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北斗衛星導航系統（BDS，簡稱北斗系統）是擁有中國自主知識產權的衛星導航系統，是繼美國全球定位系統（GPS）和俄羅斯GLONASS之后第3個成熟的衛星導航系統［1－2］。北斗系統提供覆蓋全球的高精度和高可靠的定位、導航和授時服務。2015年3月30日，中國發射了首顆北斗全球組網衛星，這是已發射的第17顆北斗導航衛星，標志著北斗系統全球組網技術已經成熟，從而開始進行全球組網。預計到2020年，將建成由30余顆衛星組成的全球組網系統。自北斗一號系統開通運行以來，國內有關職能部門和服務性企業先后建成了北斗一號信息服務系統和應用服務平臺，取得的理論和應用成果已在交通運輸、搶險救災、災情監測、氣象、水利和海洋漁業等領域推廣應用。但是北斗導航與位置服務產業的發展缺乏國家層面的頂層設計和統籌規劃，僅部分行業系統（如北斗星通的海洋漁船系統）進行運營管理，在民用方面的應用遠遠落后于美國GPS。隨著北斗系統即將實現全球組網服務，北斗系統應用必將規模化、社會化、產業化和國際化。現有運營管理模式無法支撐北斗系統產業的高速發展，亟需從國家層面以及從北斗系統全局出發建設一套北斗衛星導航運營管理系統，對北斗系統產業進行“重點跨越、頂層設計、創新驅動、資源聚集、輻射帶動”管理，使其在2020年前成為引領全國、具備國際話語權和全球影響力的產業集群。

1國外運營情況

目前，全球已建立多個國家級衛星導航服務系統，主要通過地基增強系統（GBAS）和星基增強系統（SBAS）提高全球導航衛星系統的定位精度。基于GBAS的系統主要有美國的連續運行基準站網系統（CORS）、德國的衛星定位與導航服務系統（SAPOS）、日本的GPS地球觀測網（GeoNet）和英國的連續運行GPS基準站系統（COGRS）等［3］；基于SBAS的服務系統主要有美國的廣域增強系統（WAAS）、俄羅斯的差分校正和監測系統（SDCM）、歐洲的地球靜止導航重疊服務（EGNOS）、日本的多功能星基增強系統（MSAS）和印度的GPS輔助靜地軌道增強導航系統（GAGAN）等［1，7］。此外，一些商業機構也建立了商業化服務的全球差分服務系統，如美國JohnDeere公司的Star－Fire系統、Fugro公司的OmniStar系統和SeaStar系統等。StarFire系統主要應用于精密農業，利用GPS衛星系統、L波段通信衛星和全球參考站網絡實時傳遞高精度定位結果；OmniStar系統在陸地和航空領域提供高精度定位和監測服務，提供的改正信息可使GPS接收機的定位精度最多提高100倍［7］，已在農業、地理信息系統（GIS）、航空、測繪、資產跟蹤和監測等方面廣泛應用；SeaStar系統主要向航海和海運業提供高性能導航定位服務，廣泛用于高精度和高完整性定位以及有特殊導航需求的船只用戶。綜上，國外衛星導航運營主要對外提供導航和定位等基礎服務，服務對象偏重于行業應用，且國外衛星導航系統沒有衛星通信和位置報告功能，基于位置服務嚴重依賴于其他無線通信網絡，無法獨立提供基于衛星導航和衛星通信的面向大眾的綜合信息服務。該綜合信息服務基于位置通過衛星短信、移動短消息和互聯網信息等渠道，提供政府、交通、氣象、金融、娛樂和購物等深度增值信息。

2運營設計框架

目前，我國北斗系統只有1個國家級北斗一號信息服務系統和幾個行業應用系統用于運營管理，且行業應用尚處于初級階段，未達到國外專業級服務水準。雖然各省市都在大力發展自己的北斗衛星導航產業，但存在各自為政和重復建設的問題，缺乏國家層面的統一規劃和頂層設計，不利于北斗產業持續發展。基于以上考慮，本文提出了一套國家級北斗衛星導航運營管理體系，并據此設計了一套國家衛星導航應用綜合服務系統。該體系充分發揮北斗衛星導航獨有的短報文通信和位置報告優勢，將衛星定位與短報文通信相結合，通過北斗短報文通信和合作運營商的移動通信網絡，對外提供基于位置的綜合信息服務。北斗衛星導航運營管理設計框架由1個位于北京的國家衛星導航服務平臺和多個區域衛星導航服務平臺組成，國家平臺設置綜合數據服務中心、門戶網站、管理中心、培訓交流中心、呼叫中心和檢測認證中心等功能單元，區域平臺設置在線運營平臺、區域數據中心、運營服務中心、檢測認證中心、開發孵化中心、示范演示中心和區域衛星增強網絡等功能單元，通過分布式服務網絡對外提供服務。國家衛星導航應用綜合服務系統面向政府、重大行業、國防動員和位置信息運營服務商開展服務，具有集導航、定位、通信和增值信息于一體的基于位置的綜合信息服務能力，通過提供豐富的位置信息，制定位置信息服務的基礎數據交換和服務標準，權威的新技術成果和產品動態信息，推動位置服務產業鏈的分工細化和市場公平競爭，為企業運營服務創新和拓展市場提供支撐，從而降低企業運營和用戶成本，推動我國位置信息服務產業的發展。

