■ 董文昭

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淺析定位技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

■ 董文昭

因為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，所以贏得了廣大測繪工作者的信賴，并成功地應(yīng)用在大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導(dǎo)航和管制、地殼運動監(jiān)測、工程建設(shè)、市政規(guī)劃、海洋開發(fā)、資源勘察、地球動力學(xué)等多方面。目前，定位技術(shù)已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)、科學(xué)研究和人民生活等方方面面。

定位技術(shù)小解

定位技術(shù)可分為精密單點定位技術(shù)PPP （Precise Point Positioning）和網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)-VRS （Virtual Reference Station）兩種。所謂精密單點定位技術(shù)就是利用預(yù)報或事后精密星歷（如IGS預(yù)報精密星歷或IGS事后精密星歷），同時利用某種方式得到的精密衛(wèi)星鐘差替代用戶GPS單點定位方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù)，用戶利用單臺雙頻GPS接收機的非差相位和偽距觀測值在數(shù)千萬平方公里甚至全球范圍內(nèi)的任意位置進行分米級實時動態(tài)定位或事后厘米級快速靜態(tài)定位。而網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)-VRS（Virtual Reference Station）則是在一定區(qū)域內(nèi)建立多個（一般為三個或三個以上）基準站，對該地區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋，并以這些基準站中的一個或多個為基準，計算和發(fā)播改正信息，對該地區(qū)內(nèi)的衛(wèi)星定位用戶進行實時改正的定位方式，又稱為多基準站RTK。與常規(guī)（即單基準站）RTK相比；這種方法有著覆蓋面廣，定位精度高，可靠性高，可實時提供厘米級定位方面的優(yōu)勢。值得注意的是，網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括3個部分，即控制中心，固定站和用戶部分。

十大應(yīng)用領(lǐng)域

（一）大型測繪領(lǐng)域

我國先后在1992年、1996年建立了由28個點組成的國家A級衛(wèi)星定位控制網(wǎng)和由730個點組成的國家B級衛(wèi)星定位控制網(wǎng)，整合和統(tǒng)一平差后形成了2000個國家衛(wèi)星定位大地控制網(wǎng)，并在2004年完成與天文大地網(wǎng)的平差，以此奠定了我國現(xiàn)代測繪的基本框架。

近年來，可以說GPS定位技術(shù)已完全取代了用測角、測距手段建立大地控制網(wǎng)的常規(guī)大地測量方法。我們一般將應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)叫做GPS網(wǎng)。與此同時，建成了連續(xù)運行的衛(wèi)星定位觀測站30多個，其中有7個還被納入了國際IGS（地理信息系統(tǒng)）網(wǎng)站，國家A級和B級GPS大地控制網(wǎng)的建成，標志著我國具有分米級絕對精度的三維大地控制坐標系統(tǒng)已基本建立，它將成為我國空間技術(shù)和空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動態(tài)實時定位等技術(shù)提供一個精確可靠的參考系。此外，中國國家A級和B級GPS大地控制網(wǎng)中大部分點位，均用水準進行了聯(lián)測，以確定它們的正常高。同時不少網(wǎng)點也和原有的用經(jīng)典方法測定的大地點和沿海的驗潮站等進行了聯(lián)測。所有這些將為我國地殼運動監(jiān)測、中國局部大地水準面的求定、新老大地網(wǎng)的拼接和轉(zhuǎn)換、以及全球變化中海平面上升的監(jiān)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為中國經(jīng)濟和社會持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

（二）變形監(jiān)測領(lǐng)域

在三峽工程等大壩變形檢測中，衛(wèi)星導(dǎo)航定位監(jiān)測精度達到了毫米級。在滑坡檢測時，衛(wèi)星導(dǎo)航定位測量比常規(guī)的外觀測量在精度、監(jiān)測速度、時效性、效益等方面都有明顯的優(yōu)勢，滑坡變形監(jiān)測方法很多，但大致上可以分為兩種類型。其一是采用特殊變形觀測專用儀器，如應(yīng)變儀，傾斜儀，流體靜力水準儀等，直接測定斜坡的地應(yīng)力變化、斜坡傾斜以及垂直位移；其二則是采用精密大地測量方法測定坡體的水平與垂直位移。應(yīng)用GPS定位技術(shù)檢測滑坡變形，屬于精密大地測量方法，與常規(guī)大地測量方法相比，GPS定位技術(shù)用于監(jiān)測滑坡體水平和垂直位移不僅可以達到和常規(guī)大地測量不相上下的精度，還有利于直接分析滑坡體的位移情況，更準確地分析滑坡體的空間唯一規(guī)律，節(jié)省更多的人力物力，又可保證觀測精度的可靠性。

