CN103558607B - 一种基于位置信息的电离层tec主动式播发方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于位置信息的电离层TEC主动式播发方法和系统，方法包括：用户在用户终端上通过用户交互界面或API发送终端所在地理位置和时间信息；虚拟服务器将用户提交的信息传递给物理服务器；物理服务器根据预设的电离层模型计算电离层TEC反馈给虚拟服务器；虚拟服务器将电离层TEC返回到用户终端；用户终端将电离层TEC转换为电离层延迟改正信息。与现有技术相比，本发明方法将电离层建模的数学方法与用户分离，用户只需要接收系统播发的电离层TEC而无需电离层模型系数，有效降低了接收机端数据处理的复杂度，促进了接收机端数据处理模块的统一性，本发明具有高性能、高安全性、可扩展性、可控性以及普适性等优点。
Description
技术领域
本发明涉及测绘领域位置服务的一种应用，尤其是涉及一种基于位置信息的电离层TEC主动式播发方法和系统。
背景技术
电离层延迟误差是卫星导航定位中最显著的误差源。GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)双频接收机用户可以采用双频消电离层组合方法来消除电离层延迟的绝大部分误差。而对于广大的单频接收机用户来说，目前仍需要依靠电离层模型来对电离层延迟进行改正。常用的电离层模型有Klobuchar模型、多项式模型、三角函数模型、球谐模型、格网模型等。GPS与北斗均通过广播星历播发Klobuchar模型系数从而实现电离层延迟改正。Klobuchar电离层模型基于Bent电离层经验模型简化而来，能够反应电离层的基本变化特性，从大尺度上保证了电离层预报的可靠性。但该模型难以顾及电离层的局部变化特性，精度受到限制。经验表明，该模型仅能改正电离层影响的50～60％，最好情况下不超过75％。区域电离层模型提供高精度的电离层延迟改正信息，是GNSS单频接收机改正电离层延迟影响最为理想和有效的方法。区域电离层模型相比Klobuchar等经验模型相比可以更好地模拟局部电离层扰动，为区域GNSS单频接收机用户提供较高精度的电离层延迟改正信息。国内许多学者对区域电离层模型的研究取得了比较丰厚的成果，如采用广义三角级数函数建立电离层模型、利用球冠谐建立区域电离层模型、基于经验正交函数的三维电离层模型、格网电离层模型的建立与试算结果等。我国北斗卫星导航系统D2导航电文包含了覆盖范围为东经70～145°，北纬7.5～55°，共计320个格网点电离层垂直延迟参数。用户只需要将格网点电离层延迟内插得到观测卫星穿刺点处的电离层延迟改正，然后使用映射函数即可获取信号传播方向的电离层延迟改正。这种使用导航电文对电离层延迟信息进行广播的方式，可以满足中国区域内的大部分大众用户(如手机用户、车载导航用户)定位的需求，却不一定能满足测量型接收机等精密测量用户。对于精密测量的GNSS单频接收机用户来说，需要区域电离层模型予以提供高精度的电离层延迟改正信息。由于各个电离层模型的构建采用了不同的数学方法，很难确定哪一个模型更优，使用各种模型计算电离层延迟所需的模型系数在数量和种类上各不相同，而接收机数据处理时所采取的电离层延迟改正依赖于所采用的电离层模型。如果构建电离层模型所采用的数学方法更新或者更换时，使得所有使用该种电离层模型的数据处理模块必须进行相应地更新，对软件的维护和更新造成了较大的困难。而实际上不管采用哪种电离层模型，接收机最终只需要获取电离层总电子含量(TotalElectronContent，TEC)进而换算得到电离层延迟改正信息即可对电离层延迟进行改正。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于位置信息的电离层TEC主动式播发方法和系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于位置信息的电离层TEC主动式播发方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用户在用户终端上通过用户交互界面或API发送终端所在的地理位置和时间信息；
(2)虚拟服务器等待和接收用户提交的信息；
(3)虚拟服务器将用户提交的信息传递给物理服务器；
