CN104977596B - 基于云计算的高精度位置修正定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于云计算的高精度位置修正定位系统，包括客户端、差分服务器以及由若干差分参考基站组成的差分参考站网；差分服务器通过通讯模块与客户端和差分参考站网连接；差分服务器接收客户端的单点定位信息和参考基站的实时伪距观测信息；当客户端单点定位精度不足、向差分服务器请求高精度定位时，差分服务器基于接收的单点定位信息和实时伪距观测信息解算出定位信息改正数以及若干卫星组成的修正卫星集；客户端利用修正卫星集和定位信息改正数解算出精准定位信息进行精准定位。本发明的修正定位系统能智能、快速、准确为客户端提供精准的定位服务，定位快，定位精准度高；客户端作数据提供方，客户端计算压力小，流量消耗低。

Description

基于云计算的高精度位置修正定位系统

技术领域

本发明涉及卫星导航系统，具体涉及基于云计算的高精度位置修正方法及系统。

背景技术

卫星导航技术成为继移动通信和互联网之后引领第三次IT革命的新兴产业。卫星导航产业在国家战略大格局中具有重要地位和作用，在国家正在实施的“十二五”规划中，卫星导航被列入国家重点支持和发展的七大战略新兴产业规划。

目前普遍使用的手机、车载终端等带有卫星定位功能的设备采用的都是单点定位技术，其定位精度在10-20m左右，满足不了广大用户的需求。

现有的高精度定位服务中，常用的是伪距差分技术和载波相位差分技术，而上述两种定位技术需要重新架设差分参考基站以及搭建对应的一套复杂系统，并且需要使用专用的差分接收机接收基站的差分改正数据并进行解算。如此，如果需要使用上述两种技术进行高精度定位，那么就必须改变手机、车载终端的原有卫星定位模块的硬件结构。这样耗费的成本高、效率低，尤其是对个体用户来说，这基本上是不可能实现的。

而现有高精度定位技术中，另一种差分技术就是位置差分技术。该技术不需要改变原有的设备硬件，但是电子产品的变化是日新月异的，电子产品的更换周期很短的。现有手机、车载终端品牌种类多，而不同厂家的卫星定位芯片也不同、采用的定位模式不同、选星的方法也不同，因此会对位置差分定位结果影响比较大，会导致定位精度得不到明显提高，高精度定位服务也差强人意。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有设计中存在的缺陷，提供一种基于云计算的高精度位置修正定位系统，结合云计算技术以及位置差分技术，使采用普通手机、车载终端的用户能快速、方便的使用高精度的定位系统。

为克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明采取的技术方案是：基于云计算的高精度位置修正定位系统，包括客户端、差分服务器以及由若干差分参考基站组成的差分参考站网；所述差分服务器通过通讯模块与客户端和差分参考站网连接；所述差分服务器接收所述客户端的单点定位信息和所述参考基站的实时伪距观测信息；当客户端单点定位精度不足、向差分服务器请求高精度定位时，所述差分服务器基于接收的单点定位信息和实时伪距观测信息解算出所述客户端的定位信息改正数以及若干卫星组成的修正卫星集；所述客户端收到所述定位信息改正数与修正卫星集，利用所述修正卫星集解算出待修正定位信息，再结合所述定位信息改正数解算出精准定位信息进行精准定位。

作为对上述技术方案的进一步阐述：

在上述方案中，所述客户端的单点定位信息包括定位时间、经纬度、高度、定位卫星类型以及卫星编号；所述客户端高精度定位的流程包括如下步骤：

步骤1：利用客户端的定位模块进行初始单点定位及解算，获取单点定位信息；

步骤2：通过匹配的登陆账户连接所述差分服务器；

步骤3：客户端将所述的单点定位信息传送给所述差分服务器，并且等待接收所述差分服务器解算的定位信息改正数和修正卫星集；

步骤4:客户端接收定位信息改正数和修正卫星集，利用所述修正卫星集解算出待修正定位信息，结合定位信息改正数对所述待修正定位信息进行修正，解算出精准定位信息，并且于客户端的地图上显示所述精准定位信息。

