欧盟2015年《GNSS市场报告》之测绘应用

欧盟2015年《GNSS市场报告》之测绘应用

2015年3月，欧洲全球导航卫星系统管理局（GSA）发布了《全球导航卫星系统（GNSS）市场报告》（第四版）（简称《报告》）。《报告》在概要阐述全球GNSS市场新进展的同时，分别从位置服务、道路、航空、铁路、航运、农业、测绘和授时同步八大应用领域分析了GNSS市场发展现状，并对2023年前的发展趋势进行了预测。文章梳理了报告测绘应用部分的主要内容，供读者参考。

一、GNSS在测绘中的应用

1.GNSS设备在土地测绘中的应用

·地籍测绘：建立产权边界。征税等财政政策很大程度上依赖于地籍测绘。

·建筑测量：覆盖建筑或土木工程项目的不同建设阶段，其中机床控制应用自动化建设活动尤其依赖于GNSS。

·机械控制应用采用GNSS定位，例如，采用3D数字化设计得到的信息自动控制施工设备的刀片和铲斗。

·人本（Person-based）应用可实现多种定位任务，包括做调查、检查水平、履行建筑检查以及放样参考点和标记。

·绘图：在制图、环境和城市规划中，GNSS被用来设计感兴趣的指定位置点。

·矿业：矿山勘测包括矿山开采各阶段中的测量和计算，例如安全检查。

2.GNSS设备在海洋测绘中的应用

海洋测绘：海床勘测、潮汐和海流估计、近海测绘等多种活动，这些活动的输出对于海上航行非常重要。

二、主要趋势

在成熟的和新兴的市场中，GNSS支持土地和物业管理活动。

1.主要市场趋势

·新兴国家的强劲经济增长和快速城市化刺激了世界新区域对于建筑和地籍测量活动的需求。

·机床控制的人本建筑应用和巨大市场价值驱动GNSS设备的使用。

·绘图的大众化：GNSS接收机价格的降低和精度的提高正将绘图转变为更加易使用的活动。

2.GNSS增加施工生产力

测绘可以用来精准的确定点的位置，点之间的距离以及角度。GNSS设备支持通过在人本操作和机械导航方面协助经营者以支持建筑工程，其优势如下：

·GNSS设备可以更快的完成测绘任务，并减少平地机和挖掘机之间的传递次数，从而节省时间。

·GNSS设备可以降低机械磨损、减少错误、使机械利用的利润最大化，并节省燃料消耗，从而节省投入和资金。

·GNSS设备可以提高设计和建造之间的数据交换，并且可以提供可重复和一致的数据记录，从而提高建造的质量。

3.用户需求的发展将促进市场成长

在土地和海洋测绘中，以GNSS为基础的仪器满足施工者、测量员、工程师、科学家等大范围专业用户的许多需求。

·精度：根据应用和区域的不同，精度需求从厘米级（例如，建筑的控制测绘）到米级（绘图）不等。

·实用性：为提高采矿活动、城市峡谷地区地籍和建筑测绘事业中GNSS设备的实用性，需要多星座接收机。

·首次定位时间（TTFF）和时间收敛（TTC）：高生产力的需求要求快速TTFF和TTC。

·价格：成熟市场中的终端用户依赖于贵的但同时高度精致的设备，精度通常为厘米级别。而大型新兴市场中的终端用户则相比于高精度，更倾向于花费更便宜的设备。

用户需求的改变促进亚洲商家进入到新兴产业当中产生规模经济并累计专门知识。未来，已建立的北美/欧洲公司和亚洲制造商之间的竞争将更加激烈。这些竞争将同时发生在成熟市场中，而不仅是新兴市场中，并可能重塑整个测绘行业。

