■ 董文昭

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淺析定位技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

■ 董文昭

因?yàn)槿蛐l(wèi)星定位系統(tǒng)具有全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，所以贏得了廣大測(cè)繪工作者的信賴(lài)，并成功地應(yīng)用在大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程建設(shè)、市政規(guī)劃、海洋開(kāi)發(fā)、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多方面。目前，定位技術(shù)已經(jīng)滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)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(diǎn)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(diǎn)定位技術(shù)就是利用預(yù)報(bào)或事后精密星歷（如IGS預(yù)報(bào)精密星歷或IGS事后精密星歷），同時(shí)利用某種方式得到的精密衛(wèi)星鐘差替代用戶(hù)GPS單點(diǎn)定位方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù)，用戶(hù)利用單臺(tái)雙頻GPS接收機(jī)的非差相位和偽距觀測(cè)值在數(shù)千萬(wàn)平方公里甚至全球范圍內(nèi)的任意位置進(jìn)行分米級(jí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位或事后厘米級(jí)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(gè)（一般為三個(gè)或三個(gè)以上）基準(zhǔn)站，對(duì)該地區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋，并以這些基準(zhǔn)站中的一個(gè)或多個(gè)為基準(zhǔn)，計(jì)算和發(fā)播改正信息，對(duì)該地區(qū)內(nèi)的衛(wèi)星定位用戶(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)改正的定位方式，又稱(chēng)為多基準(zhǔn)站RTK。與常規(guī)（即單基準(zhǔn)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(shí)時(shí)提供厘米級(jí)定位方面的優(yōu)勢(shì)。值得注意的是，網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括3個(gè)部分，即控制中心，固定站和用戶(hù)部分。

十大應(yīng)用領(lǐng)域

（一）大型測(cè)繪領(lǐng)域

我國(guó)先后在1992年、1996年建立了由28個(gè)點(diǎn)組成的國(guó)家A級(jí)衛(wèi)星定位控制網(wǎng)和由730個(gè)點(diǎn)組成的國(guó)家B級(jí)衛(wèi)星定位控制網(wǎng)，整合和統(tǒng)一平差后形成了2000個(gè)國(guó)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(guó)現(xiàn)代測(cè)繪的基本框架。

近年來(lái)，可以說(shuō)GPS定位技術(shù)已完全取代了用測(cè)角、測(cè)距手段建立大地控制網(wǎng)的常規(guī)大地測(cè)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(shí)，建成了連續(xù)運(yùn)行的衛(wèi)星定位觀測(cè)站30多個(gè)，其中有7個(gè)還被納入了國(guó)際IGS（地理信息系統(tǒng)）網(wǎng)站，國(guó)家A級(jí)和B級(jí)GPS大地控制網(wǎng)的建成，標(biāo)志著我國(guó)具有分米級(jí)絕對(duì)精度的三維大地控制坐標(biāo)系統(tǒng)已基本建立，它將成為我國(guó)空間技術(shù)和空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位等技術(shù)提供一個(gè)精確可靠的參考系。此外，中國(guó)國(guó)家A級(jí)和B級(jí)GPS大地控制網(wǎng)中大部分點(diǎn)位，均用水準(zhǔn)進(jìn)行了聯(lián)測(cè)，以確定它們的正常高。同時(shí)不少網(wǎng)點(diǎn)也和原有的用經(jīng)典方法測(cè)定的大地點(diǎn)和沿海的驗(yàn)潮站等進(jìn)行了聯(lián)測(cè)。所有這些將為我國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、中國(guó)局部大地水準(zhǔn)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(cè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為中國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

（二）變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域

在三峽工程等大壩變形檢測(cè)中，衛(wèi)星導(dǎo)航定位監(jiān)測(cè)精度達(dá)到了毫米級(jí)。在滑坡檢測(cè)時(shí)，衛(wèi)星導(dǎo)航定位測(cè)量比常規(guī)的外觀測(cè)量在精度、監(jiān)測(cè)速度、時(shí)效性、效益等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，滑坡變形監(jiān)測(cè)方法很多，但大致上可以分為兩種類(lèi)型。其一是采用特殊變形觀測(cè)專(zhuān)用儀器，如應(yīng)變儀，傾斜儀，流體靜力水準(zhǔn)儀等，直接測(cè)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(cè)量方法測(cè)定坡體的水平與垂直位移。應(yīng)用GPS定位技術(shù)檢測(cè)滑坡變形，屬于精密大地測(cè)量方法，與常規(guī)大地測(cè)量方法相比，GPS定位技術(shù)用于監(jiān)測(cè)滑坡體水平和垂直位移不僅可以達(dá)到和常規(guī)大地測(cè)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(zhǔn)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(cè)精度的可靠性。