在上述技术方案中，所述卫星信息包括所述客户端请求高精度定位时，所述差分服务器求解所述定位信息改正数及修正卫星集包括如下步骤：

步骤一，所述差分服务器接收所述客服端的单点定位信息，根据单点定位信息中的经度、纬度以及高度计算每个所述差分参考基站到所述客户端的距离；

步骤二，选定最小距离值对应的差分参考基站为基准参考基站；

步骤三，从基准参考基站上传的实时伪距观测信息中提取定位基准参考基站的所有卫星的编号及类型；从该所有卫星中选出与所述单点定位信息中的卫星编号及类型相对应的卫星，选出的卫星为有效卫星；选取有效卫星中至少四颗卫星的卫星数据分别求解出基准参考基站所对应的所有坐标点；

步骤四，计算所有坐标点相对基准参考基站的绝对坐标点的直线距离；

步骤五，选定最小直线距离值对应的坐标点为基准参考基站的有效坐标点，该有效坐标点与基准参考基站的绝对坐标点的坐标差值为所述定位信息改正数；

步骤六，选定出求解出所述有效坐标点对应的一组卫星，该组卫星为所述修正卫星集。

在上述技术方案中，所述所有坐标点及有效坐标点用WGS84坐标或地心地固坐标表示；坐标点中j坐标点对应所述WGS84坐标表示为(Lon′_j,Lat′_j,H_j′)，对应所述地心地固坐标表示为(X′_j，Y_j′，Z′_j)。

在上述技术方案中，所述步骤一中，所有差分参考基站的绝对位置坐标点分别为(Lon₁,Lat₁,H₁)…(Lon_i,Lat_i,H_i)…(Lon_n,Lat_n,H_n)，所述单点定位信息中所述客户端的坐标位置点为：(Lon₀、Lat₀、H₀)；计算每个所述差分参考基站到所述客户端的距离按下公式进行计算：

D_i＝R*Arccos(C_i)*Pi/180

C_i＝sin(Lat₀)*sin(Lat_i)+cos(Lat₀)*cos(Lat_i)*cos(Lon₀-Lon_i)

其中：D表示距离，i表示差分参考基站的标号为i,R为地球的平均半径、且R＝6371.393km，Pi为圆周率,Lon表示差分参考基站及客户端的经度，Lat表示差分参考基站及客户端的纬度，H表示差分参考基站及客户端的高度。

在上述技术方案中，所述步骤五中，所述基准参考基站的有效坐标点表示为(Lon′_m,Lat′_m,H′_m)或(X′_m,Y_m′,Z′_m)，所述基准参考基站的绝对坐标点对应为(Lon_m,Lat_m,H_m)或(X_m，Y_m，Z_m)，按如下公式解算出所述定位信息改正数中对应的坐标改正数(ΔX_m,ΔY_m,ΔZ_m)：

其中，m表示基准参考基站的编号。

在上述技术方案中，所述客户端解算出的待修正定位信息中的客户端的坐标点为(Lon₀′,Lat₀′,H₀′)或(X′₀,Y₀′,Z′₀)，所述客户端的精准定位信息中的坐标为对所述待修正定位信息中的坐标进行修正得到，并按如下公式进行修正：

其中，(X₀″,Y₀″,Z₀″)为客户端精准定位信息中对应的客户端位置坐标点,(ΔX_m,ΔY_m,ΔZ_m)为定位信息改正数中对应的坐标改正数。

同现有技术相比，本发明的有益效果是：利用云计算技术的强大运算能力，无论客户端采用的是GPS单模、BD单模还是GPS/BD双模或是采用了不同的选星方法，差分服务器端都能在复杂的参考基站数据中智能、快速、准确地为用户选取对应的一组卫星数据，然后采用位置差分技术对客户端的位置进行修正；其具有的优点是：

