區域GNSS基準站網數據信息資源規范管理研究

成夏葳，馬新瑩，王 斌

(國家測繪地理信息局 大地測量數據處理中心，西安 710054)

0 引言

全球衛星導航系統(global navigation satellite system，GNSS)連續運行基準站是建立和維持國家和區域高精度靜態、動態、地心、3維坐標參考框架的現代測繪基礎設施，是地理空間基礎框架的核心，是國家空間數據基礎設施的重要組成部分，可提供實時和準實時的集約化位置導航服務。GNSS連續運行基準站網(簡稱“基準站網”)是由若干基準站、數據中心及數據網絡組成的，提供數據、導航、定位、定時及其他服務的系統[1-2]。

基準站網數據信息是地理信息獲取不可或缺的手段和資源，離開了快速精確的空間位置信息，就不能優質高效的獲取地理信息數據，影響經濟社會與之相關領域的信息化、數字化、智能化發展水平和速度。目前省級測繪地理信息部門和地震、氣象等行業部門建設了2 300多座基準站[3]，但由于對基準站網數據信息資源管理沒有統一標準，難以實現國家和區域基準站網的數據信息資源互聯、互通、互操作，造成了數據信息、產品以及服務等方面的技術障礙。為此需要對基準站網數據信息的類別劃分、技術要求、存儲備份等方面予以規范，實現基準站網數據信息記錄、存儲、備份、共享和應用制度化、規范化、標準化，為國家和區域坐標框架建立、維持、更新、基準站穩定性分析、衛星導航定位服務等應用奠定基礎。

1 基準站網數據管理現狀

1.1 基準站網建設現狀

我國國家基準站網于2015年建成，由410個基準站組成，其中新建基準站全部配置北斗衛星導航定位系統(BeiDou navigation satellite system，BDS)接收機，實現了基于BDS的國家坐標框架維持及實時導航定位服務[4-5]。區域基準站網從2006年開始到目前為止，除西藏、陜西外，全國29個省(市、區)建設了各自的基準站網，并對社會提供服務；區域基準站網已經成為區域坐標框架維持的主要測繪基礎設施，在國民經濟建設、社會發展、國家安全等方面都發揮著重要作用。

新的測繪法提出測繪地理信息主管部門要建立統一的衛星導航定位基準服務系統，提供導航定位基準信息的公共服務[6]。2015—2030年期間，我國將對國家和區域基準站進行升級改造，使其逐漸過渡到BDS或BDS兼容系統。統籌區域基準站網，形成全國無縫銜接、資源共享的全國衛星導航定位基準服務系統，實現我國衛星導航領域自主可控，面向全國用戶提供米級、分米級、厘米級的實時導航定位服務[7-8]。

1.2 基準站網數據信息資源管理現狀

目前，國家和區域基準站網的運行、應用已經日趨成熟，全國一張網的規劃建設初具規模，但由于區域基準站網建設的年代先后不一，建設的技術要求和坐標基準不一致，儀器設備、數據存儲方式、管理標準不盡相同，且只能滿足本區域的基本應用[9-14]。國家基準站網與區域基準站網，區域基準站網之間彼此獨立，無法互聯、互通、互操作，不能實現跨區域數據信息資源共享，不利于高精度位置服務的推廣，不利于全國區域站網之間資源共享、數據應用、科學研究，阻礙著未來跨區域導航定位服務的開展[5]。

1.3 基準站網數據信息資源管理存在的問題1.3.1 基準站網數據信息資源

基準站網數據信息資源主要包括基準站網信息、基準站信息、GNSS觀測數據文件和實時GNSS觀測數據流等(如圖1所示)。

1.3.2 存在問題

1)基準站信息記錄不規范。全國沒有統一的基準站信息管理規范標準，各地的基準站信息記錄不統一、更新不及時。雖然文獻[1]對部分信息記錄有所規定，但沒有具體樣表、圖例參考，如當基準站站點要素信息發生變化，或幾個基準站使用同一站名、代碼時，如何記錄站點信息沒有具體規定。

