并根据社会不同需求提供公益性服务或有偿性服务，仍是一项亟待解决的技术问题。 

目前，国内部分省市已经建成或正在建的多参考站网络差分定位服务系统运行模式主要有以下特点：第一，参考站接入主控中心采用多对一的连接方式，即主控站应用程序通过租用DDN通道直接与参考站GPS接收机建立连接，如此产生的弊端是参考站数据的获取受到很大程度的制约，只能根据接收机串口的数量提供给有限的用户；第二，多采用基于文件的数据存储系统：基准站定时回传观测值文件，中心站按照时间顺序将这些文件存储，在用户需要时把这些文件分发给用户，这种方式实现简单，对传输网络的可靠性要求比较低，但是实时性比较差，服务形式不灵活，不适用于海量数据的管理。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷而提出一种基于Internet和无线通讯网络GPRS的GNSS综合定位服务系统的实现方法。 

一种GNSS网络综合定位服务系统实现方法，选用Internet和无线通讯网络GPRS作为整个服务系统的通讯平台，根据网络差分定位技术要求，在作业区域布设至少三个参考站，参考站将接收到的GPS原始观测数据通过Internet实时传送至中转服务器，为服务中心的实时定位服务及事后数据服务两个子系统提供数据源，其中：实时定位服务子系统从中转服务器获取数据源，经核心数据处理软件解算生成差分改正信息，同时该子系统通过专线ADSL接入Internet并分配固定IP地址供实时移动站用户访问，实时移动站用户通过无线通讯网络GPRS与Internet实现无缝链接来获取差分改正信息，实现实时定位；事后数据服务子系统实时从中转服务器获取各参考站数据源，然后将其存储到数据库中并构建基于Web数据库的数据发布平台，事后用户通过IE浏览器登陆系统进行信息浏览或数据的上传和下载。 

本发明采用中转服务器集中所有参考站数据源，改进了传统多对一的数据传递模式，任何一个系统服务中心只要在请求信息中发送用户名和密码，经服务器验证通过后就可以获得数据服务，因此允许多个系统服务中心同时获得所需的数据，实现了多对多的数据传输；本发明改变基于文件的数据存储系统模式，采用Web技术进行大型数据关系式数据库的数据存储和管理，用户只需要浏览器就可以通过网络提取按照其需求的任意时段、任意地点和任意种类的数据，服务灵活，数据库维护方便；本发明可以实现GPS移动用户RTD、RTK两种定位方法，与传统的RTD实现方法不同，实时定位服务子系统将接收到的GPS数据进行电文解析，提取有用结构编制RTCM1通过无线网络GPRS发送给移动用户实现RTD定位，另一方面，移动站将单点定位的用户概略坐标发送给服务中心，服务中心将结合用户、参考站和GPS卫星的相对几何关系将差分改正信息发送给移动用户实现RTK精确定位；本发明采用无线通讯网络实现了参考站和服务器、流动站和服务器之间的通讯，克服了常规RTK使用电台时的距离限制；本发明还提供了GPS移动站用户厘米级实时定位以及通过访问Web服务器上传、下载参考站原始观测数据，实现事后高精度相对定位，实时定位服务和事后数据服务两个子系统分别从中转服务器获取数据源，相互独立，互不影响。