1.将复杂选星计算放到云端进行，减轻了客户端以及差分参考基站的计算压力；

2.通过选星优化以及位置差分技术使用户得到的位置信息更加精确；

3.客户端和差分参考基站作为数据提供方，而且客户端所需传送和接收的数据都很小，可以减少流量成本。

附图说明

图1是本发明的系统方框示意图。

图2是本发明客户端工作流程示意图。

图3是本发明差分服务器工作流程示意图。

图4是修正工作的具体工作流程示意图。

图中，1.客户端，2.差分服务器，3.差分参考站网。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1-4示意了本发明的具体实施例。

参考附图1-3，基于云计算的高精度位置修正定位系统，包括客户,1、差分服务器2以及由若干差分参考基站组成的差分参考站网3；所述差分服务器2通过通讯模块与客户端1和差分参考站网3连接；所述差分服务器2接收所述客户端1的单点定位信息和所述参考基站的实时伪距观测信息，所述差分服务器3为基于云计算环境下的服务器；当客户端1单点定位精度不足、向差分服务器2请求高精度定位时，所述差分服务器1基于接收的单点定位信息和实时伪距观测信息解算出所述客户端1定位信息改正数以及若干卫星组成的修正卫星集；所述客户端1收到所述定位信息改正数与修正卫星集，客户端1利用所述修正卫星集作为客户端1新的定位卫星解算出客户端的新的定位信息，也即待修正定位信息，再结合所述定位信息改正数解算出精准定位信息进行精准定位。。

作为对上述实施例的进一步阐述：

在上述实施例中，参考附图2，所述客户端1带有卫星定位功能的设备的手机或车载终端，用户想要通过客户端1请求高精度定位服务，需要向系统申请一个账号，且在手机或车载终端上安装客户端1软件；所述客户端1请求高精度定位的服务之前，需先进行初始单点定位，所述单点定位信息包括定位时间、经纬度、高度、定位卫星类型以及卫星编号，其请求高精度定位服务的流程包括如下步骤：

步骤1：利用客户端1的定位模块进行初始单点定位及解算，获取单点定位信息；该步骤具体包含附图2中的：步骤S101，打开定位模块；步骤S102，搜索导航卫星，定位解算；步骤S103，判断是否定位成功，定位成功则跳转到步骤S104，否则，跳转到步骤S102；步骤S104，读取单点定位信息；步骤S105，将信息推送至发送队列。

步骤2：通过匹配的登陆账户连接所述差分服务器2；该步骤包括附图2中的：步骤S106，输入用户名、密码；步骤S107，连接差分服务器2；步骤S108，判断是否连接上差分服务器2，连接上则跳转到步骤3，否则，跳转到步骤S107。

步骤3：客户端1将所述的单点定位信息传送给所述差分服务器2，并且等待接收所述差分服务器2解算的定位信息改正数和修正卫星集；该步骤具体包括附图2中：步骤S109，检查发送队列；步骤S110，判读队列中是否有数据，队列中有数据，则跳转到步骤S111，否则,跳转到步骤S109；步骤S111，将单点定位信息传送给差分服务器2；步骤S112，等待接收差分服务器2解算的定位信息改正数和修正卫星集。

步骤4:客户端1接收解算的定位信息改正数和修正卫星集，并利用所述修正卫星集解算出待修正定位信息，结合定位信息改正数对待修正定位信息进行修正，解算出精准定位信息，并且于客户端1的地图上显示所述精准定位信息，该步骤对应附图2中步骤S113；该修正定位信息的解算是将所述修正卫星集对应的一组卫星作为客户端1重新定位的卫星，利用修正卫星集对应的卫星重新定位解算，从而获得新的定位信息，而该新的定位信息即为待修正定位信息。其中客户端1接收的所述修正卫星集对应的一组卫星编号(1,2,…，k)，选取定位客户端1的所有卫星中与修正卫星集编号对应卫星的卫星数据重新解算出待修正定位信息，其主要包含待修正的坐标。

