一种基于云边结合的新型GNSS测量系统及测量方法与流程

一种基于云边结合的新型gnss测量系统及测量方法
技术领域
1.本发明涉及gnss测量测量技术领域，更具体的说，涉及一种基于云边结合的新型gnss测量系统及测量方法。


背景技术：

2.传统gnss测量作业流程通常为：测量员携带gnss终端到达实地进行测量作业，gnss测量数据存储在gnss终端内，然后测量员回到工作地进行数据本地导出，之后根据不同的终端采用不同的数据解算软件或者转换为统一格式的数据进行数据解算，最终完成测量工作。而这种方法既无法实现对数据的及时处理，也无法实现对gnss数据的安全掌控。
3.传统的gnss测量方法主要存在以下缺点：
4.(1)受限于gnss终端自身计算资源及功耗影响，无法进行过于复杂的计算；
5.(2)在外业数据采集完成之后，内业数据解算工作滞后，且需要根据接收机类型适配不同的商用解算软件，较为繁琐；
6.(3)无法对gnss测量工作进行实时的管控；
7.(4)随着卫星导航系统的升级，更新的卫星及新的可用频点均需要升级接收机硬件，gnss接收机硬件的设计与升级成本较高；
8.(5)在作业过程中，gnss数据资源需要由外业人员采集，内业人员导出整理，因而gnss数据资源无法得到安全的管控。
9.目前，云计算和网络通信技术正快速发展，云计算可以将大量的计算机资源协调在一起，使得用户通过网络就可以获得无限的资源，同时所获取的资源不受时间及空间的限制。如，中国专利申请号：201210161184.0，申请日为：2012年5月23日，发明创造名称为：基于北斗的一体化物联网云计算卫星定位导航saas系统的设计方法。该申请案中将物联网强大的感知能力和云计算强大的在线服务能力结合起来，形成对信息进行分析的模块和感知判断的模块的耳机分布式soa框架，完全依赖于云端的计算服务能力。但是，该申请案的方法对网络实时性要求较高，且受限于测绘定位环境的复杂性，测量难度较高，难以有效用于测绘定位中应用。
10.又如，中国专利申请号为201510641479.1，申请日为2015年9月30日，发明创造名称为：一种基于云服务的卫星导航接收机。该申请案的预警装置用于解决在道路交通事故发生前提供基于历史事故信息、当前车速及道路环境信息提供智能预警等问题。通过多模块及多数据模型优势，提高预测结果及准确度，通过车载终端对预报信息进行显示和语音播报，通过对驾驶的车辆和人以及环境进行出发分析，实现智能预警。该方法通过云边结合方法将车端设备与云端资源充分结合起来，极大提升了交通事故预警的便利性，但是，该方法也对网络实时性要求较高，若其在使用过程中存在网络时延、网络中断，该装置也无法发挥作用。