4.UAV市场正在快速增长

无人机（UAV）的民用应用为采用空基活动提供了新的机会：

·无人机可用于快速、经济和高度自动化的获得小型或中型尺寸区域的地测数据；

·摄影和地形数据都可以通过无人机得到；

·在无人进入的情况下可以通过无人机测绘危险或难以接近的区域。

三、产业

依靠价值链环节的主要角色的列表。

1.测绘应用价值链

测绘应用价值链中的主要参与者如图1所示。

图1 测绘应用价值链

2.欧盟GNSS产品在全球市场中的份额

GNSS测绘方面的龙头企业是多国的，并且服务于一个远超它们原先领域的非常多样化的市场。到目前为止，来自成熟市场的公司仍然主宰者接收机制造商市场。Trimble仍是该行业的领头者，其后是Hexagon和Topcon公司。系统集成商方面，市场按照应用由不同的厂商构成（建筑机械的制造商，测量设备的制造商，海洋应用方面的专家等）。北美、亚洲和欧洲的市场地区产业份额分别为50%、25%和25%。

在组件、接收机和系统集成商方面，欧洲公司占市场份额的1/4。组件和接收机方面，领头的欧洲公司为Hexagon（包括徕卡测量系统）和Laird。在系统集成商方面，欧洲公司占有市场的27%，其中前三名的欧洲公司分别为Hexagon、Kongsberg和J.C.B。

四、最新进展

房地产相关活动受到GNSS设备的出货量刺激而增长。按照区域划分的GNSS测绘设备安装量如图2所示。按照应用类别划分的GNSS测绘设备出货量如图3所示。

由图2可见，过去的8年间全球GNSS测绘设备的安装量翻了3倍以上，从2006年的14万台增长到2013年的42.6万台。

尤其是亚太区域经历了一个巨大的增长，这样的增长正日益增多的重塑着市场的地区性分类。在2006年，北美占据GNSS测绘设备应用的44%，而2013年该比重降低至30%。相比之下，同样的时期亚太占据GNSS测绘设备应用的比重由11%增长至30%。换句话说，GNSS测绘设备正以更快的步伐在西方以外的区域扩展应用。在这些区域，一个典型的特点是GNSS测绘设备不必与遗留系统进行竞争。

由图3可见，GNSS测绘设备出货量的增长主要依靠地籍测量、绘图和建筑（机械控制）的支持。这三个应用占2013年安装量的87%。地籍测量需求的部分原因是新兴国家人口和收入的增长，以及成熟市场中公平税负原则的应用。

建筑活动在推动发展方面也起到了重要的作用，主要原因是新兴市场建筑的繁荣以及成熟市场中危机后的复苏。在2013年，东南亚的建筑产业增长了7.5%，相比之下美国增长了4.5%，日本增长了4%，欧洲则减小了2.5%。

图2 GNSS测绘设备安装量（按区域划分）

图3 GNSS测绘设备出货量（按应用划分）

五、未来市场趋势

亚太和北美区域的施工活动将促进GNSS的发展。按照区域划分的GNSS测绘设备出货量预测如图4所示。按照应用类别划分的GNSS测绘设备出货量预测如图5所示。按照区域划分的GNSS测绘设备安装量预测如图6所示。按照应用类别划分的GNSS测绘设备安装量预测如图7所示。

图4 GNSS测绘设备出货量预测（按区域划分）

图5 GNSS测绘设备出货量预测（按应用划分）

图6 GNSS测绘设备安装量预测（按区域划分）

图7 GNSS测绘设备安装量预测（按应用划分）

如图4所示，亚太区域建筑业的持续发展将驱动GNSS测绘设备出货量的增长，2013年到2023年期间预期的增长为世界范围内每年平均11%。尽管到2023年亚太将占总出货量的50%，但北美和欧洲预期仍将占有市场重要的份额（大约分别为20%和14%）。

由于不断加剧的竞争和技术的进步，预期设备的平均价格将会下降。从2020年起，价格侵蚀和出货量的增长将起到互补作用，从而稳固总的年度收入（见图8）。

GNSS测绘设备的增长预期将主要由地籍测量和建筑活动驱动。在2023年，用于地籍应用的测绘设备预期将占每年50万台出产量的一半左右。

预计在下个10年，机械控制也将稳固的增长，并由2013年的3.5万台增长至2023年的15.5万台。该活动被认为是具有很高价值的，年度收入将超过10亿欧元（见图9）。

