張 霞，陳 豪，李 劍，張 揚，孫小超

(湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074)

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湖北省BDS高精度位置服務(wù)平臺設(shè)計

張 霞，陳 豪，李 劍，張 揚，孫小超

(湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074)

在國內(nèi)尚無成熟的高精度位置服務(wù)平臺可供參考的背景下，針對湖北省BDS導(dǎo)航應(yīng)用示范項目中海量終端與應(yīng)用系統(tǒng)對高精度位置服務(wù)的具體需求，提出了一條適用于湖北省BDS導(dǎo)航應(yīng)用示范項目的BDS高精度位置服務(wù)平臺建設(shè)思路，闡述了湖北省BDS高精度位置服務(wù)平臺建設(shè)的總體目標，給出了平臺業(yè)務(wù)體系架構(gòu)和總體工作流程，并對組成平臺的BDS高精度差分服務(wù)系統(tǒng)、位置服務(wù)開放系統(tǒng)、地圖信息服務(wù)系統(tǒng)、運行監(jiān)控系統(tǒng)和云基礎(chǔ)設(shè)施等支撐系統(tǒng)進行了設(shè)計。

BDS高精度位置服務(wù)平臺；建設(shè)目標；業(yè)務(wù)體系架構(gòu)；支撐系統(tǒng)

0 引言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou navigation satellite system，BDS)是我國自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，2012年底開始試運行，形成區(qū)域服務(wù)能力，擬2020年全面建成實現(xiàn)全球服務(wù)能力[1]。為加快BDS的應(yīng)用與發(fā)展，《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020)》將“中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)科技重大專項”列為16項科技重大專項之一，主要通過BDS應(yīng)用示范工程的實施推動BDS在民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，帶動BDS產(chǎn)業(yè)鏈的形成和發(fā)展，為BDS系統(tǒng)的健康可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

2013年3月湖北省測繪地理信息局組織完成了全國首個省級BDS地基增強系統(tǒng)的建設(shè)，其定位精度平面和高程分別達到2和5 cm[2]，大幅提升了BDS的服務(wù)能力和應(yīng)用層次。為進一步推進湖北省BDS產(chǎn)業(yè)發(fā)展、深入挖掘BDS高精度應(yīng)用潛力，湖北省測繪地理信息局2013年組織申報BDS區(qū)域應(yīng)用示范項目，2014年10月項目通過工程可行性研究報告評審，2015年6月通過初步設(shè)計方案評審。項目總投資2.46億元，計劃通過長江航道、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、城市配送、農(nóng)村客運、民生關(guān)愛等5個行業(yè)示范的建設(shè)搭建BDS高精度位置服務(wù)平臺，推廣安裝42萬套BDS應(yīng)用終端。

湖北省BDS高精度位置服務(wù)平臺是湖北省BDS導(dǎo)航應(yīng)用示范項目的關(guān)鍵部分，也是支撐示范項目的重要基礎(chǔ)，在國內(nèi)尚無成熟的高精度位置服務(wù)平臺可供參考的背景下，本文以相關(guān)平臺的標準規(guī)范[3-9]為基礎(chǔ)，經(jīng)過探索和思考，提出了湖北省BDS高精度位置服務(wù)平臺(以下簡稱平臺)的設(shè)計思路。

1 總體建設(shè)目標

平臺以湖北省BDS地基增強系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以BDS高精度定位為特色，融合偽距差分、載波相位差分、基站定位等多種定位技術(shù)，搭建公共位置服務(wù)平臺，實現(xiàn)海量位置信息和基礎(chǔ)地理信息存儲、分析、處理和播發(fā)。通過重點領(lǐng)域的示范應(yīng)用，拓展BDS應(yīng)用尤其是高精度應(yīng)用，探索“高端低用”的BDS高精度位置服務(wù)商業(yè)模式。

2 業(yè)務(wù)體系架構(gòu)

