CN113050138A - 基于格网化高精度卫星导航定位服务方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，包括如下步骤：基准站数据接入，通过基准站专线与单向光闸接入到内网计算中心；所述计算中心完成区域虚拟格网点划分，并对区域基准站数据进行存储与处理，生成区域增强数据信息；将所述区域增强数据信息通过单向光闸推送至外网环境中，再通过移动通信网络或互联网向通过认证的终端用户推送用户请求的增强数据信息。本发明通过计算中心只计算固定数量的格网点虚拟参考站，跟终端用户数不再相关，耗费资源固定，由此可以极大节省资源成本。

Description

基于格网化高精度卫星导航定位服务方法

技术领域

本发明涉及卫星定位技术领域，尤其涉及一种基于格网化高精度卫星导航定位服务方法。

背景技术

网络RTK定位技术的实现步骤可以归纳为以下三点：

首先，基于CORS网络的观测数据进行基线解算，固定各基线上的模糊度参数。模糊度参数的准确固定决定了各种空间相关误差的计算精度。目前的 CORS网络参考站间的距离一般较远，长距离基线模糊度的固定是网络RTK 的关键技术。

其次，当模糊度参数等到准确及时的固定之后，计算得到修正模型的各项系数。

最后，数据处理中心根据用户的概略位置模拟得到VRS处的最优观测值，通过对空间相关误差进行模型修正以及对非空间误差源采用其它技术手段和措施予以消除，精确得到误差改正数和位置结果，得到VRS虚拟观测值，VRS 与用户间形成短基线，通过相对定位解算，最后得到用户处的精确坐标信息。

近些年来，随着各领域对高精度实时定位技术不断深化，提出了更多的需求，世界各地都在CORS基础设施的建设方面给予了足够的关注，并且投入了大量的资金进行了开发，并且开发出了基于CORS的面向实时定位服务以及经典大地测量应用的多功能***。

鉴于在实用性和可行性方面存在的巨大优势，网络RTK技术已通过已有 CORS***得到了充分的验证和改进。

VRS(虚拟参考站)***实际上一种多基站技术，其定位过程是对CORS 网络中多个参考站数据的有效融合，其定位步骤如下：

(1)CORS网络中的所有参考站将观测得到的原始数据实时传送给计算中心；

(2)用户以NMEA GGA的形式将概率坐标发送给计算中心，计算中心据此产生虚拟参考站；

(3)计算中心根据用户位置选取一组参考站；

(4)依据选取参考站基线解算结果，计算中心对误差源进行分类建模计算，内插得到VRS处的各项误差改正；

(5)将计算得到的差分改正数以标准的RTCM协议发送给用户，用户接收到改正信息完成差分定位。

上述VRS(虚拟参考站)***进行定位存在如下技术缺陷：(1)用户需将 NMEA形式的坐标发给计算中心，计算中心据此产生虚拟参考站，并将差分改正数发送给用户。该方式因计算中心根据用户位置计算虚拟参考站，用户量越大，计算中心所需耗费的资源越大；(2)不利于分布式部署；(3)支持的用户数两千左右，再扩大，单个软件已不能支撑；(4)CORS网络中所有参考站原始数据实时传送给计算中心，参考站3个以上的原始数据为保密数据，需要发送到涉密环境，而该方案计算中心需要同时跟用户交互，是连接互联网的双向交互环境，不满足安全等级保护设计。

为此，本领域迫切需要研发出一种定位服务方法能够克服现有技术存在的上述技术问题。

发明内容

本发明之目的是提供一种基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，能够解决现有精准定位服务受硬件资源局限用户承载能力受限以及不满足安全等级保护设计的技术问题。