（三）路線勘測領(lǐng)域

線路勘測是鐵路、交通、輸電、通信等工程建設(shè)中重要的工作。以往大多采用傳統(tǒng)的控制測量、工程測量方法進行控制網(wǎng)建立和施測，由于這類測量控制網(wǎng)大多以狹長形式布設(shè)，并且周圍已知控制點很少，使得傳統(tǒng)測量方法在網(wǎng)形布設(shè)、誤差控制等多方面帶來很大問題。而且傳統(tǒng)方法作業(yè)時間也比較長，直接影響了工程建設(shè)的正常進展。目前，GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于線路控制測量和路線放樣，與常規(guī)測量技術(shù)相比較，有著速度快、精度高、不必要求點間通視的獨特優(yōu)勢。在線路初測時一般應(yīng)采用靜態(tài)GPS定位技術(shù)建立首級控制已建立，以建立RTK作業(yè)的基準站網(wǎng)絡(luò)，然后再進行道路定測。如今的RTK技術(shù)產(chǎn)品一般都具有坐標放樣、直線及圓曲線測設(shè)等功能，故而能夠進行定線工作。首先應(yīng)在室內(nèi)根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)計算出各待定點的坐標，包括整樁、曲線主點、橋位等加樁，然后將這些數(shù)據(jù)送到手持機中，有了坐標以后在實測前還要作坐標轉(zhuǎn)換參觀的計算，以便把GPS測量結(jié)果轉(zhuǎn)換到工程采用的坐標系統(tǒng)。有了轉(zhuǎn)換參數(shù)就可以在野外進行測設(shè)工作了。

（四）資源探測領(lǐng)域

在地質(zhì)調(diào)查和找礦工作中，導(dǎo)航定位技術(shù)的應(yīng)用提高了野外地質(zhì)調(diào)查和找礦工作的定位精度和自動化程度。它與GIS、RS（遙感）以及計算機等高新技術(shù)相結(jié)合，為基礎(chǔ)地質(zhì)研究、地質(zhì)找礦提供了地球化學(xué)依據(jù)。差分衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)已被用于海洋物探定位和海洋石油鉆井平臺定位，為發(fā)現(xiàn)海底儲油構(gòu)造和實施監(jiān)測平臺的安全可靠性發(fā)揮關(guān)鍵的作用。在土地資源調(diào)查中，有關(guān)部門成功研制了基于GPS-PDA的被稱為“調(diào)查之星”的土地資源信息采集與處理技術(shù)系統(tǒng)，使得土地資源調(diào)查工作實現(xiàn)了巨大的進步。

（五）交通運輸領(lǐng)域

衛(wèi)星導(dǎo)航定位等相關(guān)集成技術(shù)已能夠營建智能交通系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)并得到廣泛應(yīng)用。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)已普遍應(yīng)用于公安、銀行、醫(yī)療、消防等部門的緊急救援或報警，部分用于汽車、船舶的導(dǎo)航、監(jiān)控，廣泛應(yīng)用于物流配送中心，并在車載導(dǎo)航方面取得重大發(fā)展。在不同的航路段以及不同的應(yīng)用場合，對導(dǎo)航系統(tǒng)的精度、完備性、可用性、服務(wù)連續(xù)性的要求不盡相同，但都要求保證飛機飛行安全和有效利用空域。當前我國自己制造的遠洋船舶不斷增加，世界各國的船舶也大量駛?cè)耄虼?，這些船舶進出港口的導(dǎo)航安全就特別重要，尤其是在航道狹窄和能見度很低的氣象條件下，更加顯著?；诖耍谌缃竦母劭诮ㄔO(shè)中，建立查分GPS導(dǎo)航和引航系統(tǒng)也是十分必要的。

（六）通信網(wǎng)絡(luò)及攝影測量與遙感技術(shù)領(lǐng)域

如今移動通信、電腦、衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合的各類移動信息終端正日益普及，為位置信息相關(guān)服務(wù)（LBS）方面的應(yīng)用提供了巨大的發(fā)展平臺。其中的應(yīng)用產(chǎn)品把導(dǎo)航從車載向個人終端邁進。攝影測量與遙感中的定位問題，通常可采取兩種不同的途徑實現(xiàn)。一種是通過各種直接測量的方法求定攝影機和傳感器的空間位置和姿態(tài)，并由此測量出相片上任意一點的坐標；另一種是借助若干已知空間坐標的地面控制點在相片上的影像，先求出相片的外方位元素，進而確定相片上任意目標的空間位置。GPS快速、高精度、易操作等優(yōu)點，使其在攝影測量與遙感領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。就目前看來，GPS在攝影測量與遙感領(lǐng)域中主要用于測定航片和衛(wèi)片上的地面控制點、航攝飛機的實時導(dǎo)航、進行由GPS輔助的空中三角測量、直接測定攝影機和傳感器的空間位置和動態(tài)方面。