根據(jù)示范項目業(yè)務(wù)情況將平臺業(yè)務(wù)體系架構(gòu)分為基礎(chǔ)設(shè)施層、應(yīng)用支撐層、功能服務(wù)層、應(yīng)用層以及表現(xiàn)層，各層功能及相互之間的關(guān)系如下：

1)基礎(chǔ)設(shè)施層：包括湖北省BDS地基增強系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信以及云服務(wù)等基礎(chǔ)設(shè)施。BDS應(yīng)用終端通過2G或3G等移動通信網(wǎng)絡(luò)接入湖北省BDS地基增強系統(tǒng)。BDS地基增強系統(tǒng)通過提供偽距差分、載波相位差分、廣域差分等各類數(shù)據(jù)產(chǎn)品，實現(xiàn)m級、亞m級或cm級位置信息。各種差分數(shù)據(jù)通過云服務(wù)平臺上的應(yīng)用支持層向用戶播發(fā)位置服務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

2)應(yīng)用支撐層：整體架構(gòu)設(shè)計的核心部分，在湖北省BDS地基增強系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過軟硬件、數(shù)據(jù)服務(wù)結(jié)構(gòu)以及相關(guān)中間件的改造升級，搭建可動態(tài)擴展的、高可靠的位置服務(wù)云平臺。平臺根據(jù)功能服務(wù)層各應(yīng)用領(lǐng)域的需求，為終端提供融合多種定位技術(shù)的導(dǎo)航定位接口、具有高并發(fā)的互聯(lián)網(wǎng)播發(fā)能力；同時為不同的應(yīng)用領(lǐng)域提供位置服務(wù)，實現(xiàn)各行業(yè)位置數(shù)據(jù)的共享、存儲、查詢與交換，為數(shù)據(jù)挖掘以及開展增值服務(wù)提供了基礎(chǔ)和手段。

3)功能服務(wù)層：搭建在應(yīng)用支撐平臺上的基礎(chǔ)應(yīng)用組件，為應(yīng)用層5個行業(yè)的7個服務(wù)系統(tǒng)提供不同的功能模塊，基于應(yīng)用支撐層提供的數(shù)據(jù)分析，按照各個服務(wù)系統(tǒng)的需求建立合適的數(shù)據(jù)模型，是實際行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)層。

4)應(yīng)用層：應(yīng)用層是功能服務(wù)層的集成顯示，為表現(xiàn)層提供后臺服務(wù)，在上下兩層之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和交換。7個核心業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)均架設(shè)在各個行業(yè)管理部門，在各部門現(xiàn)有的信息化條件下研制或擴展。

5)表現(xiàn)層：提供基于BDS高精度位置服務(wù)的各類專題應(yīng)用，包括各類應(yīng)用軟件系統(tǒng)、WEB服務(wù)系統(tǒng)、手機APP服務(wù)、電子屏等表現(xiàn)形式，用戶通過表現(xiàn)層獲取需要的信息資源。

3 總體工作流程

示范項目定位終端(車載、船載、個人)通過BDS衛(wèi)星進行初步定位，以無線通信方式上發(fā)位置信息和狀態(tài)信息至BDS高精度位置服務(wù)平臺相關(guān)接口，平臺根據(jù)終端定位服務(wù)精度需求，將定位服務(wù)請求分為cm級、亞m級和m級定位精度。其中cm級定位請求通過BDS高精度差分平臺進行解析、運算，得到高精度的位置信息；亞m級、m級定位請求通過位置信息開放平臺通過網(wǎng)格化算法得到定位改正信息。平臺獲取的終端實時位置信息和狀態(tài)信息通過服務(wù)接口提供給各行業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，同時為示范應(yīng)用提供海量數(shù)據(jù)存儲、分析和共享。總體流程設(shè)計見圖1。

圖1 總體流程

4 支撐系統(tǒng)設(shè)計

平臺支撐系統(tǒng)主要包括BDS高精度差分服務(wù)系統(tǒng)、位置服務(wù)開放系統(tǒng)、地圖信息服務(wù)系統(tǒng)、運行監(jiān)控系統(tǒng)和云基礎(chǔ)設(shè)施等5部分。

