中国位置服务定位网构建的思考

中国位置服务定位网构建的思考刘经南武汉大学内容1.引言：位置服务及其发展趋势2.位置服务的总体架构和位置服务网3.中国位置服务定位网的结构和特点4.中国位置服务定位网涉及的技术研究进展5.总结引言：位置服务及其发展趋势1位置服务及其发展趋势位置服务是基于卫星定位和导航技术并集成了移动通信、地理信息、智能传感和互联网技术，近几年发展起来的一种为用户提供与位置相关的信息服务的新兴产业，它的形成很快就展现出强劲的生命力GNSS基准站导航与位置服务内容信息平台大众导航与位置服务信息处理与服务中心运营与服务系统电子地图实时交通信息其它内容服务信息室内外无缝定位服务系统终端制造商导航与位置服务网_系统示意图广域实时精密定位数据处理中心国际IGS数据中心陆态网络数据中心省市CORS数据中心物流交通农业水利林业国民经济建设的各个方面道路导航旅游医疗老人和小孩看护日常生活的方方面面位置服务及其发展趋势据咨询调查机构JuniperResearch报告，2014年LBS全球可达127亿美元，据中国艾瑞市场调查，2013年LBS中国可达70亿元人民币位置服务及其发展趋势位置服务的发展受三种要素的作用–定位导航授时(PNT)技术和移动通信技术的推动–各类用户和市场需求的牵引–商业服务模式的创新位置服务发展的大趋势–从单纯定位服务为主到与位置相关的信息服务为主–从专业位置服务为主到大众位置服务为主–从少数位置服务模式到多种新型创意服务模式位置服务的总体架构和位置服务网22.1位置服务系统总体结构与位置服务网同时满足不同类型、不同用户需求、具有多种性能要求的位置服务系统是一个复杂的网络系统，不妨称之为位置服务网位置服务网由4个子网络系统构成，可用图表示定位系统及定位网络位置信息GNSS定位地基增强系统卫星定位导航系统天基增强系统室内定位基站定位GEO智能传感网用户终端定位系统及定位网络位置信息GNSS定位地基增强系统卫星定位导航系统天基增强系统室内定位基站定位GEO移动通信网络WiFi/蓝牙/3G室内定位基站定位语音MSMWAP网关...位置信息通信网络智能传感网用户终端定位系统及定位网络位置信息GNSS定位地基增强系统卫星定位导航系统天基增强系统室内定位基站定位GEO移动通信网络WiFi/蓝牙/3G室内定位基站定位语音MSMWAP网关...位置服务分析及计算云（网格）接入安全部件（云安全部件）云计算部件电子地图位置数据的挖掘分析中心位置信息位置信息通信网络智能传感网用户终端位置服务的应用网络定位系统及定位网络位置信息GNSS定位地基增强系统卫星定位导航系统天基增强系统室内定位基站定位GEO移动通信网络WiFi/蓝牙/3G室内定位基站定位语音MSMWAP网关...位置服务分析及计算云（网格）接入安全部件（云安全部件）云计算部件电子地图位置数据的挖掘分析中心位置信息位置信息通信网络基于位置的知识或服务自适应可视化表达移动社会网络智能传感网twittertwitter...Web2.0用户终端位置服务满足全球和区域位置服务的网络体系结构2.2满足全球和区域的位置服务的网络架构位置服务的基础设施—LBS定位网络–GNSS和其增强系统，提供全球或大区域位置服务–移动通信基站系统，提供隐伏区和室内低精度定位–基于Wi-Fi,Zigbee,Bluetooth,RFID的室内定位系统位置服务的基础设施—LBS通信网络–基于GEO卫星或其他类通信卫星的LBS通信网络–基于移动互联网(mobileInternet)和互联网的LBS通信网络2.2满足全球和区域的位置服务的网络架构位置服务的基础设施—LBS计算网格(位置云)–GNSS天基或地基增强系统增强信号计算中心–用户位置数据处理、挖掘与分析中心–专业与非专业电子地图融合、制作与更新中心–各类用户服务中心，各中心间的资源共享和操作协同基于移动互联网和互联网的LBS用户服务网络–基于移动互联网的专业服务网络–基于互联网和移动互联网的社交网络–用户终端，包括智能手机、便携计算机、PDA、智能传感器/网中国位置服务定位网的结构和特点33.1基于GPS卫星定位的当前中国几种位置服务定位网的技术和方法1.