附图说明

图1是本发明中GNSS网络综合定位服务系统基本框架图。 

图2是本发明中参考站与中转服务器的传输链路组网方案示意图。 

图3是本发明中实时定位服务子系统工作流程图。 

图4是本发明中移动站与实时定位服务子系统的传输链路组网方案示意图。 

图5是本发明中事后数据服务模式示意图。 

具体实施方式

如图1所示是GNSS网络综合定位服务系统的基本框架，主要包含GPS参考站部分、系统服务中心和GPS移动用户三大部分，各部分之间通过Internet和无线通讯网络GPRS建立无缝链接，具体实施方式为：首先根据网络差分定位技术要求，在作业区域布设至少三个GPS参考站，参考站接收机内置软件或与接收机相连的工作机上的通信软件负责把接收机原始观测数据GPS电文通过网络实时传送至系统中转服务器，中转服务器为每个数据流定义了一个带有密码保护的挂载点，并建立一个资源列表，资源列表的内容包括系统数据流挂载点标识、数据流密码、客户端授权用户名等其它特征参数，为授权用户访问；其次，数据的获取利用：本发明允许多个服务中心同时接收数据，系统服务中心分为实时定位服务子系统和事后数据服务子系统，此时这两个子系统将作为授权用户，根据用户名和密码访问中转服务器，以获取数据源进行相应的定位服务，实时定位服务子系统主要为移动用户提供实时厘米级定位服务，该系统通过专线ADSL接入Internet，分配固定IP地址供GPS移动站用户访问，GPS移动站用户则通过无线通讯网络GPRS与Internet实现无缝链接，实现了与实时定位服务子系统之间的数据传输，具体的实施方式为：实时定位服务子系统根据用户名和密码从中转服务器获取各个参考站GPS电文，经电文解析、数据预处理、模糊度解算等模块完成参考站间数据融合，最后生成相应的双差综合误差(对流层、电离层等双差误差)，此时，一旦移动站用户通过GPRS将单点定位概略坐标上传至数据处理系统，系统将触发虚拟观测值解算线程，根据移动用户概略坐标，采用内差模型，生成用户概略坐标下的载波相位虚拟观测值，并经过RTCM编码模块，将观测值编制成RTCM1819，通过无线通讯网络GPRS发送给移动站用户，从而实现了移动用户高精度实时定位；事后数据服务子系统：同样该系统根据用户名和密码实时从中转服务器获取各参考站原始观测数据，存储到数据库中，并构建基于Web数据库的数据发布平台，网络授权用户即可通过IE浏览器登录系统浏览相关信息或根据需要上传、下载数据。 

为了保证整个系统高效、稳定地运行，必须有效地解决参考站与中转服务器的数据通讯、实时定位服务子系统工作流程、移动用户与实时定位服务子系统的传输链路以及事后数据服务子系统的构建模式四大关键技术问题。图2～图5示意了解决上述问题的工作原理及实施方式。 

网络差分系统覆盖范围广，参考站与系统服务器之间的空间位置比较远，两者之间的数 据通讯网属于远程网或城际网的范畴。在选择通讯链路的时候需要考虑可靠性、实时性、通信速率及可扩充性等因素。如图2所示参考站与中转服务器的传输链路组网方案，图中系统中转服务器采用2M带宽的SDH(同步数字系列)专线接入电信CHINANET(中国宽带互联网)，各地参考站采用128K带宽ADSL宽带方式也接入CHINANET，并采用拨号方式充当备用信道，ADSL采用新的数字调制技术充分利用了电话线26KHZ以上的频段进行传输，上行传输速率可达到16～640kbit/s，下行传输速率可以达到1.5～8Mbit/s，是目前广泛使用的宽带接入方式，能够满足系统数据流量的要求，而且设备简单，只需配备专用的MODEM即可；各地参考站和系统服务器均接入CHINANET后由电信部门网管进行路由设置，生成路由表，形成专用的数据传输隧道，在电信公用网上组建虚拟的专用数据传输网VPN，完成参考站到系统中转服务器的数据传输，具体的传输方式为：各参考站实时跟踪观测GPS卫星，输出原始观测数据、卫星星历、卫星数据质量以及测站完整性信息，经运行在接收机上或与接收机连接PC上的NtripServer(源服务器)，通过上述网络把数据流传送到中转服务器，中转服务器为每个数据流定义了一个带有密码保护的挂载点，并建立一个资源列表，资源列表的内容包括系统数据流挂载点标识、数据流密码、客户端授权用户名等其它特征参数，为授权用户访问；在整个数据传输过程中均遵循NTRIP协议，参考站主要负责提供其跟踪采集到的GPS数据流，源服务器负责把接收机串口输出GPS电文传送至中转服务器，中转服务器利用资源列表维护管理各参考站上传的数据流。 