本发明提供一种基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，包括如下步骤：

基准站数据接入，通过基准站专线与单向光闸接入到内网计算中心；

所述计算中心完成区域虚拟格网点划分，并对区域基准站数据进行存储与处理，生成区域增强数据信息；

将所述区域增强数据信息通过单向光闸推送至外网环境中，再通过移动通信网络或互联网向通过认证的终端用户推送用户请求的增强数据信息。

优选地，所述计算中心完成区域格网虚拟点划分，并对区域基准站数据进行存储与处理，生成区域增强数据信息之后还包括步骤：

对基准站运行状态实时监控，以及对生成的区域增强数据信息服务覆盖范围和时延进行监控，实时显示覆盖范围内提供服务能力。

优选地，所述计算中心完成区域格网虚拟点划分包括：

根据基准站网分布、服务区域范围和预设格网距离进行覆盖区域划分为若干多边形，多边形交点为第一步格网虚拟点划分。

优选地，所述计算中心完成区域格网虚拟点划分还包括：

根据区域用户分布密度，对用户密度较大区域进行加密，形成第二步格网虚拟点。

优选地，所述计算中心完成区域格网虚拟点划分还包括：

对区域地形进行分析，根据地形高程变化，对高程变化急剧的区域进行加密，形成第三步格网虚拟点。

优选地，所述对区域基准站数据进行存储与处理，生成区域增强数据信息包括：

所述计算中心按照固定频率计算所述虚拟格网点的虚拟观测数据。

优选地，所述计算中心按照固定频率计算所述虚拟格网点的虚拟观测数据包括：

根据每个虚拟格网点附近三个及以上的基准站点进行区域格网虚拟观测量解算。

优选地，将所述区域增强数据信息通过单向光闸推送至外网环境中，再通过移动通信网络或互联网向通过认证的终端用户推送用户请求的增强数据信息包括：

将区域增强数据信息通过单向光闸推送至外网环境中设置的用户管理平台；

所述用户管理平台接收所述计算中心发送的区域增强数据信息，并进行缓存存储；

所述用户管理平台对终端用户进行管理与认证；

经过认证的终端用户向所述用户管理平台发送增强数据请求，同时终端用户发送自身概略位置，所述用户管理平台根据终端用户上传的概略位置，从所述区域格网虚拟观测量中选取与概略位置对应的某格网点虚拟观测量作为用户的差分信息；

将差分信息及格网点的位置坐标一起发送至终端用户。

优选地，所述用户管理平台对终端用户进行管理与认证包括：

所述用户管理平台接收终端用户的认证请求信息，按用户类型不同区分请求信息，并将接收到的认证信息发送给用户管理平台进行认证审核；

将认证审核结果反馈给终端用户和增强信息分发子***，增强信息分发子***依据认证审核的结果判断是否向所述终端用户发送增强数据信息。

优选地，所述将差分信息及格网点的位置坐标一起发送至终端用户之前还包括：

对向终端用户发送的区域增强服务数据进行核验；

向终端用户发送通过核验的区域增强服务信息，对于未通过核验的区域增强服务数据在界面提示显示；

建立分发接口管理机制，对分发接口信息进行编辑管理；

用户管理平台显示分发接口信息，并记录增强信息分发子***运行日志。

本发明的基于格网化高精度卫星导航定位服务方法相比现有技术具有如下有益效果：

1、本发明中计算中心只计算固定数量的格网点虚拟参考站，跟终端用户数不再相关，耗费资源固定，由此可以极大节省资源成本。

2、本发明根据区域虚拟格网点划分，计算中心根据格网产生虚拟参考站，并将格网差分改正数据发送给外网播发平台。由于播发平台部署在外网，是分模块设计，也可以分布式部署，根据业务需求计算资源需求，由此可以支持十万级以及更多用户接入。

3、本发明中CORS网络中所有基准站原始数据实时传送给计算中心，基准站3个以上的原始数据为保密数据，需要发送到涉密环境，该方案计算中心部署在涉密环境内，通过单向网络安全设备同外网隔离，外网无法访问内部涉密区域，通过外网同终端用户实现数据交互，这样设置可以满足安全等级保护设计。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明提供一种基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，包括如下步骤：

基准站数据接入，通过基准站专线与单向光闸接入到内网计算中心；

计算中心完成区域虚拟格网点划分，并对区域基准站数据进行存储与处理，生成区域增强数据信息；

将区域增强数据信息通过单向光闸推送至外网环境中，再通过移动通信网络或互联网向通过认证的终端用户推送用户请求的增强数据信息。

本发明中CORS网络中所有基准站原始数据实时传送给计算中心，基准站 3个以上的原始数据为保密数据，需要发送到涉密环境，该方案计算中心部署在涉密环境内，通过单向网络安全设备同外网隔离，外网无法访问内部涉密区域，通过外网同终端用户实现数据交互，这样设置可以满足安全等级保护设计。

在本发明的进一步实施例中，计算中心完成区域格网虚拟点划分，并对区域基准站数据进行存储与处理，生成区域增强数据信息之后还包括步骤：

对基准站运行状态实时监控，以及对生成的区域增强数据信息服务覆盖范围和时延进行监控，实时显示覆盖范围内提供服务能力。

本发明中可以对基准站网状态监控(部署在内网)，也可以对增强服务性能监控(部署在外网)。基准站网状态监控由基准站数据监控模块和基准站管理模块组成。增强服务性能监控对生成的增强数据信息服务覆盖范围和时延进行监控。