基于DGPS的近海船舶导航的位置服务2.基于区域CORS和网络RTK技术的省市和行业级cm级高精度位置服务3.基于1Hz~50Hz高采样率中国大陆构造环境观测网络4.基于广域精密单点定位技术（WAPPP）的dm级高精度位置服务原型试验系统RBN-DGPS实时差分系统•21个参考站•Radio:MF,283.5～325.0kHzRTCMSC-104•ID:3,9,16•距离:300Km精度•实时5m(95%)服务对象•船舶近岸导航研究试验中的中国广域实时精密定位系统实时动态定位：•双频：分米级•单频：亚米级覆盖范围：•中国及周边地区将来:•基于北斗系统增强的GPS，GALILEO和Compass中国大陆构造环境观测网络(260个站)中国CORS网络建设情况省市地区GNSS基准站(超过1000个站)3.2中国位置服务定位网络的构建思路1.中国位置服务定位网络应包括5层结构:–基于GNSS卫星导航多系统及其兼容互操作的服务•5~8m级精度单系统单频接收终端实时服务•1~3m级精度多系统单频或多频接收终端兼容互操作服务–基于北斗区域或全球星座的广域增强系统的服务•单频m级、sub--m级，多频dm级精度实时服务•多频cm级的近实时或mm级精度事后服务–基于区域CORS的地基增强服务•多频cm级的实时或mm级精度事后服务3.2中国位置服务定位网络的构建思路–基于GNSSLAAS局域增强系统的服务•m级，sub-m级实时服务–基于室内和隐伏区定位技术的服务•伪卫星，UWB，WiFi，Bluetooth，RFID，A-GPS，ZigBee•单一技术m级，10m级精度实时服务3.2中国位置服务定位网络的构建思路2.建立以北斗为主体的GNSS和相应天基及地基增强系统、实现兼容互操作的位置服务定位网络–在北斗区域星座基础上，建立北斗区域增强系统，对BD，GPS增强，建立全球星座系统时再对GALILEO增强，并实现与其他增强系统（WASS，QZSS）的兼容互操作–更新现有的基于GPS的所有区域或行业CORS的接收机为兼容BD和GPS的双系统接收机，建立双系统的处理软件体系–更新基于GPS的静态国家坐标系CGCS2000为基于BD和GPS的新的动态参考框架CGCS2000(yy)，作为中国的位置服务基准，并确定与实时发播与其他GNSS参考框架的转换参数3.2中国位置服务定位网络的构建思路3.实现北斗天基增强和地基增强的技术衔接、广域增强和区域增强模式融合，服务可选，运行规范统一–北斗天基增强信号由GEO卫星播发，同时接入区域CORS地基增强系统，与地基增强信号一并播发，使CORS用户能按需求选用天基增强或地基增强信号–天基增强信号包括实时广播星历的修正，相应卫星钟差的修正，广域电离层模型参数等。区域CORS地基增强信号在原RTCM格式信号基础上可加载区域电离层修正–在上述基础上，采用精密单点定位（PPP）算法可统一天基增强和CORS的非差网络RTK地基增强不同选项的用户计算模式，将显著提高服务用户的效力和能力3.2中国位置服务定位网络的构建思路4.建立基于BD和GPS的国家CORS，实现与省市及行业CORS之间的全国联网和数据共享–通过协议实现各省市和行业CORS的互联，参考站数据共享–构建基于BD和GPS双系统的国家CORS和建立相应的数据处理分析中心，用双系统升级各区域CORS，国家和区域数据处理中心实现互联、资源共享和互操作–国家CORS主要服务于国家坐标框架维持，地壳运动监测，电离层和大气层变化监测，广域dm级和m级实时位置服务参数播发等，区域CORS主要服务于cm级位置服务3.3中国位置服务定位网络将有的特点1.