3關鍵技術

國家衛星導航應用綜合服務系統包括以下5種關鍵技術：1）基于位置服務：通過電信運營商的無線電通信網絡或外部定位方式（如GPS和北斗等）獲取移動終端用戶的位置信息（地理或大地坐標），在GIS平臺支持下，為用戶提供相應的增值業務服務。2）衛星增強：通過地面、空中或衛星設施，采用差分、偽衛星和監測等技術，提高衛星導航系統總體性能，以解決現有衛星導航系統的完好性、精確性、可用性和服務連續性問題。3）分布式服務：通過部署分布式資源共享服務器，將數據分散存儲于多臺獨立服務器上，并在每個分布式節點部署應用服務程序，采用可擴展的系統架構，利用多臺存儲和應用服務器分擔系統負荷，利用目錄服務器定位存儲信息，從而解決傳統集中式服務系統的性能瓶頸問題，提高了系統的可靠性、可用性和擴展性。4）大數據：指需要應用新處理模式才能具有更強決策力、洞察發現力和流程優化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產。大數據技術的戰略意義不在于掌握龐大的數據信息，而在于對有意義數據進行專業化處理，通過加工實現數據的增值，包括數據抽取與集成、數據分析和數據解釋。5）按需服務：采用先進的信息服務模型，提供信息接入及服務，根據各類用戶需求定制信息，自動識別并分解需求，組織并實時提供所需信息，包括訂閱分發、信息挖掘與組織和權限認證等技術。

4運營策略與服務模式

4．1運營策略為了向用戶提供更加優質的服務，整合和合理利用資源，推動產業技術創新，國家衛星導航應用綜合服務系統將以自身為平臺，采用集中式產品規劃、設計、研發和運營支撐模式，通過北斗衛星無線電定位服務（RDSS）鏈路、地面互聯網和移動互聯網等手段為用戶提供服務。本系統定位于整合位置服務產業價值鏈，深度融合GIS、地圖、興趣點（POI）和增值信息等資源，打造開放、合作和共贏的位置服務平臺，創新位置服務的商務模式，通過位置服務產業聯盟，聚合位置服務終端、應用和資源合作伙伴的能力，面向行業和大眾提供豐富的和有價值的綜合性一體化位置服務，促進位置服務產業規模發展。

4．2服務模式國家衛星導航應用綜合服務系統對外提供北斗RDSS、增強定位信息、導航地理信息和深度增值信息4種服務。

4．2．1北斗RDSS服務北斗RDSS服務指使用北斗用戶終端，通過北斗RDSS鏈路將服務申請及內容發送至北斗RDSS信息處理系統，并根據需要轉發至國家衛星導航服務平臺進行處理并反饋，從而實現位置信息的服務功能。北斗RDSS服務流程示意圖如圖1所示。圖1中，終端用戶使用RDSS服務時，首先由終端內置的RDSS模塊通過北斗衛星鏈路向北斗RDSS信息處理系統發送信息，包括服務申請、格式短信或自定義短信等。RDSS系統接收信息后，根據目的地址進行轉發，可通過RDSS鏈路直接發送至用戶終端，也可通過地面網絡發送至國家平臺處理轉發，并將服務內容、頻度和次數等用戶消費信息通知國家平臺進行計費。國家平臺接收服務信息后，將根據用戶申請的服務類型進行響應，如需要發送手機短信則轉發至運營商短信服務平臺實現手機短信發送；如目的用戶為專業信息系統則通過互聯網進行轉發。國家平臺將用戶服務申請處理完成后進行計費，至此完成1次用戶RDSS服務流程。北斗RDSS服務主要有北斗位置報告、北斗短信、應急呼救、短信訂閱和北斗授時等服務，可廣泛應用于海洋漁業、陸上交通、內河運輸、空中監控、大氣環境、公安消防、搶險救災、野外探險以及老弱病殘等重點對象監護等領域。