图8 GNSS测绘设备销售及服务的主要收入预测（按区域划分）

图9 GNSS测绘设备销售及服务的主要收入预测（按应用划分）

六、用户技术

1.携带附加传感器的多GNSS和多频率接收器增强了测绘能力

测绘在所有分块市场中对于精度的要求最为苛刻，同时由于其具有高的购买力，测绘通常是技术创新的早期采用者。一旦测绘设备费用降低，其他应用将采用已经在测绘中测试过的很多特性。在测绘领域GNSS接收机中四大全球系统占比见图10。

图11表明目前提供的GNSS测绘设备的绝大多数（超过85%）使用两个以上的星座。另外，接近40%的接收机已经支持4个星座。事实表明，采用额外的卫星可以在可靠性、首次定位时间（TTFF）和实用性方面，改善服务的整体性能。

图10 测绘领域GNSS接收机中四大全球系统占比

图11 测绘领域接收机支持的星座数目

2.测绘应用中精密单点定位技术的发展

精密单点定位（PPP）研制于20世纪90年代，是依靠单一GNSS接收机提供精确定位的技术，采用的手段为利用详细的物理模型和修正，精密轨道以及时钟发生器。

在过去，相比于差分GNSS技术，例如实时动态测量（RTK），精密单点定位技术收敛时间长的特性破坏了其作为实时应用的吸引力。

近期，修正产品的实时分布的发展已经导致了数项先进的技术。这些先进技术使得歧义—解决实时解（PPPRTK）具有与RTK可匹敌的可实现精度，并且测绘应用中的收敛时间更短。

测量员可以得益于伽利略的3倍频率容量进一步减少收敛时间，从而将PPP作为一项可能备选技术提供给差分GNSS定位技术。

七、欧洲的GNSS测绘应用

1.EGNOS和伽利略满足入门级和高级应用需求

EGNOS可以在最小投入下提供亚米（sub-metre）级精度，作为划算的和入门级的设备是一个好的选择。它可以免费的提供附加值，从而满足需要增强型GPS定位的绘图应用的需求。例如，法国的光纤到户（FTTH）网络发展利用EGNOS价格—质量比的优势促使接收机完成野外数据的收集。

高端的要求高的测绘应用追求测量精度的最大化和恶劣环境的信号可用性。例如，伽利略双频率和商业服务高精度（HP）将满足地籍、建筑和矿山测量中许多应用所需求的精度级别。

一般而言，伽利略将在多个频率提供信号，并在视野范围内提供额外的卫星，从而提供增强性能。伽利略的额外优势包括商业服务认证，确保定位信息的可信度，以及更强的信号和更高的卫星。

2.欧洲EGNSS 研发计划为欧盟产业带来竞争力

（1）GALIBRA论证GNSS在快速发展市场中的价值

Brazil坐落在磁赤道上，并暴露于电磁层的扰动中。这些扰动削弱了高精度应用广泛使用的GNSS—激活技术（例如，RTK和PPP）的效力。

GALIBRA（抵制Brazil的电磁层扰动所造成的GNSS高精度应用局限性）计划发展，实施和验证算法以减缓这些破坏性的电离层扰动。

（2）MapKITE计划为走廊绘图设计双系统

走廊这类难以接近的绘图区域目前依赖昂贵的、分开的陆地和空中任务。MapKITE计划的目标为证明这些活动可以在更少的花费下实施。该计划试图通过创造一个双绘图系统实现目标。其中，双绘图系统结合一个陆地车辆（TV）和一个无人飞机（UAV）提供定向的、标刻度的和综合的图像。

结果将整合EGNOS和E5 AltBOC伽利略信号进入一个导航有效载荷中，从而改进鲁棒性和完整性。该多星座（GPS/伽利略）陆地—空中感测系统最终目标为提供划算的、高分辨率的绘图。计划还将测试概念的技术以及其商业可用性。

● 王帅 译