技术实现要素：

11.1.要解决的问题
12.本发明的目的在于克服传统gnss测量方法存在的外业数据采集与内业数据处理完全独立和数据全流程不可控的问题，提供了一种基于云边结合的新型gnss测量系统及测量方法。采用本发明的技术方案能够有效解决上述问题，实现gnss测量的快速便捷服务。
13.2.技术方案
14.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
15.本发明的一种基于云边结合的新型gnss测量系统，包括gnss测量云服务系统及加装有通信单元的gnss测量设备，gnss测量设备用于采集测绘数据，并将数据传输至云服务系统进行存储和计算；所述云服务系统包括数据库服务系统、文件服务系统，web服务系统和ftp服务系统，其中，所述数据库服务系统用于对用户账号管理、结果管理；所述文件服务系统用于对回传的数据文件进行管理；所述web服务系统用于进行云服务的登录、数据传输进行配置与管理；所述ftp服务系统用于对历史数据文件、历史结果文件进行整理存储。
16.更进一步的，所述通信单元采用comway的wl
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4030/wl
‑
4031无线数传模块，使用sim卡/物联网卡的2g/4g网络，基于ntrip协议与云端进行数据交互。
17.更进一步的，所述gnss测量设备还包括gnss天线、gnss测量型接收机、gnss测量手簿和测量三脚架。
18.本发明的一种基于云边结合的新型gnss测量方法，采用上述的测量系统进行测量，其主要步骤为：
19.步骤一、建立gnss测量云服务系统
20.根据gnss测量任务建立云空间进行存储和计算，并配置不同的gnss解算软件与方法；
21.步骤二、测量前期准备工作
22.测量人员进行相应的gnss测量作业模式配置工作、数据端口传输配置工作，配置完成后进入测量工作；
23.步骤三、边缘端测量数据的采集及初步处理
24.当边缘端的gnss天线接收卫星信号之后，将边缘端采集到的gnss测量原始观测数据经过简单计算后近实时回传至对应的云端，由云端进行实时的计算存储工作；
25.步骤四、测量数据的云端解算处理
26.测量人员在外业工作完成之后，登录云端查看解算结果，并进行相关处理。
27.更进一步的，步骤一中，配置的解算软件包括hgo、gamit及bernese数据解算软件。
28.更进一步的，步骤二中，针对使用用户的基本需求，进行的统一配置包括配置文件、观测数据回传、解算附属数据下载、数据试试解算、数据上传。
29.更进一步的，步骤二中，针对用户的个性化需求，还包括选择个性化的数据解算软件及个性化存储配置。
30.更进一步的，步骤三中、当进行实时定位时，主要用于将部分本地微处理器计算之后的数据发送给云端，并将部分云端的反馈结果回传给本地gnss接收机。
31.更进一步的，步骤三中、当进行事后定位时，主要用于将本地微处理器计算之后的原始观测数据发送给云端，并在云端进行保存与处理。
32.3.有益效果
33.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
34.(1)本发明的一种基于云边结合的新型gnss测量系统，包括gnss测量云服务系统及加装有通信单元的gnss测量设备，通过对其组成结构进行优化设计，能够将测量的数据部分传输至云端进行处理，较传统的gnss测量而言，不仅能够扩展本地计算资源，保障数据安全，而且还能够充分利用运算的相关服务系统，实现对本地资源和云端服务的充分利用。同时，本发明的系统在使用时还能够有效减少对网络信号实时性的高要求，即便在恶劣的环境下也可正常使用。
35.(2)本发明的一种基于云边结合的新型gnss测量系统，通过对云服务系统进行模块化设计，主要包括数据库服务系统、文件服务系统，web服务系统和ftp服务系统，工作时可以充分调用云端丰富的计算资源，实现各种计算操作，无需进行繁琐的数据导出工作，测量数据实时回传至云端，便捷性优良。同时，gnss测量设备的接收机(即边缘端)能够近实时的回传gnss观测数据，较好地满足了测量测绘任务需求，且测量设备中gnss接收解算模块软件化，便于升级使用。
36.(3)本发明的一种基于云边结合的新型gnss测量方法，采用本发明的测量系统，通过将云计算和边缘计算结合来进行gnss测量任务，从而能够有效降低成本，且边缘端可以对部分原始数据进行简单计算，大部分数据不再回传，进而显著减轻了云端计算的压力。相比于传统gnss测量工作流程而言，本发明的测量方法能够实现gnss外业测量与gnss内业数据处理的实时一体化，方便快捷，而且对全流程gnss数据进行了管控。
37.(4)本发明的一种基于云边结合的新型gnss测量方法，在云端，可针对每个用户统一配置或根据用户的不同需求进行个性化配置，可以个性化配置数据解算软件选择及存储配置等，从而能够满足多种测量需求。
附图说明
38.图1为传统gnss测量方法示意图；
39.图2为本发明系统边缘端计算的流程图；图中的边缘计算端相比于传统gnss接收机可以分为两部分，一部分为包含射频前端、微处理器及存储器、显示器单元，此部分为传统gnss接收机部分，第二部分则为通信单元，通信单元主要用于将部分本地微处理器计算之后的数据发送给云端，并将部分云端的反馈结果回传给本地gnss接收机；
40.图3为本发明中gnss测量方法的整体流程图；所述的整体流程包含了边缘端、云端的相关操作。在边缘端主要完成数据采集与数据部分应用的过程，在云端，可针对每个用户，包含了统一配置及个性化配置，统一配置包括配置文件、观测数据回传、解算附属数据下载、数据试试解算、数据上传，个性化配置包括个性化的数据解算软件选择，存储配置等。
41.图4为本发明中云边结合gnss测量系统整体架构图；其中，边缘节点是指gnss接收机，云中心则为各个边缘节点汇集处，并且为各个边缘节点提供个性化服务。
42.图5为本发明中gnss测量的技术流程图。
具体实施方式
43.下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
44.实施例1
