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浅析全球定位系统技术在中国的发展应用现状

浅析全球定位系统技术在中国的 发展应用现状
王丽

中国全球定位系统技术应用协会

全球定位系统(简称GPS)是美国研制的第二代卫星导航系统,它汇集了当代最先进的 空间技术、通讯技术及微电子技术,以其定位精度高.全天候获取信息,仪器设备轻巧、价 格比较低廉等诸多优点而被世人注目。整个系统自七十年代开始,历时20年耗资i00多亿 美元,现整个系统己正式投入商业运营。 自80年代末我国引进GPS接收机以来,在理论研究、应用技术开发、接收机制造等方 面不断取得发展。在“九五”期间,以GPS技术应用为代表的民用卫星导航、定位技术日趋 成熟,已在各行业得到广泛应用,极大地提高了传统生产作业的效率与精度,解放了强度高 的体力劳动。我国自主的导航定位系统整体方案已付诸实施,与国际先进系统相近的自主系 统在理论、整体方案设计、关键技术上也有了长足的发展。 俄罗斯的GLONASS系统的运行和欧洲伽俐略计划的开展实施,己引起我国有关主管部门 与应用部门的关注,并开始筹划建设广域增强系统,跟踪研究双模式星座应用中的参考框架、 不同类型的数据处理分析及兼容机的研制等问题。 一、国外卫星导航定位系统发展状况

以美国GPS技术和俄罗斯的GLONASS为代表的卫星导航定位系统在世界范围内得到了广
泛的认可与应用。尤其是美国为保持这一领域的垄断地位,一方面取消限制政策,一方面改 进GPS系统性能(即GPS技术现代化:增加卫星数目,改变星座方案,增辟第二民用频率等). 鼓励私营公司投资GPS事业,鼓励GPS导航定位系统成为国际标准。这一政策大大鼓舞了美 国及世界各大公司发展GPS产业的信心.并推进了GPS应用和产业发展(据美国GPS产业协 会推测,2000年仅美国GPS产业销售额由1995年的12.6亿美元猛增到近85亿美元)。除 俄罗斯外欧盟等国也在相继发展各自的全球定位系统(筹划多年的欧洲伽俐略全球导航定位 卫星计划终于在2001年4月5日举行的欧盟交通部长会上获得一致批准,标志着伽俐略计 划的启动),自主开发定位系统产品,以便占有导航定位市场,掌握控制权。因此,卫星导 航定位产业和竞争都将进入新的阶段。根据专家们预测其今后发展趋势有如下特点:
1、

卫星系统的更新与多个卫星定位系统菇存将明显改善卫星导航定位的精度和可靠 性,广泛性更为明显。

2、

双频高精度测地型接收机将继续高度垄断在几个技术领先的GPS厂家手中,在一
定时期内美国继续保持其绝对优势 单频测地型接收机和导航接收机OEM板产业将扩散到世界各地生产,虽是低档次 的GPS产品,但用途广、用户多、市场大。美国把GPS单频OEM板的生产技术也 转让出口,因而推动了世界各地企业投资GPS—OEM的生产事业。
35

3、

4、

陆地导航定位产品将成为发展最快的GPS产业。

二、我国卫星导航定位系统发展状况 我国在卫星导航定位应用方面主要是以美国的GPS技术为代表。随着GPS技术的深入发 展,历经十多年我国在应用与理论方面都得到了很大的发展。引进的GPS接收机主要应用于 测绘、资源勘探等静态定位,成倍地提高了作业效率,为国家节约了大量经费,并在过去人 迹罕至的高原、沙漠、海洋也获得了大量的定位成果,在国家制图、城乡建设开发、资源勘 察等方面有了技术保障。 尤其是2000年5月美国总统宣布取消“sA”政策后,在广大的普通用户中受益最大, 可靠性和精度都得到了提高。 近几年来我国在应用GPS技术上所取得了一定的成绩:
1.

国家测绘局己完成了国家高精度GPS空间定位A、B级网,总参测绘局完成了全国 一、二级GPS网,形成了我国具有厘米级精度的三维地心框架基础及我国大板块间 的速度场模型;建立了我国GPS永久性跟踪站及数据处理中心,自1997年起就可 发布我国GPS精密星历。

2.

中国地震局、总参测绘局和国家测绘局共同完成了高精度地壳运动监测网的建设, 为监测板块运动和区域地壳形变奠定了基础。

3.

交通部门为船舶导航技术更新,在我国沿海建立lO个差分台站,实现了近海精密
GPS导航。

4.

