浅析定位技术应用领域

■ 董文昭



浅析定位技术应用领域

■ 董文昭

因为全球卫星定位系统具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，所以赢得了广大测绘工作者的信赖，并成功地应用在大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程建设、市政规划、海洋开发、资源勘察、地球动力学等多方面。目前，定位技术已经渗透到国民经济建设、国防建设、科学研究和人民生活等方方面面。

定位技术小解

定位技术可分为精密单点定位技术PPP （Precise Point Positioning）和网络RTK技术-VRS （Virtual Reference Station）两种。所谓精密单点定位技术就是利用预报或事后精密星历（如IGS预报精密星历或IGS事后精密星历），同时利用某种方式得到的精密卫星钟差替代用户GPS单点定位方程中的卫星钟差参数，用户利用单台双频GPS接收机的非差相位和伪距观测值在数千万平方公里甚至全球范围内的任意位置进行分米级实时动态定位或事后厘米级快速静态定位。而网络RTK技术-VRS（Virtual Reference Station）则是在一定区域内建立多个（一般为三个或三个以上）基准站，对该地区构成网状覆盖，并以这些基准站中的一个或多个为基准，计算和发播改正信息，对该地区内的卫星定位用户进行实时改正的定位方式，又称为多基准站RTK。与常规（即单基准站）RTK相比；这种方法有着覆盖面广，定位精度高，可靠性高，可实时提供厘米级定位方面的优势。值得注意的是，网络RTK系统的结构包括3个部分，即控制中心，固定站和用户部分。

十大应用领域

（一）大型测绘领域

我国先后在1992年、1996年建立了由28个点组成的国家A级卫星定位控制网和由730个点组成的国家B级卫星定位控制网，整合和统一平差后形成了2000个国家卫星定位大地控制网，并在2004年完成与天文大地网的平差，以此奠定了我国现代测绘的基本框架。

近年来，可以说GPS定位技术已完全取代了用测角、测距手段建立大地控制网的常规大地测量方法。我们一般将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫做GPS网。与此同时，建成了连续运行的卫星定位观测站30多个，其中有7个还被纳入了国际IGS（地理信息系统）网站，国家A级和B级GPS大地控制网的建成，标志着我国具有分米级绝对精度的三维大地控制坐标系统已基本建立，它将成为我国空间技术和空间基础数据、动态实时定位等技术提供一个精确可靠的参考系。此外，中国国家A级和B级GPS大地控制网中大部分点位，均用水准进行了联测，以确定它们的正常高。同时不少网点也和原有的用经典方法测定的大地点和沿海的验潮站等进行了联测。所有这些将为我国地壳运动监测、中国局部大地水准面的求定、新老大地网的拼接和转换、以及全球变化中海平面上升的监测提供基础数据，为中国经济和社会持续发展贡献力量。

（二）变形监测领域

在三峡工程等大坝变形检测中，卫星导航定位监测精度达到了毫米级。在滑坡检测时，卫星导航定位测量比常规的外观测量在精度、监测速度、时效性、效益等方面都有明显的优势，滑坡变形监测方法很多，但大致上可以分为两种类型。其一是采用特殊变形观测专用仪器，如应变仪，倾斜仪，流体静力水准仪等，直接测定斜坡的地应力变化、斜坡倾斜以及垂直位移；其二则是采用精密大地测量方法测定坡体的水平与垂直位移。应用GPS定位技术检测滑坡变形，属于精密大地测量方法，与常规大地测量方法相比，GPS定位技术用于监测滑坡体水平和垂直位移不仅可以达到和常规大地测量不相上下的精度，还有利于直接分析滑坡体的位移情况，更准确地分析滑坡体的空间唯一规律，节省更多的人力物力，又可保证观测精度的可靠性。

（三）路线勘测领域

线路勘测是铁路、交通、输电、通信等工程建设中重要的工作。以往大多采用传统的控制测量、工程测量方法进行控制网建立和施测，由于这类测量控制网大多以狭长形式布设，并且周围已知控制点很少，使得传统测量方法在网形布设、误差控制等多方面带来很大问题。而且传统方法作业时间也比较长，直接影响了工程建设的正常进展。目前，GPS技术已广泛应用于线路控制测量和路线放样，与常规测量技术相比较，有着速度快、精度高、不必要求点间通视的独特优势。在线路初测时一般应采用静态GPS定位技术建立首级控制已建立，以建立RTK作业的基准站网络，然后再进行道路定测。如今的RTK技术产品一般都具有坐标放样、直线及圆曲线测设等功能，故而能够进行定线工作。首先应在室内根据设计数据计算出各待定点的坐标，包括整桩、曲线主点、桥位等加桩，然后将这些数据送到手持机中，有了坐标以后在实测前还要作坐标转换参观的计算，以便把GPS测量结果转换到工程采用的坐标系统。有了转换参数就可以在野外进行测设工作了。

（四）资源探测领域

在地质调查和找矿工作中，导航定位技术的应用提高了野外地质调查和找矿工作的定位精度和自动化程度。它与GIS、RS（遥感）以及计算机等高新技术相结合，为基础地质研究、地质找矿提供了地球化学依据。差分卫星导航定位技术已被用于海洋物探定位和海洋石油钻井平台定位，为发现海底储油构造和实施监测平台的安全可靠性发挥关键的作用。在土地资源调查中，有关部门成功研制了基于GPS-PDA的被称为“调查之星”的土地资源信息采集与处理技术系统，使得土地资源调查工作实现了巨大的进步。