在本发明的进一步实施例中，计算中心完成区域格网虚拟点划分包括：根据基准站网分布、服务区域范围和预设格网距离进行覆盖区域划分为若干多边形，多边形交点为第一步格网虚拟点划分；进而根据区域用户分布密度，对用户密度较大区域进行加密，形成第二步格网虚拟点；再对区域地形进行分析，根据地形高程变化，对高程变化急剧的区域进行加密，形成第三步格网虚拟点。所有格网虚拟点加起来完成该区域虚拟格网点划分。

优选地，对区域基准站数据进行存储与处理，生成区域增强数据信息包括：

计算中心按照固定频率计算虚拟格网点的虚拟观测数据。

优选地，计算中心按照固定频率计算虚拟格网点的虚拟观测数据包括：

根据每个虚拟格网点附近三个及以上的基准站点进行区域格网虚拟观测量解算。该区域格网虚拟观测量解算是指对区域基准站数据进行处理，生成区域增强数据信息，并且满足区域分米级、厘米级增强定位需求。其中，区域格网虚拟观测量解算主要包括算法负载均衡模块、数据处理模块、区域改正信息处理模块、区域增强数据封装模块组成。以下对算法负载均衡模块、数据处理模块、区域改正信息处理模块与区域增强数据封装模块进行说明。

1)算法负载平衡模块

(1)数据预处理模块，用以对大数据平台推送的基准站数据进行梳理，同时完成核心算法对基准站数据的预处理要求。

(2)负载平衡算法模块，用以建立核心算法节点列表，对接收到的原始数据均衡地分配给核心算法。

(3)核心算法节点监管，监听核心算法节点状态，核心算法宕机后移除出核心算法列表，不再给宕机节点分配数据。

2)数据处理模块

(1)数据处理模块，用以进行时间转换、卫星计算、残差生成、周跳探测与观测方差估计等数据处理。其中时间转换用于实现不同时间***(BD、GPS、 GLONASS、UTC等)之间的转换。

(2)模糊度固定模块，用于实现基准站的模糊度固定；

(3)区域误差建模模块，包括电离层延迟误差、对流层延迟误差和轨道误差等，需构建相应的误差模型以消弱上述误差的影响。

3)区域改正信息处理模块

(1)区域改正信息生成模块，用以生成格网虚拟点信息，包括网络RTK、 RTD用户所需要的各项改正信息，用户所需的改正信息为虚拟参考站观测值信息，主要为GNSS伪距、载波相位观测值以及载燥比等。

4)区域增强数据封装模块

(1)标准电文封装模块，将区域改正信息处理模块生成的改正信息封装成标准的RTCM电文格式；

(2)区域增强数据推送模块，将封装好的区域增强信息服务电文推送给用户管理平台，由用户管理平台向交通运输行业终端用户提供数据播发服务。用户管理平台的主要功能是面向行业平台推送卫星导航增强信息，为行业基础设施建设和管理提供高精度定位服务。同时，面向行业、社会公众等直接终端用户提供增强信息服务。

在本发明的进一步实施例中，将区域增强数据信息通过单向光闸推送至外网环境中，再通过移动通信网络或互联网向通过认证的终端用户推送用户请求的增强数据信息包括：

将区域增强数据信息通过单向光闸推送至外网环境中设置的用户管理平台；

用户管理平台接收计算中心发送的区域增强数据信息，并进行缓存存储；

用户管理平台对终端用户进行管理与认证；

经过认证的终端用户向用户管理平台发送增强数据请求，同时终端用户发送自身概略位置与高程信息，用户管理平台根据终端用户上传的概略位置与高程信息，从区域格网虚拟观测量中选取与概略位置、高程信息对应的某格网点虚拟观测量作为用户的差分信息；