(4)物理服务器等待和接收虚拟服务器传递的位置和时间信息；
(5)物理服务器接收到位置和时间信息后，根据预设的电离层模型计算电离层TEC并反馈给虚拟服务器；
(6)虚拟服务器将电离层TEC通过用户交互界面或者API返回到用户终端；
(7)用户终端接收电离层TEC，并将其转换为电离层延迟改正信息。
一种基于位置信息的电离层TEC主动式播发系统，其特征在于，包括用户终端、虚拟服务器和物理服务器，所述的用户终端与虚拟服务器互相连接，所述的虚拟服务器与物理服务器互相连接，所述的物理服务器上建立有电离层模型。
所述的用户终端为手机、电脑或GNSS接收机。
所述的物理服务器为多台工作站或分布式集群。
所述的虚拟服务器设有多个。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、高性能，本发明系统不仅采用Linux+Nginx+MySQL+PHP服务架构，并且采用了“虚实”组合的服务器，将科学计算部分与用户交互分离，充分发挥物理服务器的计算效能，能快速处理用户的请求，避免长时间等待，大大提升了系统服务的性能；
2、安全性，本发明系统采用“虚实”组合服务器，物理服务器不直接面向用户，受到攻击的几率大大降低，同时有多个虚拟服务器作为备份，一旦主虚拟服务器受到攻击而宕机，可以迅速切换到其他备份的虚拟服务器从而实现平台持续安全运行，保障系统的安全持续运行以及用户的隐私；
3、可扩展性，虚拟服务器可根据用户数量选择合适的虚拟服务器配置，按需配置，节约成本；
4、可控性，对于特殊情况下的时空，本发明能够人为在云端的计算模块中添加随机扰动对指定区域的TEC精度进行控制；
5、普适性，本发明可根据需求在物理服务器上建立相应的电离层模型，再与可扩展的虚拟服务器相配合即可服务于区域或全球用户，适用于区域、大范围乃至全球的电离层TEC播发服务；
6、跨终端，用户可以通过电脑、平板电脑、手机、GNSS接收机等多种设备获取电离层TEC的播发服务。
附图说明
图1为本发明系统的框架示意图；
图2为本发明方法的逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种电离层TEC主动式播发系统，其特征在于，包括用户终端1、虚拟服务器2和物理服务器3，所述的用户终端1与虚拟服务器2互相连接，所述的虚拟服务器2与物理服务器3互相连接，所述的物理服务器3上建立有电离层模型。所述的用户终端1为手机、电脑或GNSS接收机。所述的物理服务器3为多台工作站或分布式集群。所述的虚拟服务器2设有多个，其中一个为主虚拟服务器，其余的为备份虚拟服务器，当主虚拟服务器宕机时，则切换到备份虚拟服务器。
本实施例采用Ubuntu12.04作为本发明系统服务器的操作系统，采用Nginx+MySQL+PHP网站服务架构，并采用了C++、Fortran、PHP、HTML、CSS、JavaScript、XML、XSL等八种编程语言完成本发明系统，分别为：采用HTML、CSS与JavaScript语言完成用户终端用户界面以及终端地理位置和时间信息的获取；采用PHP语言实现将用户提交的信息传送给虚拟服务器和将计算结果反馈给用户终端；采用C++语言实现虚拟服务器和物理服务器主程序的逻辑处理；采用Fortran实现物理服务器电离层模型与核心的线性计算部分；采用XML格式为返回结果的存储形式以作为应用程序编程接口；采用XSL语言将以XML格式存储的返回结果转换为HTML呈现于用户终端的用户界面。
如图2所示，一种电离层TEC主动式播发方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤101，用户在用户终端上通过用户交互界面或API发送终端所在的地理位置和时间信息；
步骤102，虚拟服务器等待和接收用户提交的信息；
步骤103，虚拟服务器将用户提交的信息传递给物理服务器；
步骤104，物理服务器等待和接收虚拟服务器传递的位置和时间信息；
步骤105，物理服务器接收到位置和时间信息后，根据预设的电离层模型计算电离层TEC并反馈给虚拟服务器；
步骤106，虚拟服务器将电离层TEC通过用户交互界面或者API返回到用户终端，若采用用户交互界面返回到用户终端，则需先通过XSL语言将XML格式转换为HTML格式；