如图3所示实时定位服务子系统工作流程，为整个综合定位服务系统的核心结构之一，主要实现了移动站用户实时RTK、RTD定位服务，具体实施方式为：实时定位服务子系统通过Internet实时从中转服务器获取各个GPS参考站原始观测数据，首先进行GPS电文解析模块将二进制观测数据转化为十进制，并提取相关信息生成GPS观测文件(O文件)和GPS导航文件(N文件)以供下一步解算，同时，为了满足用户的需求从解析电文中提取GPS伪距及伪距变化率等信息，编制RTCM1并通过无线通讯网络GPRS发送至移动站用户，实现GPS移动站用户RTD定位服务；对于O文件和N文件主要为实现GPS移动站用户RTK定位服务提供数据源，数据处理系统以基线为处理单元，根据基线两端参考站O文件和N文件进行卫星历元、编号、数量等比对，形成共视卫星文件，再经数据质量检测模块，主要包括卫星周跳探测修复和删除不满足要求的卫星(如卫星高度角小于阈值)，使得基线共视卫星文件满足下一步的模糊度实时快速解算。模糊度实时快速解算采用先解算宽巷模糊度，而后求解双差模糊度的方法，最后生成相应的双差综合误差(对流层、电离层等双差误差)，此时，一旦移动站用户通过GPRS将单点定位概略坐标上传至数据处理系统，系统将触发虚拟观测值解算线程，根据移动站用户概略坐标，采用内差模型，生成用户概略坐标下的载波相位虚拟观测值，并经过RTCM编码模块，将观测值编制成RTCM1819，通过无线通讯网络GPRS发送给移动站用户，从而实现了移动站用户RTK高精度定位。 

如图4所示移动站与实时定位服务子系统的传输链路组网方案，该链路完成移动站向系统服务器上传位置信息、状态信息和系统下发差分改正信息的传输，移动站用户多为野外作业，因此该链路需采用无线通讯方式。综合考虑移动站用户分布范围广、数据传输时间长、费用有限的特点，选用GPRS/Internet作为系统服务器和移动用户之间的传输方式，具体的实施方式为：用户端用PDA或者专门的GPRS模块接入移动GPRS网络，GPRS网络本身使用TCP/IP协议进行组网，因此可以实现与Internet网络的无缝连接，而实时定位服务子系统通过专线ADSL接入Internet，分配固定IP地址供移动站用户访问，用户首先上传自身单点定位的坐标信息，系统根据网络差分定位的原理解算出移动用户差分改正信息，并通过无线通讯网络GPRS发送给用户，实现实时定位。 

事后数据服务子系统主要为GPS用户提供事后高精度相对定位服务，如图5所示事后数据服务模式结构，该服务系统改变基于文件的数据存储系统模式，采用Web技术进行大型数据关系式数据库的数据存储和管理，具体的实施方式为：各参考站实时回传原始观测数据至中转服务器，事后数据服务系统从中转服务器获取数据进行数据分解处理，使得每一时刻、每一观测站、每一种数据作为一条数据，存储到数据库中，同时建立Web服务器数据发布平台，事后用户只需要通过浏览器访问Web服务器，就可以浏览下载其需要的任意时段、任意地点和任意种类的数据；另一方面，用户也可以上传其观测的原始数据，让工作人员进行解算，工作人员解算之后的数据上传至Web服务器上供用户下载，为用户提供方便的事后高精度相对定位。 

Claims (3)

1.一种GNSS网络综合定位服务系统实现方法，选用Internet和无线通讯网络GPRS作为整个服务系统的通讯平台，其特征在于：根据网络差分定位技术要求，在作业区域布设至少三个参考站，参考站将接收到的GPS原始观测数据通过Internet实时传送至中转服务器，为服务中心的实时定位服务及事后数据服务两个子系统提供数据源，其中：实时定位服务子系统从中转服务器获取数据源，经核心数据处理软件解算生成差分改正信息，同时该子系统通过专线ADSL接入Internet并分配固定IP地址供实时移动站用户访问，实时移动站用户通过无线通讯网络GPRS与Internet实现无缝链接来获取差分改正信息，实现实时定位；事后数据服务子系统实时从中转服务器获取各参考站数据源，然后将其存储到数据库中并构建基于Web数据库的数据发布平台，事后用户通过IE浏览器登陆系统进行信息浏览或数据的上传和下载。

2.根据权利要求1所述的GNSS网络综合定位服务系统实现方法，其特征在于：中转服务器集中所有参考站数据源，允许多个服务中心同时获得所需数据。

3.根据权利要求1所述的GNSS网络综合定位服务系统实现方法，其特征在于：参考站与中转服务器的传输链路采用在电信公用网上组建的虚拟专用数据传输网VPN，在遵循NTRIP协议下完成参考站到中转服务器的数据传输。

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