（七）管線檢測維護領(lǐng)域

當前管線檢測應(yīng)用的軟件比較著名的有Hypack Max 6.2。Hypack是美國Hypack Inc公司出品的測量疏浚軟件，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的專業(yè)測量疏浚軟件。硬件是NR103、THALES 3011及MX575差分GPS，NR103 DGPS 或NR108 DGPS系統(tǒng)是由法國SERCEL公司生產(chǎn)，在差分狀態(tài)下定位精度優(yōu)于2米，THALES 3011及MX575 DGPS系統(tǒng)是由美國泰雷茲公司生產(chǎn)，在差分狀態(tài)下定位精度優(yōu)于2米。以上差分GPS系統(tǒng)的差分信號是接收來自南匯導(dǎo)航臺或信標站（如大磯山）提供的信號。

（八）城市綜合服務(wù)領(lǐng)域

如今北京、上海、深圳、成都、昆明、天津等城市的衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)和香港特別行政區(qū)衛(wèi)星定位參考網(wǎng)已先后建成，可分別滿足城市規(guī)劃、城市建設(shè)、城市管理、災(zāi)害監(jiān)測、科學(xué)研究等多方面的需求。電力、有線電視、城市地下管道已采用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)布設(shè)線路。

隨著GPS技術(shù)的出現(xiàn)和成熟，GPS技術(shù)在土地資源調(diào)查中也獲得了廣泛的應(yīng)用。例如目前根據(jù)土地資源調(diào)查的目的與精度要求，經(jīng)常將RTK測量技術(shù)應(yīng)用于土地資源調(diào)查。此時只要在基準站上安置一臺GPS接收機，流動站僅需一人背著儀器在待測的碎步點上停留1-2s并同時輸入特征編碼，通過電子手簿，PDA或便攜機記錄，在點位精度合乎要求的情況下，就能將某一個區(qū)域內(nèi)的地形地物點位通過專業(yè)繪圖軟件繪制成地圖形。在土地資源調(diào)查精度要求不太高時，也能采用手持GPS接收機直接進行。

（九）汽車導(dǎo)航領(lǐng)域

后裝車載導(dǎo)航設(shè)備是車主購車后自行安裝的第三方設(shè)備，外形與前裝設(shè)備類似。預(yù)計未來2-3年內(nèi)，后裝導(dǎo)航增速將趨于平穩(wěn)，預(yù)計年復(fù)合增速10-14％左右。此外，后裝設(shè)備所提供的功能通過智能手機基本都可以實現(xiàn)，因此與PND一樣面臨著智能手機的激烈競爭。據(jù)統(tǒng)計2014 年中國市場乘用車銷量約為1993萬輛，其中帶前裝導(dǎo)航設(shè)備比例約為15％-20％，剔除部分智能手機導(dǎo)航用戶外，后裝還有約40％-50％的需求空間，總計大約870萬臺。對比發(fā)達國家的導(dǎo)航設(shè)備裝備率可知，今后幾年導(dǎo)航設(shè)備的成長空間巨大，將為北斗車載導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)提供廣闊的市場空間。車載監(jiān)控設(shè)備是通過導(dǎo)航定位系統(tǒng)終端獲取車輛的位臵、速度、車內(nèi)狀態(tài)等信息，然后通過移動通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，把車輛的位置、狀態(tài)等數(shù)據(jù)反饋給相應(yīng)的管理終端，從而協(xié)助車輛管理人員、車輛運營企業(yè)或公安等國家相關(guān)部門及時掌握車輛、駕駛員或貨物的實時狀態(tài)。通過這套設(shè)備，可以有效地對車載監(jiān)控設(shè)備所提供的車輛信息進行運營管理，提高行車安全系數(shù)，規(guī)范車輛出行等。

（十）監(jiān)測和控制地面沉降領(lǐng)域

在監(jiān)測和控制地面沉降方面衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用，以中國第一大城市上海為例，上海市由于在世界上率先建立了包括衛(wèi)星定位系統(tǒng)在內(nèi)的健全的地面沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測和控制地面沉降工作取得了舉世矚目的成就。上海GPS地面沉降監(jiān)測網(wǎng)分多級布設(shè)，GPS固定站由白鶴、外高橋、地質(zhì)大廈與崇明島等四點組成，基準網(wǎng)由34個網(wǎng)點組成，平均邊長24KM，作為監(jiān)測上海市地面沉降的基本框架。監(jiān)測網(wǎng)附和在基準網(wǎng)上，布點密度根據(jù)對外環(huán)線內(nèi)、外的不同分辨率要求，適當進行加密。網(wǎng)中國家GPS A級網(wǎng)點SHAO、小閘基巖標、白鶴與外高橋，可構(gòu)成監(jiān)測網(wǎng)的參考基準。

結(jié)束語

我國衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)產(chǎn)業(yè)已步入發(fā)展的黃金時期。資料顯示，早在2014年我國衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)產(chǎn)業(yè)的總體產(chǎn)值就超過了2100億人民幣。如今，衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)和應(yīng)用已廣泛滲透到經(jīng)濟發(fā)展和人民生活的各個領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖賶汛?，已經(jīng)逐漸成長為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。正所謂好事成雙，我國自主北斗系統(tǒng)的建立，更是為中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)產(chǎn)業(yè)提供了重要的發(fā)展機遇。