CN108169770B - 网络差分服务性能的监测方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种网络差分服务性能的监测方法及其系统，该监测方法包括以下步骤：从网络差分服务器获取定位差分信号；周期性地向监测站接收机转发所述定位差分信号，其中，每一个时间周期中包括依次的第一和第二时间间隔，在第一时间间隔内将所述定位差分信号转发到监测站接收机，供该监测站接收机完成差分定位的初始化并进入差分定位状态，在第二时间间隔内停止所述定位差分信号的转发，使得所述监测站接收机恢复到单点定位状态；接收来自所述监测站接收机的定位结果和定位状态信息；根据定位结果和定位状态信息计算网络差分服务器的差分服务性能指标。通过本发明能够实现全天24小时的差分服务监测，并且有效地评估差分服务的定位效果。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航信号监测领域，特别涉及一种网络差分服务性能监测的方法及其系统。
背景技术
卫星导航系统GNSS包括美国GPS、俄罗斯Glonass、中国Beidou、欧盟Galileo、日本QZSS和印度IRNSS等，同时需要按照一定的间距设置多个GNSS跟踪站，即基站，用于对卫星信号进行组网解算后向定位终端播发差分数据，但是对于这种差分服务的性能监测通常需要人工测试或者通过某种数据中心软件进行定性分析：对于人工测试方法，一般只能在白天测试而且每天实际测试时长有限，因此得到的测试结果不能反映差分信号服务在其他时间段的性能，另外还可能存在人为误差；对于某种数据中心软件，由于不能进行定量分析，因此无法直接直观的获得定位终端在野外的具体使用效果，例如定位精度、初始化时间等等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种网络差分服务性能监测的方法及其系统，通过设置监测服务器对定位差分信号进行预处理，并且控制定位差分信号传输到监测站接收机的转发周期，实现监测站接收机对于差分服务的连续监测和分析，同时通过监测服务器接收定位结果和定位状态信息，并据此计算差分服务的性能指标，实现了对差分服务的定量分析。
本发明的一个实施例公开了一种网络差分服务性能的监测方法，该监测方法包括以下步骤：从网络差分服务器获取定位差分信号；周期性地向监测站接收机转发所述定位差分信号，其中，每一个时间周期中包括依次的第一和第二时间间隔，在第一时间间隔内将所述定位差分信号转发到监测站接收机，供该监测站接收机完成差分定位的初始化并进入差分定位状态，在第二时间间隔内停止所述定位差分信号的转发，使得所述监测站接收机恢复到单点定位状态；接收来自所述监测站接收机的定位结果和定位状态信息；根据所述定位结果和定位状态信息计算所述网络差分服务器的差分服务性能指标。
在本实施例中，在所述第一时间间隔内，监测站接收机完成差分定位的初始化并进入差分定位状态之后，若监测站接收机完成差分定位的初始化，则记录一次定位成功并且标记该时间间隔为成功时间段；若监测站接收机没有完成差分定位的初始化，则记录一次定位失败并且标记该时间间隔为失败时间段。
在本实施例中，在接收来自所述监测站接收机的定位结果和定位状态信息的步骤之前，还包括：监测站接收机将所述定位结果和定位状态信息储存到GGA信息；和接收来自所述监测站接收机的所述GGA信息。
在本实施例中，第一时间间隔可以为5分钟，第二时间间隔可以为1分钟。
另一实施例中，第一时间间隔可以为7分钟，第二时间间隔可以为1分钟。
在本实施例中，该定位差分信号是RTK/RTD差分数据。
在本实施例中，差分服务性能指标包括RTK/RTD可用率，定位初始化时间和初始化丢失率。
本发明的另一实施例公开了一种网络差分服务性能监测系统，包括网络差分服务器，通过无线或有线连接与所述网络差分服务器通信的监测服务器，和通过无线或有线连接与所述监测服务器通信的监测站接收机；其中，监测服务器被设置成：从网络差分服务器获取定位差分信号，和周期性地向所述监测站接收机转发所述定位差分信号，其中，每一个时间周期中包括依次的第一和第二时间间隔，在第一时间间隔内将所述定位差分信号转发到监测站接收机，供该监测站接收机完成差分定位的初始化并进入差分定位状态，在第二时间间隔内停止所述定位差分信号的转发，使得所述监测站接收机恢复到单点定位状态；接收来自所述监测站接收机的定位结果和定位状态信息；和根据所述定位结果和定位状态信息计算所述网络差分服务器的差分服务性能指标。
