關于全國衛(wèi)星導航定位服務系統統籌建設的若干思考

武軍酈，陳 明,3

(1. 國家基礎地理信息中心,北京100830； 2. 導航與位置服務國家測繪地理信息局重點實驗室，北京 100830； 3. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079)

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關于全國衛(wèi)星導航定位服務系統統籌建設的若干思考

武軍酈1,2，陳 明1,2,3

(1. 國家基礎地理信息中心,北京100830； 2. 導航與位置服務國家測繪地理信息局重點實驗室，北京 100830； 3. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079)

針對目前國家和省級衛(wèi)星導航定位服務系統建設現狀和存在的問題，介紹了全國衛(wèi)星導航定位服務系統統籌建設的必要性和可行性，重點闡述了當前統籌建設的目標和具體任務，以及系統服務形式、指標等，并提出了系統的總體設計框架。

衛(wèi)星導航；定位服務；統籌建設；系統構架

當前GNSS技術的發(fā)展與應用改變了傳統的測量技術手段，綜合應用GNSS技術、信息技術、網絡技術等建設的衛(wèi)星導航定位服務系統已成為國家信息化建設的基礎設施主要組成部分。國家測繪地理信息系統從1992年開始建設，“十二五”末期在全國范圍內形成均勻分布，總體規(guī)模360個站，初步構建了基于北斗衛(wèi)星導航系統的國家基準服務系統；目前已有超過29個省(市)根據自身需求，建設成平均站間距40～70 km的省級衛(wèi)星導航定位服務系統，站點規(guī)模超過3000站。

衛(wèi)星導航定位服務系統可用于國家坐標框架的建立與維持，但并不局限于測繪地理信息行業(yè)，還可面向政府其他部門、企業(yè)和社會大眾提供導航定位服務。全國衛(wèi)星導航定位服務系統可滿足不同行業(yè)用戶對高精度、快速、實時定位和導航的要求，為各領域多種現代化信息化管理提供服務，甚至可擴展到健康、商業(yè)等行業(yè)，進一步壯大測繪地理信息的產業(yè)市場。

由于國家和地方衛(wèi)星導航定位服務系統建設和發(fā)展不同步，系統之間站點分布不均勻，發(fā)展不平衡，各系統之間彼此獨立，不能實現數據共享。通過全國衛(wèi)星導航定位服務系統的資源整合和規(guī)范的運行服務，可構建形成全國融合發(fā)展、無縫銜接的衛(wèi)星導航定位服務系統，協調各個獨立的系統成為一個有機整體，面向全國用戶提供分米級、米級的實時導航定位服務，可有效解決省級接邊和空白區(qū)域服務問題，高效發(fā)揮國家和省級衛(wèi)星導航定位服務系統的作用，開拓創(chuàng)新，促進測繪地理信息事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

一、統籌建設的必要性

1. 維持全國坐標框架統一性需要

2008年7月我國啟用CGCS2000作為國家法定的坐標系和新一代的大地基準。目前，由于各省衛(wèi)星導航定位服務系統建立的坐標框架各自獨立，起算基準框架不統一。只有通過全國衛(wèi)星導航定位服務系統的統籌整合，實現全國坐標框架的統一，才能提供高精度、動態(tài)、實用、統一的參照基準，提高整體服務水平，擴大服務范圍，為地學、空間科學、海洋學、氣象學、環(huán)境科學、資源開發(fā)等領域服務。

2. 解決接邊和空白區(qū)服務問題的需要

目前全國各省、直轄市、自治區(qū)紛紛建設衛(wèi)星導航定位服務系統，其應用范圍和應用對象也逐步擴展到社會的各個領域。但由于各個系統獨立建設，相互之間接邊所覆蓋區(qū)域不足，其應用服務得不到保障，甚至出現服務空白區(qū)。統籌建設全國衛(wèi)星導航定位服務系統，協調各個獨立的系統成為一個有機整體，可有效解決接邊和空白區(qū)域服務問題。

3. 高效、充分利用國家資源的需要

各地各部門建設的全國衛(wèi)星導航定位服務系統主要投資來源為國家財政，但是各個系統之間并無統籌規(guī)劃，難免存在重復建設、資源浪費的情況。統籌全國衛(wèi)星導航定位服務系統資源，使各地區(qū)和部門的資源充分共享，實現服務的高效性和完整性，在不同的層面如國家部門之間、區(qū)域之間形成多方位的服務渠道，從而發(fā)揮衛(wèi)星導航定位基準站作為國家基礎設施最大的效能。

