6月23日9時(shí)43分，第55顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，至此中國提前半年全面完成了北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星座部署。天上，30顆北斗三號導(dǎo)航衛(wèi)星由點(diǎn)成網(wǎng)、覆蓋全球的同時(shí)，地面上的北斗CORS基站也在經(jīng)歷從無到有、從稀疏至密集，將衛(wèi)星信號“盡收囊中”的過程。

早在2011年，國家的《“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》中便將北斗導(dǎo)航應(yīng)用列入了優(yōu)先行業(yè)中，并表示“將地球觀測與導(dǎo)航技術(shù)列為發(fā)展重點(diǎn)，提出大力開展先進(jìn)遙感、導(dǎo)航定位、深空探、地理信息系統(tǒng)等前沿技術(shù)研究，同時(shí)將導(dǎo)航定位列為新興產(chǎn)業(yè)增長點(diǎn)”。（《北斗CORS網(wǎng)建設(shè)的分析與思考》）

自此，各省北斗導(dǎo)航衛(wèi)星CORS基站雨后春筍般“冒”了出來，隨之而來的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用也如星星之火，如今在軍用（國防、公安武警、救急救災(zāi)）、行業(yè)應(yīng)用（國土資源、水利、農(nóng)業(yè)等）和民用（個(gè)人位置服務(wù)、游戲娛樂）領(lǐng)域呈燎原之勢。

趨勢成大勢。各類用戶對穩(wěn)定可靠的高精度位置服務(wù)需求增長迅速，這對區(qū)域性CORS系統(tǒng)提出了更高的要求，基于此，各地展開了相關(guān)研究。其中，由南寧市自然資源信息中心和武漢大學(xué)共同開展的“南寧北斗實(shí)時(shí)海量并發(fā)定位監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目于近日獲得了“2020地理信息科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)”。

《中國測繪》雜志記者連線了南寧市自然資源信息中心總工程師方丹娜，這個(gè)項(xiàng)目有哪些特色，期間最吃勁的地方又在哪里？背后有哪些小故事？在行業(yè)辛勤耕耘20余年的方總工娓娓道來，深入淺出講述技術(shù)難點(diǎn)。

南寧市自然資源信息中心總工程師方丹娜

電離層活躍“神秘”干擾北斗信號

監(jiān)測系統(tǒng)的南寧特色

南寧市自然資源信息中心于2011年開始建立連續(xù)運(yùn)行的衛(wèi)星定位基準(zhǔn)站系統(tǒng)，為南寧市提供權(quán)威、統(tǒng)一的測繪基準(zhǔn)服務(wù)，滿足各行業(yè)各部門不同精度的測繪地理信息應(yīng)用需求。但是當(dāng)時(shí)只建設(shè)了12個(gè)基站，無法完全覆蓋南寧市2.2萬平方千米的范圍。從2016年開始，南寧市重新啟動(dòng)建站加密工作，CORS系統(tǒng)基準(zhǔn)站數(shù)量增加至34個(gè)，可提供全天候、高精度及高可靠性的實(shí)時(shí)空間定位服務(wù)。

變形監(jiān)測管理子系統(tǒng)界面

記者：在這個(gè)項(xiàng)目開展之前，南寧市北斗CORS系統(tǒng)情況如何，能否滿足日常應(yīng)用？

方丹娜：2016年南寧北斗CORS網(wǎng)加密后，每兩個(gè)站的直線距離只有40千米了，基于區(qū)域CORS的網(wǎng)絡(luò)RTK能夠向用戶提供平面3cm、高程5cm以內(nèi)的定位精度。但是仍有許多不足，其中最大的問題是CORS系統(tǒng)采用的是德國徠卡的Spider系統(tǒng)，非國產(chǎn)化軟件，數(shù)據(jù)安全方面存在隱患，而且國內(nèi)售后技術(shù)支持單位不擁有核心技術(shù)，對系統(tǒng)底層運(yùn)行情況不了解，導(dǎo)致復(fù)雜系統(tǒng)故障后解決效率低；其次是CORS服務(wù)管理系統(tǒng)缺乏基準(zhǔn)站網(wǎng)監(jiān)測、電離層對流層監(jiān)測、高程改化等功能，因?yàn)樗惴ň窒蓿到y(tǒng)軟件在面對海量用戶時(shí)易崩潰。

隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)完善及其相關(guān)應(yīng)用的不斷推進(jìn)，這些問題都亟待解決，于是我中心與武漢大學(xué)測繪學(xué)院組成項(xiàng)目組對這個(gè)項(xiàng)目展開研究。