在本实施例中，监测服务器还设置有数据库，并且数据库被配置成：储存所述定位结果和定位状态信息；和计算所述网络差分服务器的差分服务性能指标。
在本实施例中，监测站接收机的个数是N，N是大于等于1的正整数；其中监测站接收机具有多个TCP端口。
在本实施例中，监测站接收机还将所述定位结果和定位状态信息上载到GGA信息。
本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：1、通过控制定位差分信号的通断，令监测站接收机在每一个预设周期内进行差分信号的初始化，大大提高了差分服务性能监测的连续性、自动化、准确性；2、能够24小时全天候的对差分服务性能进行监测；3、能够进行多维度的差分服务性能分析。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1是本发明第一实施方式中网络差分服务性能的监测方法的流程图。
图2是本发明的一个实施例中网络差分服务性能的监测方法及其系统的示意图。
图3是本发明的第二实施方式中网络差分服务性能的监测系统的结构图。
具体实施方式
对于差分服务性能的监测和评估主要依靠人工测试和软件定性分析两种方法。人工测试受限于人为因素的影响从而引入人为误差，导致监测结果的不准确；软件定性分析则不能提供定性的性能指标，因此不能反映差分服务具体的使用效果，例如终端定位精度等。进一步地，差分服务器通常是连续地、直接地将定位差分信号发送到监测站的接收机以供监测站完成差分定位。本发明提出了一种周期性转发定位差分信号的方法，监测服务器周期性地向监测站接收机转发定位差分信号，在每一个周期中，在第一时间间隔实时转发收到的定位差分信号，后在第二个时间间隔停止转发定位差分信号，可以使用统一的接口使得不同品牌、不同型号的监测站接收机都可以实现差分定位状态和单点定位状态的周期性交替，一个监测服务器能够以此方法同时控制多个不同品牌、不同型号的监测站接收机，从而能够根据这些监测站接收机上报传的定位结果和定位状态准确地计算出差分定位初始化相关的各种指标。
术语
如本文所用，术语“GNSS”是可用导航卫星系统的统称，包括美国GPS、俄罗斯Glonass、中国BeiDou、欧盟Galileo、日本QZSS、印度IRNSS等。
如本文所用，术语“GNSS地基增强系统”是在地面按照一定间距建立的多个GNSS跟踪站，利用软件组网解算后播发网络RTK、RTD差分数据，可以提高GNSS定位终端的定位精度。
如本文所用，术语“CORS系统”是与GNSS地基增强系统作用一样的系统。
如本文所用，术语“网络RTK”是GNSS地基增强系统或CORS系统所提供的一种厘米级差分数据服务。
如本文所用，术语“网络RTD”是GNSS地基增强系统或CORS系统所提供的一种亚米级差分数据服务。
本发明提供了一种网络差分服务的监测系统及其方法，按照预设的时间间隔控制定位差分信号的通断，使得监测站在24小时内能够连续地按照时段自动测试差分服务的性能，并且能够采集监测站接收机的实时定位结果和定位状态进行监控指标的计算，定量的反映网络差分服务的性能，避免人为误差和通信延迟等影响。
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明的第一实施方式涉及一种网络差分服务性能的监测方法，该方法包括：监测服务器从网络差分服务器获取定位差分信号；周期性地向监测站接收机转发定位差分信号，其中，每一个时间周期中包括依次的第一和第二时间间隔，在第一时间间隔内将所述定位差分信号转发到监测站接收机，供该监测站接收机完成差分定位的初始化并进入差分定位状态，在第二时间间隔内停止定位差分信号的转发，使得监测站接收机恢复到单点定位状态；监测服务器接收来自监测站接收机的定位结果和定位状态信息；根据定位结果和定位状态信息计算网络差分服务器的差分服务性能指标。
图1是本发明的第一实施方式中网络差分服务性能的监测方法的流程图。如图1所示，在步骤101，监测服务器从网络差分服务获取RTK/RTD差分数据；在步骤102，监测服务器周期性地重复发送RTK/RTD差分数据到监测站接收机，随后监测站接收机执行差分定位和单点定位的切换；在步骤103，监测服务器来自监测站接收机的GGA信息；在步骤104，监测服务器计算网络差分服务的性能指标。