2)站址周邊環境發生變化記錄不及時。當站址周邊一定范圍內發生滑坡、地震、大型工程施工、新建構筑物形成遮擋時，導致站點位置坐標變化，觀測數據質量不高或產生嚴重錯誤。此類信息如不及時更新記錄，或不隨觀測數據文件一起存儲備份，將會導致計算的站點坐標產生較大誤差或錯誤，影響定位精度及成果的準確性[10-12]。

3)基準站數據文件組織形式不統一。區域基準站網建設時間先后不一，使用的儀器設備類型多樣，同一區域有多個品牌，同一品牌因儀器設備升級、更新帶來儀器型號不同，性能也不一樣[2]。隨機軟件下載的數據會因儀器生產廠家不同、軟件版本差異，導致基準站網數據文件組織形式不盡相同，影響事后精密處理結果和以往數據資料分析查證。

4)基準站天線高歸算位置不統一。區域基準站網建設時未采用統一技術標準，形成各區域基準站網天線高歸算位置不一致?；鶞收咀鴺耸菍崿F差分定位服務的關鍵，其天線型號、天線高歸算位置的準確性直接影響導航定位的精度和可靠性。如天線的相位中心偏差(phase center offset,PCO)及相位中心變化(phase center variation，PCV)對長基線在各分量方向或長度上的影響最大可達到101 mm[15]。

5)數據存儲備份管理標準不統一。造成基準站數據存儲備份管理內容不一致，表現在接收機、天線、天線高等信息更新不及時、不完整，關鍵信息命名標準不統一，存儲內容不統一，部分信息與實際不符，站點觀測數據異常時不能及時發現。

6)基準站網數據信息資源不共享。各地基準站建設、運行、維護、管理、服務標準不統一，坐標框架更新不一致，數據信息資源難以共享，造成資源極大浪費。

上述問題的存在不利于基準站網數據信息獲取、整理、分析、處理、存儲、備份、管理及充分合理利用。有些數據信息僅當時數據管理人員清楚，一旦其離開工作崗位，數據信息很難復原，影響成果的溯源和使用。

2 基準站網數據信息資源規范管理

2.1 規范基準站網數據信息

基準站網數據信息資源包括基準站網基本信息、基準站屬性、GNSS儀器設備及管理單位信息等，如表1所示。

表1 基準站網數據信息

按照表1的內容建立基準站網信息記錄檔案，以圖表的形式詳細規范每項屬性信息填寫內容，如一站多名稱，一站多用途，一地多站的站名及代碼編寫要求，接收機、天線、天線罩的使用、升級、維修、更換信息記錄，站點發生地震、滑坡等地質災害記錄，管理單位信息變更記錄，重要問題處理意見及處理結果記錄等，均應按要求及時填寫變化信息，記錄歸檔，長期保存。

2.2 規范基準站數據信息

基準站數據信息包括站點基本情況、GNSS儀器設備類型、天線高信息及聯測水準信息等，如表2所示。

表2 基準站數據信息

基準站數據信息記錄按照表2的內容順序編制，范例采用文字和圖表結合的形式嚴格規定。每個基準站有一個完整的信息記錄手簿，并對手簿進行編號，手簿按頁碼順序連續記錄，不得漏頁和缺頁。每項數據信息有具體規定，如站點名稱、站點代碼命名、天線高的計量單位。當站點周圍環境、儀器設備、天線高及歸算位置等發生變化或更換，應現場實時填寫，不能事后憑回憶記錄，記錄信息及時歸檔，長期保存。

2.3 規范GNSS觀測數據文件

GNSS觀測數據文件是指基準站連續觀測生成的數據文件，可準實時或事后傳輸至數據控制中心，主要用于事后精密數據處理、坐標框架計算以及其他服務。文件內容包括站點基本信息、GNSS觀測數據、氣象元素數據和其他數據，如表3所示。

表3 基準站觀測數據信息

GNSS觀測數據文件格式包括設備直接輸出格式和國際通用標準格式(如：RINEX格式)。按照文獻[1]規定，基準站僅傳輸采樣間隔為30 s的RINEX格式觀測、氣象、導航等文件，在本地保留二進制數據至少30 d作中發現有的單位只用隨機軟件保留了標準格式，而未保存設備直接輸出格式。從實際應用看，這2種格式均應長期保存。