記者：我們了解到該項(xiàng)目還研究了電離層對北斗信號接收的影響，這屬于“南寧特色”嗎？

方丹娜：對！原來在使用GPS的時(shí)候，相似情形也發(fā)生過，作業(yè)人員經(jīng)常到達(dá)現(xiàn)場后卻接收不到數(shù)據(jù)。從2017年開始，我們進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)了其中的緣由-南寧地理位置靠南，光照強(qiáng)烈，中午12點(diǎn)到下午5點(diǎn)左右，電離層活躍干擾了信號接收。

根據(jù)南寧區(qū)域所有CORS站網(wǎng)實(shí)時(shí)的觀測信息，我們計(jì)算出南寧市上空電離層的實(shí)時(shí)變化情況，最終建立北斗CRS實(shí)時(shí)空間環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)。通過建立南寧區(qū)域?qū)α鲗幽Ｐ秃碗婋x層改正模型，生成南寧地區(qū)實(shí)時(shí)二維和三維電離層產(chǎn)品、南寧地區(qū)實(shí)時(shí)對流層產(chǎn)品。此后，用戶一登錄系統(tǒng)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)提示現(xiàn)在的電離層是否活躍，有了科學(xué)預(yù)判，外業(yè)人員就能提前做好工作安排。

記者：這套系統(tǒng)適用于相近緯度的其他省份嗎？比如廣東省或者云南省？

方丹娜：這個(gè)系統(tǒng)是根據(jù)南寧的具體情況“量身定做"南寧市緯度低，一年中9~11個(gè)月里都會(huì)有太陽，因此電離層活躍，同一省份的桂北地區(qū)如桂林市的CORS基站從8月底到來年的5、6月份都能正常接收信號。相近緯度的廣東省可能會(huì)較相似，日照和水氣等自然條件相像，但是像云南省降雨較少，電離層活躍程度更高，和南寧相比差異性較大。

此外，我還想補(bǔ)充的一點(diǎn)是，項(xiàng)目組研發(fā)的空間環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)有一部分功能是利用得到的對流層產(chǎn)品得到分辨率為5分鐘的可降水量服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對南寧區(qū)域的降雨預(yù)警。

記者：在項(xiàng)目開展過程中，您感覺比較困難的地方在哪里？

方丹娜：我個(gè)人認(rèn)為最難的地方在于研發(fā)北斗CORS實(shí)時(shí)高精度自主解算服務(wù)云平臺。南寧市北斗CORS系統(tǒng)的信號接收機(jī)使用的是德國的徠卡Spider系統(tǒng)，一旦接收超過40個(gè)站點(diǎn)的信號，就會(huì)受限。武漢大學(xué)測繪學(xué)院姚宜斌院長帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)其實(shí)已經(jīng)有比較成熟的解算系統(tǒng)，也在江蘇和重慶地區(qū)推廣使用了，但經(jīng)調(diào)研了解，發(fā)現(xiàn)南寧和這倆地方還有些不同--南寧市和省級CORS站融合后，信號接收機(jī)設(shè)備品牌、型號不一，要研發(fā)一套不受硬件設(shè)備局限的解算系統(tǒng)需要不斷去調(diào)試、融合，這是最困難的地方。

功夫不負(fù)有心人，經(jīng)過不斷的研究，最終項(xiàng)目組研發(fā)了自主的實(shí)時(shí)北斗CORS單向解算軟件，軟件具備超過3000個(gè)基準(zhǔn)站的解算管理能力，提出了格網(wǎng)化單向輸出解算和負(fù)載均衡播發(fā)服務(wù)的架構(gòu)模式。

動(dòng)態(tài)監(jiān)測形變點(diǎn)

北斗應(yīng)用在各領(lǐng)域全面開花

南寧北斗海量并發(fā)定位監(jiān)測系統(tǒng)建立了完全自主知識產(chǎn)權(quán)的CORS解算系統(tǒng)和服務(wù)管理系統(tǒng)，從根本上解決了CORS數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)管理低效的問題。當(dāng)前項(xiàng)目無償為200多家測繪單位提供厘米級精度RTK服務(wù)，極大地提高了測繪生產(chǎn)效率，降低了測繪生產(chǎn)成本，以南寧市測繪產(chǎn)值1億元/年估算，每年能為測繪單位節(jié)省資金約1000萬元。

在高精度導(dǎo)航定位應(yīng)用方面，目前項(xiàng)目成果已在南寧市發(fā)改、建設(shè)、規(guī)劃、城管、農(nóng)林水利等20多個(gè)政府部門及200多家測繪資質(zhì)單位全面應(yīng)用，極大地提高了測繪生產(chǎn)效率，有力保障了智慧城市、不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記、多規(guī)合一、地下管網(wǎng)普查、農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)登記發(fā)證、農(nóng)村宅基地登記發(fā)證、地名普查、重大建設(shè)工程等工作的推進(jìn)實(shí)施。