在上述实施例中，参考附图1、附图3-4，差分服务器2连接着差分参考站网3，差分服务器3接收差分参考站网3的各个基站传来的实时的伪距观测信息和导航信息，完成数据解析后回将数据保存，其具体包含附图3中的：步骤S201，连接基站,接收各基站发送的伪距观测信息和导航信息；步骤S202，将收到的差分基站的数据解析并保存。当用户请求高精度位置服务时，服务器先验证客户端1登录信息，然后接收客户端1发送的定位信息并完成数据解析，该部分操作流程具体包含附图3中：步骤S203，核对用户登录信息，和客户端1建立连接；步骤S204，等待接收客户端1的单点定位的数据；S205，判断是否接受到数据，有则跳转到步骤S206，否则，跳转到步骤S204。然后便是进行高精度位置修正工作及传送工作，其包含附图3中的步骤S207-S209:S207，根据收到的客户端定位信息和差分基站的数据选择基准参考基站；S208，根据基准参考基站的数据解算客户端的位置坐标改正数以及修正卫星集；S209，将定位信息改正数和修正卫星集数据传送给客户端。参考附图4，其修正解算工作具体可以分为以下几步：

步骤S2081，所述差分服务器2接收所述客服端1的单点定位信息，根据单点定位信息中的经度、纬度以及高度计算每个所述差分参考基站到所述客户端1的距离，设所有差分参考基站的绝对位置坐标点分别为(Lon₁,Lat₁,H₁)…(Lon_i,Lat_i,H_i)…(Lon_n,Lat_n,H_n)，所述单点定位信息中所述客户端1的坐标位置点为：(Lon₀、Lat₀、H₀)，其中各差分参考基站的绝对坐标值为通过长期观测、计算得到的相对正确的坐标值，但是该值为一长期观测计算得到值，不能用于实时定位的实际值，只能作为参考坐标值,同时，1、i、n表示所有差分参考基站的标号；计算每个所述差分参考基站到所述客户端1的距离按下公式进行计算：

D_i＝R*Arccos(C_i)*Pi/180

C_i＝sin(Lat₀)*sin(Lat_i)+cos(Lat₀)*cos(Lat_i)*cos(Lon₀-Lon_i)

其中：D表示距离，i表示差分参考基站的标号为i,R为地球的平均半径、且R＝6371.393km，Pi为圆周率,Lon表示差分参考基站及客户端的经度，Lat表示差分参考基站及客户端的纬度，H表示差分参考基站及客户端的高度。

步骤S2082，选定最小距离值min{D_i}对应的差分参考基站为基准参考基站,标号为m；

步骤S2083，从基准参考基站上传的实时伪距观测信息中提取定位基准参考基站的所有卫星的编号及类型；从该所有卫星中选出与所述单点定位信息中的卫星编号及类型相对应的卫星，选出的卫星为有效卫星；选取有效卫星中至少四颗卫星的卫星数据分别求解出基准参考基站所对应的所有坐标点。需要说明的时，由于卫星定位至少需要四颗卫星才能定位成功，所以选取有效卫星中四颗以及四颗以上的卫星数据求出基准参考基站所有可能的坐标对应选用卫星的情况种数为：其中v表示有效卫星的颗数。所述所有坐标点及有效坐标点用WGS84坐标或地心地固坐标表示；坐标点中j坐标点对应所述WGS84坐标表示为(Lon′_j,Lat′_j,H_j′)，对应所述地心地固坐标表示为(X′_j，Y_j′，Z′_j)。

步骤S2084，计算所有坐标点相对基准参考基站的绝对坐标点的直线距离；该步骤中参考步骤S2081中的计算公式，计算所有坐标点相对基准参考基站的绝对坐标点的直线距离，其具体为：在步骤S2083中所有求解出来基准参考基站坐标点集为{(Lon′_j,Lat_j′,H_j′)}，所述基准参考基站的绝地坐标点为(Lon_m,Lat_m,H_m)，则所有坐标点相对基准参考基站的绝对坐标点的直线距离D′_j按如下公式进行计算：