图2是本发明的一个实施例中网络差分服务性能的监测方法及其系统的示意图。如图2所示，监测服务器以Ntrip Client协议获取差分服务器的RTK/RTD差分数据。差分服务器可以是GNSS地基增强系统或者CORS系统，差分数据是差分服务器提供的一种厘米级或亚米级差分数据，即RTK/RTD差分数据。监测服务器具有可编码的软件和数据库，而且具备统一的数据传输接口。RTK/RTD差分数据的输入位置是监测站接收机的概略位置(即，只要输入位置与监测站接收机的准确位置的距离小于预定的门限即可)。
进一步地，监测服务器周期性地将RTK/RTD差分数据以TCP Client/TCP Sever转发到监测站接收机的任一TCP端口。
监测站接收机是具备信号接收和发送功能的固定终端(在另一个实施例中也可以使用移动终端)，具有多个TCP端口。在本实施例中，监测服务器将RTK/RTD差分数据转发到多个不同品牌、不同型号的监测站接收机，从而监测服务器能够并行监测多个监测站的定位结果和定位状态。监测服务器的转发周期包括第一时间间隔5分钟和第二时间间隔1分钟。在第一时间间隔内，监测服务器将RTK/RTD差分数据转发到监测站接收机，监测站接收机接收差分数据后自动进行差分定位的初始化，在初始化成功后进入RTK/RTD定位状态(差分定位状态)，并且将该转发周期记录为定位成功时间段，若初始化失败，则将该转发周期记录为定位失败时间段；在第二时间间隔内，监测服务器停止转发RTK/RTD差分数据，监测站接收机则进入单点定位状态。当一个转发周期结束后，监测服务器立即开始下一个转发周期，因此监测站接收机的定位状态在差分定位和单点定位中进行切换，从而能够实现差分数据的连续初始化，大大提高了性能监测结果的准确性，避免在仅仅进行一次初始化的情况下，连续进行差分定位导致定位结果偏差过大，还避免了根据这种定位结果作出的不准确的性能监测评估。
上述的每一个转发周期被定义为一个测试时间段，每一个测试时间段是差分服务性能的最小监测单元。接收机将包含监测站位置变化信息的定位结果和定位状态、测试时间段的状态储存到1Hz NMEA GGA信息。定位结果是三维坐标信息，定位状态是接收机的状态，例如，处于单点定位状态，或处于差分定位状态，卫星数等等。
监测服务器从接收机的另一TCP端口(不同于接收RTK/RTD差分数据的TCP端口)以TCP Client协议接收GGA信息，并将其储存到监测服务器的数据库。
数据库对GGA信息进行解析，读取监测站的定位结果和定位状态，并根据GGA信息计算差分服务性能指标，根据计算所得的性能指标通过监控指标显示单元进行图形或列表展示。
GGA信息中储存有定位坐标(N，E，U)原始的定位状态(单点定位)表示为1，当接收到RTK/RTD差分数据时定位状态立即表示为5，当RTK/RTD成功初始化后，定位状态变成差分定位状态，被表示为4。GGA信息包含时间戳，时间戳的精确度可以是1秒。因此，根据定位状态的变化，能够精确确定定位初始化时间。
在本实施例中，除了传统的定位精度，差分服务性能监控指标还包括定位初始化时间、RTK/RTD可用率、固定历元百分比和初始化丢失率，并且定位精度的计算方法具有进一步的改进。
在一个实施例中，监测服务器的一个测试时间段可以被定义为第一时间间隔和第二时间间隔的总和，例如，6min。在一个测试时间段内，如果5分钟之内RTK/RTD差分信号被成功初始化，则记录一次RTK/RTD定位成功，并同时标记该测试时间段是成功时间段，如果5分钟之内RTK/RTD差分信号没有成功初始化，则记录一次RTK/RTD定位失败。具体地说，在本实施例的GGA信息中，原始定位状态为1，当接收到RTK/RTD差分数据之后，定位状态立即变为5，当RTK/RTD差分数据被成功初始化，定位状态变为4。
在本实施例中，根据GGA信息可以统计出单位RTK/RTD可用率，用于反映RTK/RTD服务的可用性，功能与传统的RTK时间可用性类似，但是单位RTK/RTD可用率具有不同的统计方法和更高的精确度。具体地说，单位RTK/RTD可用率包括单小时RTD/RTD可用率和单日RTK/RTD可用率，单小时可用率被定义为1小时内定位成功的测试时间段个数与该小时内测试时间段总个数的比值，单日可用率被定义为1天内定位成功的测试时间段个数与当天测试时间段总个数的比值。在本实施例中，可以每5分钟对RTK/RTD差分信号进行一次定位解算，因此RTK/RTD可用率可以反映实时的差分服务的可用性，现有技术在一天内仅进行一次定位解算，因而RTK时间可用性会过高估计RTK/RTD服务的可用性。其中，定位解算表示为定位状态从1变为4，也就是是定位状态的成功初始化。