4.1 BDS高精度差分服務(wù)系統(tǒng)

BDS高精度差分服務(wù)系統(tǒng)從湖北省BDS地基增強系統(tǒng)獲取全省BDS衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準站實時數(shù)據(jù)流，通過解析、同步、處理、存儲等環(huán)節(jié)，向定位終端設(shè)備提供DGNSS、網(wǎng)絡(luò)RTK等不同精度類型的差分數(shù)據(jù)，滿足從cm到亞m層次的不同應(yīng)用需求。從信息安全的角度考慮，BDS高精度差分服務(wù)系統(tǒng)部署于物理云平臺，在現(xiàn)有湖北省BDS地基增強系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造升級，重點實現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的差分服務(wù)能力。具體功能框架如圖2所示。

圖2 差分服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計

4.2 位置服務(wù)開放系統(tǒng)

位置服務(wù)開放系統(tǒng)從BDS高精度差分服務(wù)系統(tǒng)獲取m級、亞m級差分數(shù)據(jù)后，結(jié)合其他定位技術(shù)，通過綜合處理，形成多種差分服務(wù)接口，對外提供能支持海量規(guī)模的終端差分接入服務(wù)。此外，位置服務(wù)開放系統(tǒng)將海量規(guī)模終端上發(fā)的位置信息和狀態(tài)信息進行解析和存儲，對行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)提供終端信息的查詢服務(wù)。位置服務(wù)開放系統(tǒng)采取主備方式分別在物理云平臺和云服務(wù)開放平臺部署，具體功能框架如圖3所示。

圖3 位置服務(wù)開放平臺功能架構(gòu)

4.3 地圖信息服務(wù)系統(tǒng)

地圖服務(wù)是各類導(dǎo)航與LBS應(yīng)用的基礎(chǔ)[10]，其建設(shè)與部署則相對比較獨立。此系統(tǒng)主要基于湖北省現(xiàn)有的基礎(chǔ)地理信息資源搭建，同時根據(jù)行業(yè)應(yīng)用需求采集并發(fā)布高精度專題地圖資源，以WEB地圖服務(wù)的方式運行，建立地圖服務(wù)站點，對外提供分層次的地圖服務(wù)。

4.4 運行監(jiān)控系統(tǒng)

運行監(jiān)控系統(tǒng)部署于物理云平臺，主要負責(zé)對BDS地基增強系統(tǒng)和BDS高精度位置服務(wù)平臺的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，對系統(tǒng)各類差分增強服務(wù)性能，包括服務(wù)精度、完好性、連續(xù)性、可用性等進行綜合監(jiān)測與評估，實現(xiàn)系統(tǒng)故障的實時監(jiān)測，為系統(tǒng)的故障快速恢復(fù)提供技術(shù)依據(jù)，為系統(tǒng)運維質(zhì)量評價提供管理依據(jù)，確保系統(tǒng)能夠長期、可靠、穩(wěn)定、自主運行。具體功能框架如圖4所示。

圖4 運行監(jiān)控系統(tǒng)框架

4.5 云基礎(chǔ)設(shè)施

物理云平臺建設(shè)與維護：物理云平臺主要用于承載BDS高精度差分服務(wù)系統(tǒng)、位置服務(wù)開放系統(tǒng)(主備之一)和運行監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用湖北省測繪地理信息局大數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施，通過購置服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、虛擬化軟件、系統(tǒng)軟件和分布式軟件等搭建虛擬化云平臺。

云服務(wù)開放平臺：位置服務(wù)開放系統(tǒng)(主備之一)由于需要承擔(dān)高并發(fā)的終端接入和海量的數(shù)據(jù)交換，所以對業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運行要求非常高。鑒于目前國內(nèi)云服務(wù)開放平臺部分趨于成熟，政府和企業(yè)正逐步將業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到云平臺，云服務(wù)開放平臺的各種資源可按需調(diào)整，后續(xù)維護工作也較為簡單，可將其列為支撐業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行的云平臺之一，用于分擔(dān)物理云平臺的壓力，提高業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