D′_j＝R*Arccos(C_j′)*Pi/180

C_j″＝sin(Lat_m)*sin(Lat_j′)+cos(Lat_m)*cos(Lat′_j)*cos(Lon_m-Lon′_j)

同样，D′表示距离，j表示基准参考基站的所有坐标中第j个坐标点的标号,R为地球的平均半径、且R＝6371.393km，Pi为圆周率,Lon_m表示基准参考基站绝地值坐标中的经度坐标，Lat_m表示基准参考基站绝地值坐标中的纬度坐标，H_m表示差分参考基站绝对中坐标中的高度坐标，Lat_j′表示基准参考基站求解的坐标点的纬度坐标，Lon′_j表示基准参考基站求解的坐标点的经度坐标，H'_j表示基准参考基站求解的坐标点的高度坐标。

步骤S2085，利用D′_m＝min{D′_j}选定所有坐标点中相对基准参考基站的绝对坐标点的直线距离最小值对应的坐标点为基准参考基站的有效坐标点，该有效坐标点为(Lon′_m,Lat′_m,H′_m)或(X′_m,Y′_m,Z′_m)，该有效坐标点与基准参考基站的绝对坐标点的坐标差值为所述定位信息改正数；其具体计算如下：由于存在着卫星星历、时钟误差、大气折射等误差的影响，通过定位卫星的卫星数据解算得到基准参考基站的坐标(Lon′_m,Lat′_m,H′_m)或(X′_m,Y′_m,Z′_m)与基准参考基站的绝对坐标(Lon_m,Lat_m,H_m)或(X_m,Y_m,Z_m)不一致，必然存在误差，求两坐标的差值：

式中，(ΔX_m,ΔY_m,ΔZ_m)则是定位信息改正数中的坐标改正数。

步骤S2086，选定求解出所述有效坐标点(Lon′_m,Lat′_m,H′_m)或(X′_m,Y′_m,Z′_m)对应的一组卫星(b₁,b₂,...,b_k)，该组卫星为最佳卫星集；

在上述实施例中，步骤4中所述客户端解算出的待修正定位信息中包含的客户端1的坐标点为(Lon₀′,Lat₀′,H₀′)或(X′₀,Y₀′,Z′₀)，所述客户端1的精准定位信息中的坐标为对所述待修正定位信息中的坐标进行修正得到，并按如下公式进行修正：：

其中，(X₀″,Y₀″,Z₀″)为客户端1精准定位信息中对应的客户端1位置坐标点,(ΔX_m,ΔY_m,ΔZ_m)为定位信息改正数中对应的坐标改正数。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，以上所述并非对本发明的技术范围作任何限制，凡依据本发明技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种基于云计算的高精度位置修正定位系统，其特征在于：包括客户端、差分服务器以及由若干差分参考基站组成的差分参考站网；所述差分服务器通过通讯模块与客户端和差分参考站网连接；所述差分服务器接收所述客户端的单点定位信息和所述参考基站的实时伪距观测信息；当客户端单点定位精度不足、向差分服务器请求高精度定位时，所述差分服务器基于接收的单点定位信息和实时伪距观测信息选择基准参考基站，根据基准参考基站的数据解算出所述客户端的定位信息改正数以及若干卫星组成的修正卫星集；所述客户端收到所述定位信息改正数与修正卫星集，利用所述修正卫星集作为客户端重新定位的卫星，利用所述卫星重新定位解算出待修正定位信息，再结合所述定位信息改正数解算出精准定位信息进行精准定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于云计算的高精度位置修正定位系统，其特征在于：所述客户端的单点定位信息包括定位时间、经纬度、高度、定位卫星类型以及卫星编号；所述客户端高精度定位的流程包括如下步骤：

步骤1：利用客户端的定位模块进行初始单点定位及解算，获取单点定位信息；

步骤2：通过匹配的登陆账户连接所述差分服务器；

步骤3：客户端将所述的单点定位信息传送给所述差分服务器，并且等待接收所述差分服务器解算的定位信息改正数和修正卫星集；

步骤4：客户端接收定位信息改正数和修正卫星集，利用所述修正卫星集解算出待修正定位信息，结合定位信息改正数对所述待修正定位信息进行修正，解算出精准定位信息，并且于客户端的地图上显示所述精准定位信息。