在一个测试时段内,监测站一旦接收到来自软件转发的RTK/RTD差分数据，就会进行RTK/RTD定位初始化，初始化时间通过1Hz GGA信息中定位状态的变化可以准确判断；每个测试时段对应一个初始化时间；单小时定位初始化时间，分为3个级别：单小时内66.7％的时段完成定位初始化所需时间；单小时内95％的时段完成定位初始化所需时间；单小时内100％的时段完成定位初始化所需时间。单天定位初始化时间，分为3个级别：单天内66.7％的时段完成定位初始化所需时间；单天内95％的时段完成定位初始化所需时间；单天内100％的时段完成定位初始化所需时间。从而初始化时间可以精确到1秒，相对于现有技术而言提高了指标的精度。
根据GGA信息中的定位坐标可进一步计算指标：定位精度。定位精度包括内符合精度和外符合精度。
在本实施例中，内符合精度包括：单小时内符合精度，根据1小时内全部的RTK/RTD定位坐标(RTK/RTD成功初始化后的坐标)计算内符合精度；单日内符合精度，根据1天内全部的RTK/RTD定位坐标(RTK/RTD成功初始化后的坐标)计算内符合精度。内符合精度的计算方法包括：将RTK/RTD定位成功后的监测站的坐标作为观测值，计算监测站预设时间段(例如单小时、单日)内全部定位坐标的平均值；设每秒定位坐标与平均值的差值为
则该时间段内的内符合精度为：
式中，n是该时间段内所有定位成功的坐标个数，lm是第m个坐标…，l是预设时间段内全部定位成功坐标的平均值，按照(1)式分别计算三个坐标方向(N、E、U)的内符合精度。
在本实施例中，外符合精度包括：单小时外符合精度，根据1小时内全部的RTK/RTD定位坐标(RTK/RTD成功初始化后的坐标)和监测站的已知精确坐标计算外符合精度；单日外符合精度，根据1天内全部的RTK/RTD定位坐标(RTK/RTD成功初始化后的坐标)和监测站的已知精确坐标计算外符合精度。外符合精度的计算公式如下所示：
其中，n为该段时间所有定位成功后的坐标个数，
为已知精确坐标，则每秒定位坐标与已知精确坐标的差值为
依照(2)式分别计算三个坐标方向(N、E、U)的外符合精度。
传统的初始化时间和定位精度不能全面的反映播发系统的服务质量(即，RTK/RTD差分服务的质量)，例如，不能反映RTK数据服务在一天内的可用时间、每次定位成功后是否出现定位丢失以及丢失率的大小，也不能反映定位成功后具有高精度定位结果的历元(即，1秒为1个历元)个数。本发明提供了进一步反映播发系统服务质量的监控指标——固定历元百分比和初始化丢失率。
在一个实施例中，在一个测试时间段内，若定位成功后出现连续3个历元丢失初始化状态的情况，则标记该测试时间段属于定位初始化丢失。因此根据上述描述，初始化丢失率包括单小时定位初始化丢失率和单日定位初始化丢失率。定位初始化丢失率反映了定位初始化后的高精度定位结果的稳定性。
固定历元百分比是每个测试时间段内所有定位成功的历元个数与该测试时间段的解算历元个数的比值，其中，解算历元的个数是该测试时间段内减去差分数据中断的时间，单位是秒。
本发明第二实施方式涉及一种网络差分服务性能的监测系统，图3是本发明的一个实施例的网络差分服务性能的监测系统200。系统200包括：网络差分服务器，通过无线或有线连接与网络差分服务器通信的监测服务器，和通过无线或有线连接与监测服务器通信的监测站接收机。
在一个实施例中，监测服务器被设置成：从网络差分服务器获取RTK/RTD差分数据；周期性地向监测站接收机转发RTK/RTD差分数据，其中，每一个时间周期是6分钟，包括第一时间间隔5分钟和第二时间间隔1分钟，监测服务器在5分钟内连续将RTK/RTD差分数据转发到监测站接收机，供该监测站接收机完成差分定位的初始化并进入差分定位状态，然后5分钟后停止定位差分信号的转发，使得监测站接收机恢复到单点定位状态；接收来自监测站接收机的定位结果和定位状态信息；根据定位结果和定位状态信息计算所述网络差分服务器的差分服务性能指标。当然，这个实施例中的5分钟和1分钟只是一个优选的例子，并非对本发明保护范围的限定。例如，在另一个实施例中，每一个时间周期是7分钟，包括第一时间间隔5分半钟和第二时间间隔1分半钟，等等。