4. 促進北斗應用健康發(fā)展的需要

當前，國家現代測繪基準體系基礎設施建設一期工程正在實施，建設的國家GNSS連續(xù)運行基準站兼容北斗系統。隨著北斗衛(wèi)星導航系統的逐步完善和快速發(fā)展，通過對全國基準站網統籌協調，統一部署，分步實施，使全國基準站網逐步全面兼容北斗系統，這對于推進現代測繪基準的廣泛使用、為用戶提供更高精度的北斗導航與定位服務、大力促進北斗系統產業(yè)化應用產生顯著效果，從而推動我國北斗應用和衛(wèi)星導航事業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

二、建設目標

全國衛(wèi)星導航定位服務系統統籌建設總體目標為：構建框架統一、功能完備、分級管理、無縫銜接、服務高效的全國衛(wèi)星導航定位服務系統，實現中國CGCS2000地心坐標框架的維持與更新，形成覆蓋全國的高精度實時導航定位服務的能力，推動北斗衛(wèi)星導航產業(yè)化應用，滿足社會大眾和行業(yè)對導航定位(高精度)日趨增長的需求。

全國衛(wèi)星導航定位服務系統統籌建設以國家級基準站為核心、地方站作加密，最終實現國家與地方基準站網資源的共建共享，形成更加豐富的數據資源服務于各行各業(yè)，尤其在國家重大工程項目中發(fā)揮重要的作用，形成職責清晰、服務范圍更加合理的全國統一的導航定位服務系統。

三、具體任務

1. 實現站網整體布局優(yōu)化

全國衛(wèi)星導航定位服務系統應充分考慮國家、行業(yè)及區(qū)域應用的需求。國家應在全國范圍內規(guī)劃建設國家級GNSS連續(xù)運行基準站，實現與地方基準框架的銜接和統一，充分利用地方和行業(yè)資源，維持我國地心坐標系統服務。全國范圍基準站網應通過統籌規(guī)劃、優(yōu)化布局，國家建設和統籌地方并舉，形成東部間距40～70 km、西部間距70～100 km的密度，維持和精化我國高精度的坐標參考框架，實現全國范圍內快速、實時的高精度定位服務。

2. 發(fā)布統一權威的基準框架

衛(wèi)星導航定位基準站是CGCS2000坐標框架的骨干和主要技術支撐，是框架中點位三維地心坐標的精度和動態(tài)性的保證，是實現國家與地方大地基準統一，以及我國大地坐標系統與全球地球參考系統保持動態(tài)聯系最主要的技術手段。通過全國衛(wèi)星導航服務系統建設，匯集全國基準站的數據資源，經過整體數據處理和平差，得到高精度的基準站坐標、速度場和時間序列，可為國內衛(wèi)星導航定位服務提供統一、權威的國家空間基準框架。

3. 實現全國站網數據資源高度融合

通過全國衛(wèi)星導航定位服務系統建設，搭建全國基準站數據交換和共享平臺，實現國家和地方、行業(yè)之間資源共享，各類數據匯集、整網處理、數據共享和成果發(fā)布，從而實現全國站網數據資源的高度融合，國家及地方服務能力增強，服務內容、形式和范圍不斷擴大，也可增強PPP、氣象、跨區(qū)服務及邊緣地帶定位等服務。

4. 開展全國站網北斗升級改造

已建國家GNSS連續(xù)運行基準站兼容北斗系統，隨著北斗衛(wèi)星導航系統的逐步完善和快速發(fā)展，通過全國統籌協調，統一部署，分步實施升級改造，將使全國基準站網逐步全面兼容北斗系統，形成國內規(guī)模最大的北斗網，并最終替代GPS系統。同時應考慮通過政策引導，支持各省級數據中心部署國產自主研發(fā)的定位系統軟件。

5. 實現全國廣域分米級實時服務

構建的全國衛(wèi)星導航定位服務系統將在全國開展廣域分米級北斗差分服務，滿足不同精度北斗導航定位用戶的需求，推進衛(wèi)星導航定位產業(yè)發(fā)展，促進和增強北斗導航衛(wèi)星系統在測繪行業(yè)的應用與服務水平，并綜合利用地理信息技術和遙感影像資源，為移動定位、車輛導航、互聯網地圖、智慧城市、地理國情等領域提供位置服務和基礎支撐。

6. 實現全國區(qū)域厘米級實時服務

構建的全國衛(wèi)星導航定位服務系統可通過省級數據中心在全國范圍內開展區(qū)域厘米級實時差分定位服務，滿足高精度導航定位用戶的需求，為工程測量、國土調查、城市規(guī)劃、地籍管理、城鄉(xiāng)建設、環(huán)境監(jiān)測、防災減災、交通監(jiān)控、礦山測量等多種現代化信息化管理提供服務。

四、系統服務方案

全國衛(wèi)星導航定位服務系統可提供的服務內容主要包括數據產品服務、廣域米級差分定位服務、廣域分米級差分定位服務、區(qū)域厘米級差分定位服務、事后毫米級定位服務。