湖北省BDS高精度位置服務(wù)平臺是全國第一個將高精度定位引入社會化應(yīng)用的項目，在國內(nèi)尚無成熟的高精度位置服務(wù)平臺可供參考的背景下，經(jīng)過艱苦的探索，平臺的建設(shè)思路也逐漸清晰。本文從平臺建設(shè)目標、業(yè)務(wù)體系架構(gòu)、工作流程、支撐系統(tǒng)等方面展開論述，提出了一條適用于湖北省BDS導(dǎo)航應(yīng)用示范項目的BDS高精度位置服務(wù)平臺建設(shè)思路，并以此為基礎(chǔ)形成了平臺的初步設(shè)計方案，用于指導(dǎo)平臺建設(shè)工作，希望對其他類似應(yīng)用有一定的參考意義。

[1] 中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展報告(2.1版)[J].衛(wèi)星應(yīng)用，2013(1)：9-12.

[2] 黎昌政，俞儉.北斗系統(tǒng)專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域定位達到厘米級[N].科技日報，2013-03-23(1).

[3] 中華人民共和國交通運輸部.道路運輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)平臺技術(shù)要求：JT/T 796-2011[S].北京：人民交通出版社，2011：2-9.

[4] 中華人民共和國交通運輸部.道路運輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)交換：JT/T 809-2011[S].北京：人民交通出版社，2011：2-41.

[5] 國家測繪地理信息局.地理信息元數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范：CH/Z 9019-2012[S].北京：測繪出版社，2014：4-31.

[6] 國家測繪地理信息局.地理信息網(wǎng)絡(luò)分發(fā)服務(wù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容規(guī)范：CH/Z 9018-2012[S].北京：測繪出版社，2014：5-62.

[7] 國家測繪地理信息局.數(shù)字城市地理信息公共平臺運行服務(wù)規(guī)范：CH/T 9014-2012[S].北京：中國測繪出版社，2013：2-7.

[8] 國家測繪地理信息局.數(shù)字城市地理信息公共平臺建設(shè)要求：CH/T 9013-2012[S].北京：測繪出版社，2013：2-30.

[9] 國家測繪局.地理信息公共平臺基本規(guī)定：CH/T 9004-2009[S].北京：測繪出版社，2009：1-8.

[10]李飛，孫軒，馬春紅.導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].地理空間信息，2014，12(5)：38-40.

Design of Hubei BDS high-precision LBS platform

ZHANG Xia，CHEN Hao，LI Jian，ZHANG Yang，SUN Xiaochao

(Hubei Institute of Surveying and Mapping，Wuhan 430074，China)

Aiming at the background that there is no mature high-precision LBS platform for reference currently，according to the specific needs of high-precision services in Hubei BDS demonstration project，this paper put forward a method for the construction of BDS high-precision LBS platform，which is suitable for the demonstration project in Hubei，described the construction goal，gave the general design of business architecture and the total workflow，and presented the construction ideas of support system in the platform，which consists of BDS high-precision differential system，open LBS system，map information service system，monitoring system and cloud infrastructure and so on.

BDS high-precision LBS platform；construction goal；business architecture；support system

2016-04-27

中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)科技重大專項“湖北省北斗導(dǎo)航應(yīng)用示范”資助項目。

張霞(1987—)，女，湖北黃岡人，工程師，研究方向為地理信息數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用。

陳豪(1983—)，男，湖北襄陽人，工程師，研究方向為CORS系統(tǒng)管理、導(dǎo)航與位置服務(wù)研究與應(yīng)用等。

張霞，陳豪，李劍，等.湖北省BDS高精度位置服務(wù)平臺設(shè)計[J].導(dǎo)航定位學(xué)報，2016，4(4)：77-80.(ZHANG Xia，CHEN Hao，LI Jian，et al.Design of Hubei BDS high-precision LBS platform[J].Journal of Navigation and Positioning，2016，4(4)：77-80.)

10.16547/j.cnki.10-1096.20160415.

P228

A

2095-4999(2016)04-0077-04