步骤107，用户终端接收电离层TEC，并将其转换为电离层延迟改正信息。
本发明系统可支持互联网、移动互联网与API三种渠道获取电离层TEC，以下分别为采用三种渠道获取电离层TEC的具体实施步骤：
A、互联网方式
101)通过浏览器访问系统主页http://iris.geodesy.cn；
102)在系统主页输入时间、纬度、经度这三个参数，如时间：20131007200416，纬度：39.4792，经度：120.7130；
103)点击“获取电离层TEC”按钮，提交步骤102)输入的三个参数；
104)虚拟服务器接收步骤102)输入的三个参数，并将它们传递给物理服务器；
105)物理服务器接收步骤104)虚拟服务器传递的三个参数，并根据电离层模型计算电离层TEC的值为8.29936TECu；
106)物理服务器将电离层TEC的值反馈给虚拟服务器；
107)虚拟服务器将用户提交的时间、经纬度和电离层TEC的值以XML格式的文档输出到用户终端的浏览器；
108)浏览器根据事先预设的XSL将XML文档格式化为HTML展示给用户。
B、移动互联网方式
对于移动互联网方式，本实施例采用中国目前最大的互联网综合服务提供商之一腾讯公司所开发的移动通信软件微信的公众平台接口进行开发。通过微信接口接收用户提交的地理位置信息，进而提交到云端进行计算并将电离层TEC推送给用户。具体实施步骤如下：
201)首次使用需先添加微信帐户geodesy；
202)添加成功后打开通信窗口，点击“+”弹出功能菜单；
203)选择“位置”图标，加载位置信息；
204)点击发送按钮，提交信息；
205)虚拟服务器解析步骤204)提交的信息为时间、经度、纬度；
206)虚拟服务器接收步骤202)输入的三个参数，并将它们传递给物理服务器；
207)物理服务器接收步骤204)虚拟服务器传递的三个参数，并根据电离层模型计算电离层TEC的值；
208)物理服务器将电离层TEC的值反馈给虚拟服务器；
209)虚拟服务器将用户提交的时间、经纬度和电离层TEC的值等信息输出；
210)腾讯微信服务器接收虚拟服务器的输出信息并将其反馈到微信窗口界面。
C、API方式
301)使用编程语言实现socket连接API地址或者使用wget或curl访问API地址，如http://iris.geodesy.cn/tec/？ut＝20131007202949&lat＝39.4792&lon＝-84.7130，其中ut、lat、lon分别代表着UT时间、纬度、经度三个参数；
302)用编程语言实现读取步骤301)获得的XML文档，从而获取电离层TEC值。
卫星导航与位置服务对于全球来说，目前仍然是个规模不大的新兴产业。发展基于位置信息与云计算的测绘应用技术与服务模式，既可以满足云时代即将带来的应用需要，也必将使测绘行业和公众用户享受到技术发展和服务模式创新带来的收益。
Claims (4)
1.一种基于位置信息的电离层TEC主动式播发方法，其特征在于，由包括用户终端、虚拟服务器和物理服务器的系统实现，所述系统为“虚实”组合的系统，所述播发方法包括以下步骤：
(1)用户在用户终端上通过用户交互界面或API发送终端所在的地理位置和时间信息；
(2)虚拟服务器等待和接收用户提交的信息；
(3)虚拟服务器将用户提交的信息传递给物理服务器；
(4)物理服务器等待和接收虚拟服务器传递的位置和时间信息；
(5)物理服务器接收到位置和时间信息后，根据预设的电离层模型计算电离层TEC并反馈给虚拟服务器；
(6)虚拟服务器将电离层TEC通过用户交互界面或者API返回到用户终端；
(7)用户终端接收电离层TEC，并将其转换为电离层延迟改正信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于位置信息的电离层TEC主动式播发方法，其特征在于，所述的用户终端为手机、电脑或GNSS接收机。
3.根据权利要求1所述的一种基于位置信息的电离层TEC主动式播发方法，其特征在于，所述的物理服务器为多台工作站或分布式集群。
4.根据权利要求1所述的一种基于位置信息的电离层TEC主动式播发方法，其特征在于，所述的虚拟服务器设有多个。
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