記者：據(jù)了解，這個(gè)項(xiàng)目里還包括了北斗地災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)。廣西的地質(zhì)災(zāi)害還是比較嚴(yán)重的，該系統(tǒng)將會(huì)發(fā)揮怎樣的作用？

方丹娜：從2018年8月開始，項(xiàng)目組開展南寧地災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，主要包括硬件設(shè)備的安裝調(diào)試、平臺和APP軟件開發(fā)以及相關(guān)的調(diào)試工作，開發(fā)新的集用戶監(jiān)控、管理數(shù)據(jù)處理、信息交互、定位、計(jì)費(fèi)、空間環(huán)境監(jiān)控于一體的南寧北斗實(shí)時(shí)海量并發(fā)定位監(jiān)測系統(tǒng)。

這個(gè)系統(tǒng)能采集安裝在災(zāi)害現(xiàn)場的監(jiān)測設(shè)備中諸多傳感器的數(shù)據(jù)，能對特定的數(shù)據(jù)協(xié)議進(jìn)行特定的解析以及對特定的數(shù)據(jù)進(jìn)行特定的處理，將接收后的數(shù)據(jù)再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)進(jìn)而生成各種各樣的處理結(jié)果，并做成特定的報(bào)表供有關(guān)部門查看，還能夠做出相應(yīng)數(shù)據(jù)的變形曲線統(tǒng)計(jì)圖和相應(yīng)數(shù)據(jù)的等值線圖等等。

地災(zāi)監(jiān)測實(shí)際代表了項(xiàng)目組發(fā)展的一個(gè)方向-從傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)監(jiān)測，而且地災(zāi)監(jiān)測只是其中一個(gè)“點(diǎn)”，由此往外延伸的是危房監(jiān)測、橋梁或者輕軌變形監(jiān)測應(yīng)用等。

記者：您在行業(yè)內(nèi)工作20余年了，見證了由GPS到“北斗時(shí)代"，您有哪些體會(huì)？

方丹娜：最大的體會(huì)還是技術(shù)進(jìn)步大大提高了工作效率。廣西壯族自治區(qū)從2006年開始建立CORS站點(diǎn)，南寧市當(dāng)時(shí)是有5個(gè)站，從那時(shí)起RTK開始應(yīng)用于測繪，原來我們都是用全站儀進(jìn)行測量：2008年，南寧加密建設(shè)CORS基站，RTK逐步得到全面應(yīng)用。原來2人為一組完成一張1：500比例尺的地形圖，需要約10天才能完成，現(xiàn)在只要2~3天就做好了。

現(xiàn)在北斗導(dǎo)航衛(wèi)星完成全球組網(wǎng)，南寧的CORS基站加密工作也圓滿結(jié)束，我們期待利用自己國家的衛(wèi)星完成更多戰(zhàn)略性、專業(yè)化的工作。

記者：現(xiàn)在很多企業(yè)比如干尋等公司也在建立基站，您如何看待這一現(xiàn)象？

方丹娜：確實(shí)有很多公司建立的基站的確能達(dá)到毫米級別，用于部分商業(yè)應(yīng)用沒有太大問題，但是他們大多時(shí)候只是在局限的范圍內(nèi)（城市）達(dá)到70千米的建站標(biāo)準(zhǔn)，難以達(dá)到很高的密度。南寧市自然資源信息中心全方位服務(wù)自然資源管理，因此基站的選擇要以覆蓋全市為目標(biāo)，無論在野外還是市中心，都有信息中心建設(shè)的基站。商業(yè)性質(zhì)的公司一般單純?yōu)橛脩籼峁?shù)據(jù)，沉淀數(shù)據(jù)去研究更深、更廣的應(yīng)用可能是他們要重視的方向。

項(xiàng)目雖然完結(jié)，但研究永無止境。方丹娜告訴記者，現(xiàn)在她手頭上好幾個(gè)項(xiàng)目-國土空間基礎(chǔ)信息平臺、國土空間規(guī)劃“一張圖”系統(tǒng)、工程建設(shè)審批系統(tǒng)等在同時(shí)進(jìn)行。日后，他們將繼續(xù)不斷完善，結(jié)合專業(yè)應(yīng)用在南寧北斗實(shí)時(shí)海量并發(fā)定位監(jiān)測系統(tǒng)上做個(gè)性化開發(fā)。