（三）路線勘測(cè)領(lǐng)域

線路勘測(cè)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(cè)量、工程測(cè)量方法進(jìn)行控制網(wǎng)建立和施測(cè)，由于這類(lèi)測(cè)量控制網(wǎng)大多以狹長(zhǎng)形式布設(shè)，并且周?chē)阎刂泣c(diǎn)很少，使得傳統(tǒng)測(cè)量方法在網(wǎng)形布設(shè)、誤差控制等多方面帶來(lái)很大問(wèn)題。而且傳統(tǒng)方法作業(yè)時(shí)間也比較長(zhǎng)，直接影響了工程建設(shè)的正常進(jìn)展。目前，GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于線路控制測(cè)量和路線放樣，與常規(guī)測(cè)量技術(shù)相比較，有著速度快、精度高、不必要求點(diǎn)間通視的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在線路初測(cè)時(shí)一般應(yīng)采用靜態(tài)GPS定位技術(shù)建立首級(jí)控制已建立，以建立RTK作業(yè)的基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)，然后再進(jìn)行道路定測(cè)。如今的RTK技術(shù)產(chǎn)品一般都具有坐標(biāo)放樣、直線及圓曲線測(cè)設(shè)等功能，故而能夠進(jìn)行定線工作。首先應(yīng)在室內(nèi)根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算出各待定點(diǎn)的坐標(biāo)，包括整樁、曲線主點(diǎn)、橋位等加樁，然后將這些數(shù)據(jù)送到手持機(jī)中，有了坐標(biāo)以后在實(shí)測(cè)前還要作坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參觀的計(jì)算，以便把GPS測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換到工程采用的坐標(biāo)系統(tǒng)。有了轉(zhuǎn)換參數(shù)就可以在野外進(jìn)行測(cè)設(shè)工作了。

（四）資源探測(cè)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(dòng)化程度。它與GIS、RS（遙感）以及計(jì)算機(jī)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(tái)定位，為發(fā)現(xiàn)海底儲(chǔ)油構(gòu)造和實(shí)施監(jiān)測(cè)平臺(tái)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(mén)成功研制了基于GPS-PDA的被稱(chēng)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(shí)現(xiàn)了巨大的進(jìn)步。

（五）交通運(yùn)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(yíng)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(mén)的緊急救援或報(bào)警，部分用于汽車(chē)、船舶的導(dǎo)航、監(jiān)控，廣泛應(yīng)用于物流配送中心，并在車(chē)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(chǎng)合，對(duì)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(jī)飛行安全和有效利用空域。當(dāng)前我國(guó)自己制造的遠(yuǎn)洋船舶不斷增加，世界各國(guó)的船舶也大量駛?cè)?，因此，這些船舶進(jìn)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(jiàn)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(cè)量與遙感技術(shù)領(lǐng)域

如今移動(dòng)通信、電腦、衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合的各類(lèi)移動(dòng)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(tái)。其中的應(yīng)用產(chǎn)品把導(dǎo)航從車(chē)載向個(gè)人終端邁進(jìn)。攝影測(cè)量與遙感中的定位問(wèn)題，通?？刹扇煞N不同的途徑實(shí)現(xiàn)。一種是通過(guò)各種直接測(cè)量的方法求定攝影機(jī)和傳感器的空間位置和姿態(tài)，并由此測(cè)量出相片上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)；另一種是借助若干已知空間坐標(biāo)的地面控制點(diǎn)在相片上的影像，先求出相片的外方位元素，進(jìn)而確定相片上任意目標(biāo)的空間位置。GPS快速、高精度、易操作等優(yōu)點(diǎn)，使其在攝影測(cè)量與遙感領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。就目前看來(lái)，GPS在攝影測(cè)量與遙感領(lǐng)域中主要用于測(cè)定航片和衛(wèi)片上的地面控制點(diǎn)、航攝飛機(jī)的實(shí)時(shí)導(dǎo)航、進(jìn)行由GPS輔助的空中三角測(cè)量、直接測(cè)定攝影機(jī)和傳感器的空間位置和動(dòng)態(tài)方面。