科研院所、大专院校等成功地开展GPS动态监测系统在大坝、桥梁、高层建筑变形 监测的应用;在全国完成了分布式广域差分科学实验,并建立了多种服务模式的GPS 差分示范站,其中解决了包括通讯链路接口、数据处理软件、服务信息库管理等多 种技术难点,为差分GPS技术应用推广做了有益有效的前期工作。

5.

众多国内外厂商介入国内市场,推出了车载GPS自主导航系统、GPS车辆监控与调 度管理系统、便携式地理数据采集设备、国产GPS—RTK测量系统、星基差分定位系 统、广域差分终端等.扩大了GPS技术应用。

6.

城市规划、设计部门将GPS技术广泛应用于城市建设测量、工程测量、交通设计与 施工测量等。石油、地质部门利用GPS技术进行石油地质勘探以及地质灾害监测, 取得了良好的社会和经济效益。

7.

为了缓解日渐拥挤的城市交通,利用GPS与通讯相结合用于车辆指挥调度,大大改 善交通拥堵及交通事故的及时处理。如.北京、上海的交通管理部门均建立了GPS 车辆指挥调度中心。此外,如警用车、急救车、运钞车、长途货运车等特种车辆都 在尝试利用GPS进行监控指挥调度,这是对GPS技术的深层次开发应用的前奏。

由于GPS的全球性、全天候、高精度、实时等性能,在军事和民用的各个领域不断扩大 和深入.我们已经逐步从引进、消化吸收阶段进入了现在的发展起步阶段。但是在实际中. 还存在着很多问题.制约着我国GPS产业化的发展。 三、存在的问题 1.我国缺少系统的整体的空间对地观测发展计划,特别是在空间技术实力薄弱的条件 下,应用方面统筹协调不足,基础研究薄弱,同时也缺少一个有权威的国家协调机

构。

2,在集成电路工艺方面高额芯片技术未过关,利用进口oEM板生产导航机或单频接收 机.工业质量控制体系未形成,没有工业标准。 3.GPS核心软件商品化程度不高,往往把复杂的系统工程简单化,将实验室样品操之 过急地当工业化产品推向市场,反而拖累了尚未形成的市场。 4.在GPS行业中存在低水平重复引进、底水平生产等无序竞争现象,亟待国家政策引 导,相关部门认真管理,规范化与标准化。 5.通信链路的速率也制约着GPS技术的应用,成为重要的瓶颈问题,急需有关部门进 行专项研究。 6.GPS技术应用是全球性的,而目前我国的资料保密制度与这种开放性的现实相悖, 在很大程度上不利于我国应用GPS技术的发展。 基于我国目前的政治环境、经济条件和市场的需求,中国应发展GPS产业及系统地建立 国家级GPS多功能综合服务体系,力求达到我国广大用户能够长期、安全、经济、有效地利 用GPS资源,这是当前我们根本的任务。 四、我国RPS产业化和应用服务体系的建立 随着高新技术的不断发展,各行业技术的相互交叉以及发展领域的相互渗透,卫星技术 应用走向产业化已是太势所趋,成为不可阻挡的事实。我国GPS产业化的目标是:充分发挥 高新技术创新主体的主导作用,以市场牵动方式为主,开发面向广大GPS用户终端的成本低、 适用性强的系列产品,逐步提高市场占有率,实现规模经营。开发自主版权的模块化构架产 品,研制自主的多功能、标准化系统软件,发展自主车辆导航、监控调度等集成系统产品, 规范国内市场结构、运转机制和竞争环境,形成健康、有序的市场体系。 I.软、硬件系统产业化


芯片、核心板产业

摆脱基础产品完全依靠外国的被动局面,用技术引进的办法

在短期内突破芯片设计制造的技术难题,生产出具有自主知识产权的芯片,为卫星 导航定位系统用户机的产业化发展奠定基础,井在此基础上同步进行二次开发,形 成板级、整机级、系统级的系列化产品,真正成为信息电子产业重要的新经济增长
点。


用户终端

不同类型的GPS用户对GPS信号的需求存在不同.根据用户的需求,

开发系列化的不同用户产品(终端)如:车载GPS导航仪;移动差分GPS用户接收

机;aes/aIs信息集成系统;农业用GPs自控导航仪;GPS气象传感仪、组合手表
等消费类产品;GPS/GLONASS组合产品等


数据传输硬件设备

数据传输建设对于GPS接收机开发、基础设施建设和用户沟

通尤为重要。目前车辆载控数据传输的无线通讯手段主要有:专用网、公众网、集 群网及卫星通信等,基于不同数传手段,合理开发和研制不同的传输硬件设备,保 证不同的设备具有较好的兼容性、移植性、升级能力等。随着第三代移动通讯技术 和宽带技术的发展,根据数字通信的标准和特点,制定新的接收机标准,开发第三 代GPS接收机。