（五）交通运输领域

卫星导航定位等相关集成技术已能够营建智能交通系统和监控系统并得到广泛应用。卫星导航定位技术已普遍应用于公安、银行、医疗、消防等部门的紧急救援或报警，部分用于汽车、船舶的导航、监控，广泛应用于物流配送中心，并在车载导航方面取得重大发展。在不同的航路段以及不同的应用场合，对导航系统的精度、完备性、可用性、服务连续性的要求不尽相同，但都要求保证飞机飞行安全和有效利用空域。当前我国自己制造的远洋船舶不断增加，世界各国的船舶也大量驶入，因此，这些船舶进出港口的导航安全就特别重要，尤其是在航道狭窄和能见度很低的气象条件下，更加显著。基于此，在如今的港口建设中，建立查分GPS导航和引航系统也是十分必要的。

（六）通信网络及摄影测量与遥感技术领域

如今移动通信、电脑、卫星导航技术结合的各类移动信息终端正日益普及，为位置信息相关服务（LBS）方面的应用提供了巨大的发展平台。其中的应用产品把导航从车载向个人终端迈进。摄影测量与遥感中的定位问题，通常可采取两种不同的途径实现。一种是通过各种直接测量的方法求定摄影机和传感器的空间位置和姿态，并由此测量出相片上任意一点的坐标；另一种是借助若干已知空间坐标的地面控制点在相片上的影像，先求出相片的外方位元素，进而确定相片上任意目标的空间位置。GPS快速、高精度、易操作等优点，使其在摄影测量与遥感领域中有广泛的应用前景。就目前看来，GPS在摄影测量与遥感领域中主要用于测定航片和卫片上的地面控制点、航摄飞机的实时导航、进行由GPS辅助的空中三角测量、直接测定摄影机和传感器的空间位置和动态方面。

（七）管线检测维护领域

当前管线检测应用的软件比较著名的有Hypack Max 6.2。Hypack是美国Hypack Inc公司出品的测量疏浚软件，是目前世界上应用最广泛的专业测量疏浚软件。硬件是NR103、THALES 3011及MX575差分GPS，NR103 DGPS 或NR108 DGPS系统是由法国SERCEL公司生产，在差分状态下定位精度优于2米，THALES 3011及MX575 DGPS系统是由美国泰雷兹公司生产，在差分状态下定位精度优于2米。以上差分GPS系统的差分信号是接收来自南汇导航台或信标站（如大矶山）提供的信号。

（八）城市综合服务领域

如今北京、上海、深圳、成都、昆明、天津等城市的卫星定位服务系统和香港特别行政区卫星定位参考网已先后建成，可分别满足城市规划、城市建设、城市管理、灾害监测、科学研究等多方面的需求。电力、有线电视、城市地下管道已采用卫星导航技术布设线路。

随着GPS技术的出现和成熟，GPS技术在土地资源调查中也获得了广泛的应用。例如目前根据土地资源调查的目的与精度要求，经常将RTK测量技术应用于土地资源调查。此时只要在基准站上安置一台GPS接收机，流动站仅需一人背着仪器在待测的碎步点上停留1-2s并同时输入特征编码，通过电子手簿，PDA或便携机记录，在点位精度合乎要求的情况下，就能将某一个区域内的地形地物点位通过专业绘图软件绘制成地图形。在土地资源调查精度要求不太高时，也能采用手持GPS接收机直接进行。

（九）汽车导航领域

后装车载导航设备是车主购车后自行安装的第三方设备，外形与前装设备类似。预计未来2-3年内，后装导航增速将趋于平稳，预计年复合增速10-14％左右。此外，后装设备所提供的功能通过智能手机基本都可以实现，因此与PND一样面临着智能手机的激烈竞争。据统计2014 年中国市场乘用车销量约为1993万辆，其中带前装导航设备比例约为15％-20％，剔除部分智能手机导航用户外，后装还有约40％-50％的需求空间，总计大约870万台。对比发达国家的导航设备装备率可知，今后几年导航设备的成长空间巨大，将为北斗车载导航产业提供广阔的市场空间。车载监控设备是通过导航定位系统终端获取车辆的位臵、速度、车内状态等信息，然后通过移动通信技术与互联网技术的结合，把车辆的位置、状态等数据反馈给相应的管理终端，从而协助车辆管理人员、车辆运营企业或公安等国家相关部门及时掌握车辆、驾驶员或货物的实时状态。通过这套设备，可以有效地对车载监控设备所提供的车辆信息进行运营管理，提高行车安全系数，规范车辆出行等。

（十）监测和控制地面沉降领域

在监测和控制地面沉降方面卫星导航定位技术也得到了广泛应用，以中国第一大城市上海为例，上海市由于在世界上率先建立了包括卫星定位系统在内的健全的地面沉降监测网络，监测和控制地面沉降工作取得了举世瞩目的成就。上海GPS地面沉降监测网分多级布设，GPS固定站由白鹤、外高桥、地质大厦与崇明岛等四点组成，基准网由34个网点组成，平均边长24KM，作为监测上海市地面沉降的基本框架。监测网附和在基准网上，布点密度根据对外环线内、外的不同分辨率要求，适当进行加密。网中国家GPS A级网点SHAO、小闸基岩标、白鹤与外高桥，可构成监测网的参考基准。

结束语

我国卫星导航定位服务产业已步入发展的黄金时期。资料显示，早在2014年我国卫星导航定位服务产业的总体产值就超过了2100亿人民币。如今，卫星导航定位技术和应用已广泛渗透到经济发展和人民生活的各个领域，产业规模快速壮大，已经逐渐成长为战略新兴产业。正所谓好事成双，我国自主北斗系统的建立，更是为中国卫星导航定位服务产业提供了重要的发展机遇。