将差分信息及格网点的位置坐标一起发送至终端用户。

其中，上述用户管理平台对终端用户进行管理与认证包括：

用户管理平台接收终端用户的认证请求信息，按用户类型不同区分请求信息，并将接收到的认证信息发送给用户管理平台进行认证审核；

将认证审核结果反馈给终端用户和增强信息分发子***，增强信息分发子***依据认证审核的结果判断是否向终端用户发送增强数据信息。

优选地，将差分信息及格网点的位置坐标一起发送至终端用户之前还包括：

对向终端用户发送的区域增强服务数据进行核验；

向终端用户发送通过核验的区域增强服务信息，对于未通过核验的区域增强服务数据在界面提示显示；

建立分发接口管理机制，对分发接口信息进行编辑管理；

用户管理平台显示分发接口信息，并记录增强信息分发子***运行日志。

本发明根据区域虚拟格网点划分，计算中心根据格网产生虚拟参考站，并将格网差分改正数据发送给外网播发平台。由于播发平台部署在外网，是分模块设计，也可以分布式部署，根据业务需求计算资源需求，由此可以支持十万级以及更多用户接入。

并且，本发明中计算中心只计算固定数量的格网点虚拟参考站，跟终端用户数不再相关，耗费资源固定，由此可以极大节省资源成本。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，其特征在于，包括如下步骤：

基准站数据接入，通过基准站专线与单向光闸接入到内网计算中心；

所述计算中心完成区域虚拟格网点划分，并对区域基准站数据进行存储与处理，生成区域增强数据信息；

将所述区域增强数据信息通过单向光闸推送至外网环境中，再通过移动通信网络或互联网向通过认证的终端用户推送用户请求的增强数据信息。

2.根据权利要求1所述的基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，其特征在于，所述计算中心完成区域格网虚拟点划分，并对区域基准站数据进行存储与处理，生成区域增强数据信息之后还包括步骤：

对基准站运行状态实时监控，以及对生成的区域增强数据信息服务覆盖范围和时延进行监控，实时显示覆盖范围内提供服务能力。

3.根据权利要求1所述的基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，其特征在于，所述计算中心完成区域格网虚拟点划分包括：

根据基准站网分布、服务区域范围和预设格网距离进行覆盖区域划分为若干多边形，多边形交点为第一步格网虚拟点划分。

4.根据权利要求3所述的基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，其特征在于，所述计算中心完成区域格网虚拟点划分还包括：

根据区域用户分布密度，对用户密度较大区域进行加密，形成第二步格网虚拟点。

5.根据权利要求4所述的基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，其特征在于，所述计算中心完成区域格网虚拟点划分还包括：

对区域地形进行分析，根据地形高程变化，对高程变化急剧的区域进行加密，形成第三步格网虚拟点。

6.根据权利要求1所述的基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，其特征在于，所述对区域基准站数据进行存储与处理，生成区域增强数据信息包括：

所述计算中心按照固定频率计算所述虚拟格网点的虚拟观测数据。

7.根据权利要求6所述的基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，其特征在于，所述计算中心按照固定频率计算所述虚拟格网点的虚拟观测数据包括：

根据每个虚拟格网点附近三个及以上的基准站点，依次进行区域内每个格网点虚拟观测量解算。

8.根据权利要求7所述的基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，其特征在于，将所述区域增强数据信息通过单向光闸推送至外网环境中，再通过移动通信网络或互联网向通过认证的终端用户推送用户请求的增强数据信息包括：

将区域增强数据信息通过单向光闸推送至外网环境中设置的用户管理平台；

所述用户管理平台接收所述计算中心发送的区域增强数据信息，并进行缓存存储；

所述用户管理平台对终端用户进行管理与认证；

经过认证的终端用户向所述用户管理平台发送增强数据请求，同时终端用户发送自身概略位置，所述用户管理平台根据终端用户上传的概略位置，从所述区域格网虚拟观测量中选取与概略位置对应的某格网点虚拟观测量作为用户的差分信息；

将差分信息及格网点的位置坐标一起发送至终端用户。

9.根据权利要求8所述的基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，其特征在于，所述用户管理平台对终端用户进行管理与认证包括：

所述用户管理平台接收终端用户的认证请求信息，按用户类型不同区分请求信息，并将接收到的认证信息发送给用户管理平台进行认证审核；

将认证审核结果反馈给终端用户和增强信息分发子***，增强信息分发子***依据认证审核的结果判断是否向所述终端用户发送增强数据信息。

10.根据权利要求9所述的基于格网化高精度卫星导航定位服务方法，其特征在于，所述将差分信息及格网点的位置坐标一起发送至终端用户之前还包括：

对向终端用户发送的区域增强服务数据进行核验；

向终端用户发送通过核验的区域增强服务信息，对于未通过核验的区域增强服务数据在界面提示显示；

建立分发接口管理机制，对分发接口信息进行编辑管理；

用户管理平台显示分发接口信息，并记录增强信息分发子***运行日志。