4．2．2增強定位信息服務增強定位信息服務指在全國范圍內建設若干個北斗觀測基準站，將基準站的原始觀測信息數據傳輸至中國北斗增強服務系統數據中心，經處理后形成星基增強系統差分信息，依托國家衛星導航應用綜合服務系統，通過互聯網和衛星等手段向地面用戶播發，提供m級的精確導航與定位服務。增強定位信息服務示意圖如圖2所示。圖2中，在全國范圍內采用新建或合作方式建設150個星基基準站、監測站以及地基基準站，將原始觀測數據通過專線匯集至國家或區域數據中心，經處理后形成增強定位信息，通過國家平臺或北斗運行控制中心對外提供服務。數據產品主要有以下3種服務渠道：1）由國家平臺發送至北斗RDSS信息處理系統，利用北斗RDSS鏈路提供有償服務，用戶精度可達0．5～1．0m；2）由國家平臺至地面互聯網，利用移動互聯網提供有償服務，用戶精度可達0．02～1．00m；3）直接發送至北斗運行控制中心，利用北斗衛星無線電導航業務（RNSS）鏈路提供免費服務，用戶精度可以達到2～5m。開通增強服務的用戶終端通過各種渠道接收衛星增強信號后，經解碼獲得增強信息數據產品，通過本地與初始定位信息進行綜合解算，從而完成精確定位導航功能。增強定位信息服務主要有精確導航服務、高精度大地測量數據產品、高精度靜態觀測數據產品、高精度實時導航定位數據產品、衛星軌道和鐘差數據、實時差分數據產品以及大氣數據產品等，重點應用于海洋監測、國土測量、大壩監測、城市建設、民用航空、高精度導航和精密農業等領域。

4．2．3導航地理信息服務導航地理信息服務指能夠提供本地搜索、公交、駕車、導航、動態圖層、地理編碼與反編碼等各類服務信息，運營模式可參照現有地理信息數據應用商業模式，重點為重大行業提供基礎數據支撐，為位置信息服務產業發展提供服務支撐，并可結合RDSS和增強定位信息等提供綜合性應用服務。導航地理信息服務示意圖如圖3所示。圖3中，導航地理信息服務系統數據來源主要圖3導航地理信息服務示意圖有2類：1）我國發射的天繪衛星采集的地理影像數據，由地面站接收并處理，形成初加工數據產品并提供給地理信息服務系統；2）軍測地理信息系統將合作廠商采集的地理信息數據與自有數據融合處理，形成較齊全的地圖數據產品并提供給地理信息服務系統。地理信息服務系統將上述數據產品再次進行統一處理，形成最終地理信息數據并提供給國家平臺。國家平臺根據用戶需求或提供給區域平臺進行服務，或采用與其他服務相結合的方式提供綜合性應用服務。導航地理信息主要產品有地理信息數據（覆蓋全國，包括偏遠山區和近海）、地理信息服務引擎及應用服務接口、公益地理信息網站和手機應用程序（APP），可面向大眾提供基于Web和手機APP的公益基礎地理信息服務，向第三方衛星導航廠商提供地理信息數據、地理信息引擎和開發接口以便進行二次開發。

4．2．4深度增值信息服務深度增值信息服務指將基于位置服務的第三方增值信息引入國家衛星導航應用綜合服務系統并對外提供服務。信息內容包括：政府部門涉及民生的內容，如交通管理指引、氣象水文和街道門牌號碼等信息；周邊娛樂休閑場所位置、優惠打折，影院播放等深度POI信息；結合位置信息與用戶習慣和愛好等進行廣告信息內容定制與定點推送等服務。深度增值信息服務示意圖如圖4所示。圖4中，第三方增值信息均由增值信息服務系統接入區域平臺，進行統一處理后保存，并對需求用戶提供服務。例如，其他區域平臺需要調用本地增值信息服務時，首先向國家平臺進行申請，由國家平臺向本地區域平臺發出調度指令，本地區域平臺接收調度指令后，直接通過互聯網向申請服務的區域平臺提供相應服務。同時，向國家平臺提供本次服務的管理信息，以便計費劃分。增值信息服務通過衛星短信、手機短信和互聯網信息的形式向大眾提供增值信息訂閱服務，并向政府機關、企事業單位和第三方增值信息廠商提供增值信息平臺。

5結束語

針對我國北斗系統應用落后于美國GPS的現狀和北斗系統與位置服務產業缺乏統籌規劃的問題，提出了一種適合我國國情的北斗系統運營管理模式，對北斗系統與位置服務產業進行頂層設計，并論述了運營框架、關鍵技術和服務模式。該運營管理模式充分利用北斗系統具有RDSS和RNSS雙衛星鏈路的技術特點，將北斗系統的導航定位和短報文通信相結合，為北斗系統體系化應用和關鍵領域的去GPS化提供了技術參考。

作者：雷明濤 薛松 單位：中國電子科技集團公司第二十八研究所