3.根据权利要求1或2任意一项所述的一种基于云计算的高精度位置修正定位系统，其特征在于：所述客户端请求高精度定位时，所述差分服务器求解所述定位信息改正数及修正卫星集包括如下步骤：

步骤一，所述差分服务器接收所述客户端的单点定位信息，根据单点定位信息中的经度、纬度以及高度计算每个所述差分参考基站到所述客户端的距离；

步骤二，选定最小距离值对应的差分参考基站为基准参考基站；

步骤三，从基准参考基站上传的实时伪距观测信息中提取定位基准参考基站的所有卫星的编号及类型；从该所有卫星中选出与所述单点定位信息中的卫星编号及类型相对应的卫星，选出的卫星为有效卫星；选取有效卫星中至少四颗卫星的卫星数据分别求解出基准参考基站所对应的所有坐标点；

步骤四，计算所有坐标点相对基准参考基站的绝对坐标点的直线距离；

步骤五，选定最小直线距离值对应的坐标点为基准参考基站的有效坐标点，该有效坐标点与基准参考基站的绝对坐标点的坐标差值为所述定位信息改正数；

步骤六，选定出求解出所述有效坐标点对应的一组卫星，该组卫星为所述修正卫星集。

4.根据权利要求3所述的一种基于云计算的高精度位置修正定位系统，其特征在于：所述所有坐标点及有效坐标点用WGS84坐标或地心地固坐标表示；坐标点中j坐标点对应所述WGS84坐标表示为(Lon′_j，Lat′_j，H′_j)，对应所述地心地固坐标表示为(X′_j，Y′_j，Z′_j)。

5.根据权利要求4所述的一种基于云计算的高精度位置修正定位系统，其特征在于：所述步骤一中，所有差分参考基站的绝对位置坐标点分别为(Lon1,Lat1,H1)…(Loni,Lati,Hi)…(Lonn,Latn,Hn)，所述单点定位信息中所述客户端的坐标位置点为：(Lon0、Lat0、H0)；计算每个所述差分参考基站到所述客户端的距离按如下公式进行计算：

Di＝R*Arc cos(C i)*Pi/180

Ci＝sin(Lat 0)*sin(Lati)+cos(Lat0)*cos(Lati)*cos(Lon0-Loni)

其中：D表示距离，i表示差分参考基站的标号为i,R为地球的平均半径、且R＝6371.393km，Pi为圆周率,Lon表示差分参考基站及客户端的经度，Lat表示差分参考基站及客户端的纬度，H表示差分参考基站及客户端的高度。

6.根据权利要求5所述的一种基于云计算的高精度位置修正定位系统，其特征在于：所述步骤五中，所述基准参考基站的有效坐标点表示为(Lon′_m，Lat′_m，H′_m)或(X′_m，Y′_m，Z′_m)，所述基准参考基站的绝对坐标点对应为(Lon_m，Lat_m，H_m)或(X_m，Y_m，Z_m)，按如下公式解算出所述定位信息改正数中对应的坐标改正数(ΔX_m，ΔY_m，ΔZ_m)：

其中，m表示基准参考基站的编号。

7.根据权利要求6所述的一种基于云计算的高精度位置修正定位系统，其特征在于：所述客户端解算出的待修正定位信息中的客户端的坐标点为(Lon′₀，Lat′₀，H′₀)或(X′₀，Y′₀，Z′₀)，所述客户端的精准定位信息中的坐标为对所述待修正定位信息中的坐标进行修正得到，并按如下公式进行修正：

其中，(X″₀，Y″₀，Z″₀)为客户端精准定位信息中对应的客户端位置坐标点，(ΔX_m，ΔY_m，ΔZ_m)为定位信息改正数中对应的坐标改正数。