监测服务器还设置有数据库，数据库用于储存所述定位结果和定位状态信息；和计算所述网络差分服务器的差分服务性能指标。计算所得的性能指标将通过指标显示单元进行图形或列表展示，供人员定量的评估差分服务性能。
另外，监测站接收机的个数是N，N是大于等于1的正整数；其中监测站接收机具有多个TCP端口。监测站接收机还被设置成将所述定位结果和定位状态信息上载到GGA信息。
另外，第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一的实施方式互相配合实施。第一的实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一的实施方式中。
需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种网络差分服务性能监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
从网络差分服务器获取定位差分信号；
周期性地向监测站接收机转发所述定位差分信号，其中，每一个时间周期中包括依次的第一和第二时间间隔，在第一时间间隔内将所述定位差分信号转发到监测站接收机，供该监测站接收机完成差分定位的初始化并进入差分定位状态，在第二时间间隔内停止所述定位差分信号的转发，使得所述监测站接收机恢复到单点定位状态；
接收来自所述监测站接收机的定位结果和定位状态信息；
根据所述定位结果和定位状态信息计算所述网络差分服务器的差分服务性能指标。
2.如权利要求1所述的网络差分服务性能监测方法，其特征在于，所述“ 在第一时间间隔内将所述定位差分信号转发到监测站接收机，供该监测站接收机完成差分定位的初始化并进入差分定位状态”的步骤还包括：
在所述第一时间间隔内，如果所述监测站接收机完成差分定位的初始化，则记录一次定位成功并且标记该时间间隔为成功时间段；
如果所述监测站接收机没有完成差分定位的初始化，则记录一次定位失败并且标记该时间间隔为失败时间段。
3.如权利要求1所述的网络差分服务性能监测方法，其特征在于，所述接收来自所述监测站接收机的定位结果和定位状态信息的步骤之前，还包括：
所述监测站接收机将所述定位结果和定位状态信息储存到GGA信息；
接收来自所述监测站接收机的所述GGA信息。
4.如权利要求1所述的网络差分服务性能监测方法，其特征在于，所述第一时间间隔是5分钟，所述第二时间间隔是1分钟。
5.如权利要求1所述的网络差分服务性能监测方法，其特征在于，所述定位差分信号是RTK/RTD差分数据。
6.如权利要求5所述的网络差分服务性能监测方法，其特征在于，所述差分服务性能指标包括RTK/RTD可用率，定位初始化时间和初始化丢失率。
7.一种网络差分服务性能监测系统，其特征在于，包括网络差分服务器，通过无线或有线连接与所述网络差分服务器通信的监测服务器，和通过无线或有线连接与所述监测服务器通信的监测站接收机；其中，
所述监测服务器被设置成：
从所述网络差分服务器获取定位差分信号；
周期性地向所述监测站接收机转发所述定位差分信号，其中，每一个时间周期中包括依次的第一和第二时间间隔，在第一时间间隔内将所述定位差分信号转发到监测站接收机，供该监测站接收机完成差分定位的初始化并进入差分定位状态，在第二时间间隔内停止所述定位差分信号的转发，使得所述监测站接收机恢复到单点定位状态；
接收来自所述监测站接收机的定位结果和定位状态信息；
根据所述定位结果和定位状态信息计算所述网络差分服务器的差分服务性能指标。
8.如权利要求7所述的网络差分服务性能监测系统，其特征在于，所述监测服务器还设置有数据库，所述数据库被配置成：
储存所述定位结果和定位状态信息；
计算所述网络差分服务器的差分服务性能指标。
9.如权利要求7所述的网络差分服务性能监测系统，其特征在于，所述监测站接收机的个数是N，N是大于等于1的正整数；其中所述监测站接收机具有多个TCP端口。
10.如权利要求7所述的网络差分服务性能监测系统，其特征在于，所述监测站接收机还被设置成：将所述定位结果和定位状态信息上载到GGA信息。
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2016
- 2016-12-07 CN CN201611117076.8A patent/CN108169770B/zh active Active
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