覆盖范围广：北斗区域星座广域增强能覆盖亚洲大洋洲，全球星座广域增强能覆盖全球约3/4区域–北斗全球系统为35颗卫星，其中5颗GEO卫星都能广播高精度广域增强修正信号•设5个GEO卫星的经度分别为东经：60°80°110°140°160°•设GEO增强信号的半波束角为8.5°–则广域增强范围可达：•北纬81.5°~南纬81.5°•东经-21.5°~东经241.5°2.增强的卫星系统多–北斗区域系统时能增强BD自身和GPS导航信号–北斗全球系统时能增强BD自身、GPS和GALILEO信号，当GLONASS完成CDMA改造后，也容易对其导航信号实现增强的升级3.3中国位置服务定位网络将有的特点3.定位的技术模式可实现统一–利用伪距和非差相位观测值、播发的卫星星历和钟差修正、电离层修正，采用（WAPPP）来统一处理单一卫星系统的单频、多频接收机数据或GNSS多系统多频接收机数据–WAPPP模式定位首次初始化时间需要20分钟左右，如果与CORS的网络RTK技术结合，可实现少于1分钟的初始化时间–采用基于区域CORS的非差定位模式实现网络RTK，避免基于双差相位的网络RTK用户在跨越参考站三角形或跨越不同区域CORS时需要重新初始化的问题3.3中国位置服务定位网络将有的特点中国位置服务定位网涉及的技术研究进展47.274.034.11G02G03G04G06G07G08G09G10G11G12G13G14G15G16G17G18G19G20G21G22G23G24G25G26G27G28G29G30G31G320.000.050.100.150.200.25互差/ns卫星号•全球50个实时跟踪站实时观测数据2009年143-149天一周•与IGS事后精密钟差比较，绝大多数卫星钟差1天RMS优于0.2ns实时定轨精度一周RMS统计平均值（cm）4.1广域增强的实时卫星星历和钟差的估计精度010203040506070-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.4互差\ns历元号G07G14G15G1628电离层延迟二阶项修正的改进–对2007年提出的仅适用于欧洲的Hoque模型二阶项修正进行改进，磁场径向分量模型添加常数，并用圆+非圆描述，使模型可适用于全球–Hoque改进模型的修正效果如左图•单天解，有南向系统误差的趋势•单历元解，周期性变化4.2全球电离层模型参数的改进全球电离层GIM不等式约束改进算法–目前，CODE公布的GIM，有些年份年出现了负值–下图给出了不等式约束算法前后，负值消失的情况–不等式约束后，rms变小，测站DCB离散度变小4.2全球电离层模型参数的改进-1.5-1-0.500.511.512044076108131016121914221625182820312234243726402843NEU-2.5-2-1.5-1-0.500.511.5212034056078091011121314151617181920212223242526272829NEU广域增强单频亚米级定位实时结果46004640468047204760480048404880-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.4NEU520052405280532053605400-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.4NEU广域增强双频分米级定位实时结果4.3广域增强单频和双频接收机定位结果的精度5总结总结位置服务是基于卫星导航的发展前景巨大的兴趣型产业，创意型产业，位置服务实际上是一个4层网络构成的复杂网络基于GNSS和其增强系统的位置服务定位网是位置服务中首要的基础设施,它包括天基增强和地基增强，地基增强又包含了CORS、LASS以及DGPS等未来的中国位置服务定位网具有能对自身、GPS、GALILEO、GLONASS增强的特点，覆盖范围可接近3/4个地球，能用统一的PPP算法分别满足天基广域增强和CORS地基增强的多种定位精度的需求中国现有的技术研究进展能够支持上述目标的实现