2.4 規范實時觀測數據流

實時觀測數據流是基準站以一定的時間間隔輸出的觀測數據，包括觀測數據及其屬性信息[2]，如表4所示。

表4 實時觀測數據流信息

實時觀測數據流的格式包括設備直接輸出格式和國際通用標準格式(如：RTCM、BINEX格式)，2種格式均應長期保存。對接收機能接收到的多模GNSS觀測數據，也應全部長期保存。

2.5 規范數據信息匯集格式

基準站網數據信息資源匯集、存儲、備份時，應有嚴格的目錄結構要求，為日后查詢、使用、分析提供方便。匯集目錄結構應以圖2結構規范，即“省市名稱/基準站名(站編號)/數據文件”。

2.6 規范數據信息存儲標準

研究分析各區域基準站數據信息的不同下載及存儲方式，按照制度化、通用化、統一化、標準化原則，規范基準站數據信息存儲內容和文件組織形式。制定數據信息長期保存、備份方案，防止存儲介質失效，確保數據的完整性和可用性。研發高效、可靠、準確、規范、安全自動化的存儲備份管理軟件，確保對基準站網各期數據信息長期有效安全的存儲。

3 制定相關規范研發共享應用平臺思考

3.1 制定相關規范標準

制定基準站網數據信息資源管理規范標準，研發與之相適應的應用管理軟件，解決數據信息缺漏丟失，避免重復投入和應用不便，實現數據信息資源共享和合理使用，確?；鶞收揪W數據信息的權威性和準確性：

1)制定規范標準要在充分調研區域基準站網數據信息資源管理的基礎上進行，以協調性、統一性、強制性、實用性、規范性為原則，充分考慮省市和行業部門對基準站網數據信息資源的應用需求，達到操作性強、覆蓋面廣、適用性好。

2)規范基準站網觀測數據、站址信息、設備信息、數據處理、坐標成果、用戶信息、應用服務、運行維護、坐標參考框架維持與更新標準，實現區域網與區域網之間，國家網與區域網之間的數據資源共享。

3)規范基準站信息、站址變動信息填寫格式。制定統一的天線高信息、數據頭文件信息、接收機及天線更換信息等內容的記錄格式、填寫順序、計量單位、信號編碼和傳輸格式、存儲方式等方面的技術標準，確?；鶞收緮祿畔⒌臏蚀_性、可溯性。

4)按照基準站數據密級劃分要求，制定基準站數據信息安全管理規范，并開發與之相適應的保密技術處理軟硬件，確?；鶞收緮祿畔踩玔16]。

3.2 搭建共享應用平臺

為了便于管理基準站網數據信息，本著統一、通用、實用、方便的原則，搭建基準站網數據信息資源共享交換平臺，實現國家和區域基準站網數據信息在平臺上填報統計、數據傳輸、數據檢測、質量分析、交換共享、存儲管理等功能，保證區域基準站網數據資源的正確性、實時性、現勢性、合理性、一致性和兼容性。構建區域基準站網數據信息資源共享基本架構如圖3所示。

4 結束語

國家和區域基準站網數據信息是國家和區域重要的空間地理信息資源，目前我國尚未形成基準站數據信息資源管理機制，造成全國范圍內數據信息資源共享困難，不能發揮數據信息在源頭性研究和社會服務，給國家和省市行政管理和公共服務帶來不便。

本文結合當前區域基準站網數據信息資源管理現狀和未來發展趨勢，提出了以現有國家、區域基準站網為基礎，規范基準站網數據信息資源管理策略和搭建基準站網共享應用平臺的思考，從而消除以行政區域彼此獨立管理造成的資源共享障礙，提高數據信息資源利用率。以標準化、網絡化、自動化、實時化、智能化為目標，實現區域基準站網數據信息資源跨區域、跨行業的共享和廣泛應用，增強國家及區域衛星導航定位服務能力，推進衛星導航定位產業發展。