1. 服務形式

上述服務內容中，由于服務的具體數據內容不同，服務的形式也有所區(qū)別。其中，數據產品服務和事后毫米級定位服務對實時性要求不高，可通過FTP下載或提供技術服務等方式實現。廣域米級、分米級差分定位服務和區(qū)域厘米級定位服務對實時性要求較高，可采取地基、星基廣播的服務方式，區(qū)域厘米級定位服務一般通過地面移動通信網絡實時播發(fā)方式實現。

根據目前的播發(fā)資源情況，全國衛(wèi)星導航定位服務系統數據播發(fā)系統可采取地基和星基兩種方式。具體的播發(fā)手段包括地面移動通信、地面數字廣播和轉發(fā)式衛(wèi)星通信3種。根據各類播發(fā)手段的能力與特點、覆蓋范圍等因素，對應核實的差分數據產品與服務用戶。

在服務覆蓋方面，地基播發(fā)手段可在目前移動通信網絡和數字廣播所覆蓋的地區(qū)，如城市、鄉(xiāng)村、道路、峽谷等多種復雜環(huán)境下應用。衛(wèi)星轉發(fā)播發(fā)模式適用于野外或海上開闊環(huán)境中，特別是地面移動通信信號沒有覆蓋或覆蓋不好的地區(qū)，可以服務于我國大陸和海域。星基和地基播發(fā)手段在覆蓋性方面可實現優(yōu)勢互補，確保服務的可靠性。具體服務形式見表1。

2. 服務指標

全國衛(wèi)星導航定位服務系統服務指標見表2。

表1 全國衛(wèi)星導航定位服務系統服務形式

表2 全國衛(wèi)星導航定位服務系統服務指標

五、系統構架

根據全國衛(wèi)星導航定位服務系統目標及任務重點，國家與各省應通過完善的協調機制和運行服務機制，共同構建框架統一、功能完備、分級管理、無縫銜接、服務高效的全國衛(wèi)星導航定位服務系統，從而更好地為社會發(fā)展和經濟建設提供高質量導航位置服務。

全國衛(wèi)星導航定位服務系統包括國家級和省級兩級系統。衛(wèi)星導航定位服務系統從組成內容上劃分，由基準站、數據傳輸網絡、國家數據中心、省級數據中心、數據播發(fā)網絡和用戶構成，實現數據采集、數據傳輸、數據共享交換、數據處理、廣域差分服務等功能，系統框架關系如圖1所示。

六、結束語

以衛(wèi)星導航定位基準站為主體的全國衛(wèi)星導航定位服務系統是建立和維持國家和區(qū)域高精度靜態(tài)、動態(tài)、地心、三維坐標參考框架的現代基礎設施，是測繪基準體系和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，全國衛(wèi)星導航定位服務系統的建設是實現新一代國家高精度空間基準的重要步驟。通過統籌利用全國各地衛(wèi)星導航定位服務系統數據資源，建立起基礎設施地基穩(wěn)定、整體分布合理、坐標框架基準統一的全國系統，在全國范圍內有利于形成“一張網”，改變原來分散、獨立的系統運行模式，使各級衛(wèi)星導航定位服務系統無縫銜接，實現CGCS2000地心坐標框架的統一、維持和更新，規(guī)范系統應用和服務，具備全國范圍內高精度、實時定位服務的能力，從而進一步提高測繪基準服務能力，在國民經濟建設、社會發(fā)展、科學研究、國家安全和國防等方面發(fā)揮更加重要的作用。

圖1 系統框架關系

[1] 陳俊勇,張鵬,武軍酈,等.關于在中國構建全球導航衛(wèi)星國家級連續(xù)運行站系統的思考[J]. 測繪學報，2007,36(4):366-369.

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[3] 武軍酈,周建軍.構建GNSS連續(xù)運行站網實現測繪基準現代化[J].測繪通報,2008(10)：46-48.

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[6] 陳俊勇.面向數字中國建設中國的現代測繪基準——對我國“十五”大地測量工作的思考和建議[J].測繪通報,2001(3):1-3.

[7] 陳俊勇,張鵬.國家測繪基準“十二五”重大項目的思考[J].武漢大學學報(信息科學版),2009,34(10):1135-1138,1154.

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Several Considerations for Overall Construction of National Satellite Navigation Positioning Service System

WU Junli，CHEN Ming

2016-01-07

國家自然科學基金(41274030)；國家公益性科研項目(201512006)

武軍酈(1972—)，男，高級工程師，主要研究方向為GNSS基準站設計與規(guī)劃。E-mail：jlwu@nsdi.gov.cn

陳 明

武軍酈，陳明.關于全國衛(wèi)星導航定位服務系統統籌建設的若干思考[J].測繪通報，2016(11)：1-4.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0351.

P228

B

0494-0911(2016)11-0001-04