45.如图1所示，传统gnss测量作业流程大致为：外业工作人员需携带gnss终端到达实地进行测量作业，将gnss测量数据存储在gnss终端内，然后外业工作人员回到工作地进行数据本地导出，之后根据不同的终端采用不同的数据解算软件或者转换为统一格式的数据进行数据解算，最终完成测量工作。同时，目前在gnss测量过程中，gnss设备供应商仅提供设备，外业人员仅进行外业数据采集工作，内业工作人员又仅仅进行内业数据处理工作，内业工作与外业工作又是完全独立的部分。这种传统测量方法无法实现对数据的及时处理，也无法实现对gnss数据的安全掌控。
46.本发明提供了一种基于云边结合的新型gnss测量系统，包括gnss测量云服务系统、加装有通信单元并用于边缘端计算的gnss测量设备，该通信单元可采用现有支持网络rtk功能的通信模块，其型号可选用comway的wl
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4030/wl
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4031无线数传模块，可以使用sim卡/物联网卡等的2g/4g网络，基于ntrip协议与云端云服务系统进行数据交互，其中ntrip(networked transport of rtcm via internet protocol，通过互联网进行rtcm网络传输的协议)是在互联网上进行gnss
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rtk数据传输的协议。所有的gnss
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rtk数据格式(nct，rtcm，cmr，cmr 等等)都能被传输，同样的常见的gnss测量数据也同样能被传输。通过对其组成结构进行优化设计，能够将测量的数据部分传输至云端进行处理，较传统的gnss测量而言，不仅能够扩展本地计算资源，保障数据安全，而且还能够充分利用运算的相关服务系统，实现对本地资源和云端服务的充分利用。
47.具体的，如图2
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5所示，所述gnss测量设备用于采集gnss测量原始数据，并通过通信单元将经过边缘端计算处理之后的gnss数据传输至云服务系统进行存储和计算；在边缘端主要进行gnss数据解调、解码等需要简单计算的工作，gnss测量云服务系统主要进行比较复杂的后处理解算工作。所述gnss测量设备
48.如图3所示，所述云服务系统主要用于完成用户管理、数据管理、gnss测量任务管理，在gnss测量中“外业数据采集”之后的进实时“内业数据处理”部分，包含有数据库服务系统、文件服务系统、web服务系统、ftp服务系统，应用服务系统，主要操作包含有配置文件录入、观测数据回传、解算软件配置、数据解算、解算数据下载、数据上传等功能。其中，所述数据库服务系统用于对用户账号管理、结果管理；所述文件服务系统用于对回传的数据文件进行管理；所述web服务系统用于进行云服务的登录、数据传输进行配置与管理；所述ftp服务系统用于对历史数据文件、历史结果文件进行整理存储。
49.本发明提供的测量方法的整体技术流程如图5所示，采用上述测量系统进行测量，其主要步骤为：
50.步骤一、建立gnss测量云服务系统
51.根据每一个测量任务都将建立一个云空间，在gnss测量设备配置之后，实时观测数据将会回传到对应的云空间，在云空间中配置hgo、gamit、bernese等通用gnss数据解算软件，然后根据配置参数进行数据解算、数据结果存储。
52.步骤二、测量前期准备工作
53.测量人员进行相应的gnss测量作业模式配置工作、数据端口传输配置工作，配置完成之后即可开始测量工作。同时，针对使用用户的基本需求，进行的统一配置包括配置文件、观测数据回传、解算附属数据下载、数据试试解算、数据上传。此外，对于用户的个性化
需求也可选择个性化的数据解算软件及个性化配置。
54.步骤三、边缘端测量数据的采集及初步处理
55.当边缘端的gnss天线接收卫星信号之后，将边缘端采集到的gnss测量原始观测数据经过简单计算后近实时回传至对应的云端，由云端进行实时的计算存储工作。当进行实时定位时，主要用于将部分本地微处理器计算之后的数据发送给云端，并将部分云端的反馈结果回传给本地gnss接收机。当进行事后定位时，主要用于将本地微处理器计算之后的原始观测数据发送给云端，并在云端进行保存与处理。如图3所示，图3简要阐明了整个测量系统的分布情况，边缘节点是指gnss接收机，云中心则为各个边缘节点汇集处，并且为各个边缘节点提供个性化服务。图中的整体流程包含了边缘端、云端的相关操作。在边缘端主要完成数据采集与数据部分应用的过程，在云端，针对每个用户，包含了统一配置及个性化配置，统一配置包括配置文件、观测数据回传、解算附属数据下载、数据试试解算、数据上传，个性化配置包括个性化的数据解算软件选择，存储配置等。
56.步骤四、测量数据的云端解算处理
57.测量人员在外业工作完成之后，登录云端查看解算结果，进行处理。
58.需要说明的是，gnss测量任务中的计算量包括接收导航卫星的原始信号并进行信号放大、解调等转换为数字信号，之后进行解码，然后进行长时间的观测，再将观测数据进行网平差等计算。这些计算中包括实时计算与事后计算。如果将gnss测量过程的所有计算服务都放在云端，对通信链路要求过高，且对云端的计算能力及存储成本要求太高。但是将云计算和边缘计算结合进行gnss测量任务，会降低成本。从效率层面而言，在gnss接收机端(边缘计算端)对部分原始数据进行简单计算，大部分数据不再回传，可以大大减轻云端的压力。相比于现在的gnss测量工作流程：外业测量结束之后，外业工作人员回到内业场地再进行gnss数据导出之后，再进行内业数据处理，云边结合gnss测量系统实现了gnss外业测量与gnss内业数据处理的实时一体化，方便快捷，而且对全流程gnss数据进行了管控。
59.此外，由于测量测绘任务的特殊性，在某些情况下工作环境恶劣，网速较差。本发明提出的云边结合系统与目前在其它行业应用的云边系统相比，云端与边缘端的实时性需求不强，在本发明中，只需要gnss接收机(边缘端)近实时的回传gnss观测数据即可，能够从测量任务不同阶段的不同需求来合理分配“云”与“端”的任务，较好地满足了测量测绘的任务需求。