（七）管線檢測(cè)維護(hù)領(lǐng)域

當(dāng)前管線檢測(cè)應(yīng)用的軟件比較著名的有Hypack Max 6.2。Hypack是美國(guó)Hypack Inc公司出品的測(cè)量疏浚軟件，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的專(zhuān)業(yè)測(cè)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(guó)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(guó)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(hào)是接收來(lái)自南匯導(dǎo)航臺(tái)或信標(biāo)站（如大磯山）提供的信號(hào)。

（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(mǎn)足城市規(guī)劃、城市建設(shè)、城市管理、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、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(cè)量技術(shù)應(yīng)用于土地資源調(diào)查。此時(shí)只要在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)，流動(dòng)站僅需一人背著儀器在待測(cè)的碎步點(diǎn)上停留1-2s并同時(shí)輸入特征編碼，通過(guò)電子手簿，PDA或便攜機(jī)記錄，在點(diǎn)位精度合乎要求的情況下，就能將某一個(gè)區(qū)域內(nèi)的地形地物點(diǎn)位通過(guò)專(zhuān)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(shí)，也能采用手持GPS接收機(jī)直接進(jìn)行。

（九）汽車(chē)導(dǎo)航領(lǐng)域

后裝車(chē)載導(dǎo)航設(shè)備是車(chē)主購(gòu)車(chē)后自行安裝的第三方設(shè)備，外形與前裝設(shè)備類(lèi)似。預(yù)計(jì)未來(lái)2-3年內(nèi)，后裝導(dǎo)航增速將趨于平穩(wěn)，預(yù)計(jì)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(guò)智能手機(jī)基本都可以實(shí)現(xiàn)，因此與PND一樣面臨著智能手機(jī)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)2014 年中國(guó)市場(chǎng)乘用車(chē)銷(xiāo)量約為1993萬(wàn)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(jī)導(dǎo)航用戶(hù)外，后裝還有約40％-50％的需求空間，總計(jì)大約870萬(wàn)臺(tái)。對(duì)比發(fā)達(dá)國(guó)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(zhǎng)空間巨大，將為北斗車(chē)載導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)提供廣闊的市場(chǎng)空間。車(chē)載監(jiān)控設(shè)備是通過(guò)導(dǎo)航定位系統(tǒng)終端獲取車(chē)輛的位臵、速度、車(chē)內(nèi)狀態(tài)等信息，然后通過(guò)移動(dòng)通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，把車(chē)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(chē)輛管理人員、車(chē)輛運(yùn)營(yíng)企業(yè)或公安等國(guó)家相關(guān)部門(mén)及時(shí)掌握車(chē)輛、駕駛員或貨物的實(shí)時(shí)狀態(tài)。通過(guò)這套設(shè)備，可以有效地對(duì)車(chē)載監(jiān)控設(shè)備所提供的車(chē)輛信息進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管理，提高行車(chē)安全系數(shù)，規(guī)范車(chē)輛出行等。

（十）監(jiān)測(cè)和控制地面沉降領(lǐng)域

在監(jiān)測(cè)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(guó)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(cè)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)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(cè)網(wǎng)分多級(jí)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(diǎn)組成，基準(zhǔn)網(wǎng)由34個(gè)網(wǎng)點(diǎn)組成，平均邊長(zhǎng)24KM，作為監(jiān)測(cè)上海市地面沉降的基本框架。監(jiān)測(cè)網(wǎng)附和在基準(zhǔn)網(wǎng)上，布點(diǎn)密度根據(jù)對(duì)外環(huán)線內(nèi)、外的不同分辨率要求，適當(dāng)進(jìn)行加密。網(wǎng)中國(guó)家GPS A級(jí)網(wǎng)點(diǎn)SHAO、小閘基巖標(biāo)、白鶴與外高橋，可構(gòu)成監(jiān)測(cè)網(wǎng)的參考基準(zhǔn)。

結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)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(shí)期。資料顯示，早在2014年我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)產(chǎn)業(yè)的總體產(chǎn)值就超過(guò)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(jì)發(fā)展和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖賶汛?，已經(jīng)逐漸成長(zhǎng)為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。正所謂好事成雙，我國(guó)自主北斗系統(tǒng)的建立，更是為中國(guó)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(jī)遇。