淺析定位技術應用領域

■ 董文昭

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淺析定位技術應用領域

■ 董文昭

因為全球衛星定位系統具有全天候、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，并成功地應用在大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監測、工程建設、市政規劃、海洋開發、資源勘察、地球動力學等多方面。目前，定位技術已經滲透到國民經濟建設、國防建設、科學研究和人民生活等方方面面。

定位技術小解

定位技術可分為精密單點定位技術PPP （Precise Point Positioning）和網絡RTK技術-VRS （Virtual Reference Station）兩種。所謂精密單點定位技術就是利用預報或事后精密星歷（如IGS預報精密星歷或IGS事后精密星歷），同時利用某種方式得到的精密衛星鐘差替代用戶GPS單點定位方程中的衛星鐘差參數，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千萬平方公里甚至全球范圍內的任意位置進行分米級實時動態定位或事后厘米級快速靜態定位。而網絡RTK技術-VRS（Virtual Reference Station）則是在一定區域內建立多個（一般為三個或三個以上）基準站，對該地區構成網狀覆蓋，并以這些基準站中的一個或多個為基準，計算和發播改正信息，對該地區內的衛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（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勢。值得注意的是，網絡RTK系統的結構包括3個部分，即控制中心，固定站和用戶部分。

十大應用領域

（一）大型測繪領域

我國先后在1992年、1996年建立了由28個點組成的國家A級衛星定位控制網和由730個點組成的國家B級衛星定位控制網，整合和統一平差后形成了2000個國家衛星定位大地控制網，并在2004年完成與天文大地網的平差，以此奠定了我國現代測繪的基本框架。

近年來，可以說GPS定位技術已完全取代了用測角、測距手段建立大地控制網的常規大地測量方法。我們一般將應用GPS衛星定位技術建立的控制網叫做GPS網。與此同時，建成了連續運行的衛星定位觀測站30多個，其中有7個還被納入了國際IGS（地理信息系統）網站，國家A級和B級GPS大地控制網的建成，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已基本建立，它將成為我國空間技術和空間基礎數據、動態實時定位等技術提供一個精確可靠的參考系。此外，中國國家A級和B級GPS大地控制網中大部分點位，均用水準進行了聯測，以確定它們的正常高。同時不少網點也和原有的用經典方法測定的大地點和沿海的驗潮站等進行了聯測。所有這些將為我國地殼運動監測、中國局部大地水準面的求定、新老大地網的拼接和轉換、以及全球變化中海平面上升的監測提供基礎數據，為中國經濟和社會持續發展貢獻力量。

（二）變形監測領域

在三峽工程等大壩變形檢測中，衛星導航定位監測精度達到了毫米級。在滑坡檢測時，衛星導航定位測量比常規的外觀測量在精度、監測速度、時效性、效益等方面都有明顯的優勢，滑坡變形監測方法很多，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，如應變儀，傾斜儀，流體靜力水準儀等，直接測定斜坡的地應力變化、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。應用GPS定位技術檢測滑坡變形，屬于精密大地測量方法，與常規大地測量方法相比，GPS定位技術用于監測滑坡體水平和垂直位移不僅可以達到和常規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律，節省更多的人力物力，又可保證觀測精度的可靠性。

（三）路線勘測領域

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

（四）資源探測領域

在地質調查和找礦工作中，導航定位技術的應用提高了野外地質調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相結合，為基礎地質研究、地質找礦提供了地球化學依據。差分衛星導航定位技術已被用于海洋物探定位和海洋石油鉆井平臺定位，為發現海底儲油構造和實施監測平臺的安全可靠性發揮關鍵的作用。在土地資源調查中，有關部門成功研制了基于GPS-PDA的被稱為“調查之星”的土地資源信息采集與處理技術系統，使得土地資源調查工作實現了巨大的進步。

（五）交通運輸領域

衛星導航定位等相關集成技術已能夠營建智能交通系統和監控系統并得到廣泛應用。衛星導航定位技術已普遍應用于公安、銀行、醫療、消防等部門的緊急救援或報警，部分用于汽車、船舶的導航、監控，廣泛應用于物流配送中心，并在車載導航方面取得重大發展。在不同的航路段以及不同的應用場合，對導航系統的精度、完備性、可用性、服務連續性的要求不盡相同，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入，因此，這些船舶進出港口的導航安全就特別重要，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?，在如今的港口建設中，建立查分GPS導航和引航系統也是十分必要的。

（六）通信網絡及攝影測量與遙感技術領域

如今移動通信、電腦、衛星導航技術結合的各類移動信息終端正日益普及，為位置信息相關服務（LBS）方面的應用提供了巨大的發展平臺。其中的應用產品把導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。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，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、易操作等優點，使其在攝影測量與遙感領域中有廣泛的應用前景。就目前看來，GPS在攝影測量與遙感領域中主要用于測定航片和衛片上的地面控制點、航攝飛機的實時導航、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方面。

（七）管線檢測維護領域

當前管線檢測應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，是目前世界上應用最廣泛的專業測量疏浚軟件。硬件是NR103、THALES 3011及MX575差分GPS，NR103 DGPS 或NR108 DGPS系統是由法國SERCEL公司生產，在差分狀態下定位精度優于2米，THALES 3011及MX575 DGPS系統是由美國泰雷茲公司生產，在差分狀態下定位精度優于2米。以上差分GPS系統的差分信號是接收來自南匯導航臺或信標站（如大磯山）提供的信號。

（八）城市綜合服務領域

如今北京、上海、深圳、成都、昆明、天津等城市的衛星定位服務系統和香港特別行政區衛星定位參考網已先后建成，可分別滿足城市規劃、城市建設、城市管理、災害監測、科學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星導航技術布設線路。

隨著GPS技術的出現和成熟，GPS技術在土地資源調查中也獲得了廣泛的應用。例如目前根據土地資源調查的目的與精度要求，經常將RTK測量技術應用于土地資源調查。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，就能將某一個區域內的地形地物點位通過專業繪圖軟件繪制成地圖形。在土地資源調查精度要求不太高時，也能采用手持GPS接收機直接進行。

（九）汽車導航領域

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

（十）監測和控制地面沉降領域

在監測和控制地面沉降方面衛星導航定位技術也得到了廣泛應用，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星定位系統在內的健全的地面沉降監測網絡，監測和控制地面沉降工作取得了舉世矚目的成就。上海GPS地面沉降監測網分多級布設，GPS固定站由白鶴、外高橋、地質大廈與崇明島等四點組成，基準網由34個網點組成，平均邊長24KM，作為監測上海市地面沉降的基本框架。監測網附和在基準網上，布點密度根據對外環線內、外的不同分辨率要求，適當進行加密。網中國家GPS A級網點SHAO、小閘基巖標、白鶴與外高橋，可構成監測網的參考基準。

結束語

我國衛星導航定位服務產業已步入發展的黃金時期。資料顯示，早在2014年我國衛星導航定位服務產業的總體產值就超過了2100億人民幣。如今，衛星導航定位技術和應用已廣泛滲透到經濟發展和人民生活的各個領域，產業規?？焖賶汛?，已經逐漸成長為戰略新興產業。正所謂好事成雙，我國自主北斗系統的建立，更是為中國衛星導航定位服務產業提供了重要的發展機遇。