软件系统

在开发硬件系统产业的同时,必须开发面向一系列用户的应用软件,

为开拓硬件系统市场,提供有效的服务。另外,还要面向国际,服务于国内通过协 会形式,组织制定软件标准(中国全球定位系统技术应用协会正在组织制定“中国 GPS车辆导航系统电子地图规范”的国家标准,预计2002年中完成)如:车载导航 用导航数据库标准;数据采集、数据更新标准,配合全球通讯服务和计算机网络服 务.开发大众消费类数字化家用服务软件。 2,应用服务体系 应用服务体系必须定位于信息服务第三产业的位置上,从服务基础设施建设入手,避免 低水平重复引进,因此应象建立通讯网络和电力网络、高速公路网络等基础设旋一样,建立 以导航定位、定时、防灾减灾、环境保护为服务对象的国家GPS导航定位信息应用服务体系。 五、国家有关部门应在发展我国卫星导航系统中给予政策支持 民用卫星导航定位是我国开展卫星应用的一个重要方面,在军事、经济和科研领域将 发挥越来越大的作用。鉴于目前国际发展趋势国内应用现状,国家相关部门应加大资金的投 入并在政策与措施上加大指导力度。
I.

国家应加大民用卫星导航定位基础设施的投入。以实时和事后GPS导航定位为目的 的基础设施建设,是国家重要的战略设施和战略资源,涉及国防安全、社会稳定、 经济可持续发展,因此国家应该占据主导地位。 成立统一协调和指导的行业管理机构,建立国家统一的技术标准、数据交换标准和 共享原则。对目前国内各部门、各行业存在应用标准各异、种类繁多、难以协调的 现象,统一加以规范和指导,走高水平、有序化发展的道路。

2.

3.

保密政策在保证国家安全的同时,也要适应新时代发展的需要,探讨和制定科学、 合理、有效的保密法规,是当前推进我国卫星导航定位技术的重要环节,有关部门 应尽快协商、制定合适的保密政策。

4.

应站在国家的层次上,在政策、技术、资金上指导推动我国卫星导航定位产业的发

展,在相关技术的集成利用方面,逐步形成我国自主的软硬件和应用系统的研究和
开发体系。 六、发挥行业协会的作用,推动我国卫星导航系统的发展 中国全球定位系统技术应用协会作为行业协会,在协会成立的六年中.做了大量推动我 国卫星导航定位技术应用的工作。协会的宗旨是:提高我国全球定位系统技术应用水平和管 理水平,促进全球定位技术的发展。在政府主管部门和应用单位之间发挥桥梁和纽带作用, 反映应用单位的愿望和要求,传达贯彻政府有关方针、政策和法令,为国民经济建设和社会 发展服务。为推动车载导航系统在我国的广泛开展,协会针对国内所存在的问题,做了专项 研究,在已经完成的《建立我国车辆定位导航电子地图服务体系的政策研究》(以下简称。政 策研究”)中,主要从以下几点进行了分析研究;
1.

分析了车载导航系统对电子地图的需求及主要技术要求。 分析了我国汽车市场对车载导航电子地图的总体需求。 分析了日本及欧美同类系统的设计思想、生产制作、市场媒体、汽车用户之间的运 作机制及存在的问题,提出了适合我国国情的服务体系。 分析研究了妨碍电子地图在我国车辆导航系统中广泛应用所存在的问题,并提出了

2. 3.

4.

解决办法。也分析了我国车导电子地图实用标准拟定的重要性和迫切性。
5.

分析确定了包括全国城市(大、中、小)和城市间车导电子地图所需基础地图比例 尺及地理信息(等级公路、城市街道、主要地名及水系等)和专题信息(如加油站、 高速公路出入口、城市道路的各种限制等)。提出了切实可行的车导电子地图的信
息更新方式。

6.

提出了车导电子地图的版权内涵和认定{明确了车导电子地图公开展示及出版前的 审查机制以及对制作车导电子地图的有关企、事业单位的测绘资制的认定;对车导 电子地图与一般地图在保密方面的区别进行了充分的论述。

对建立车辆导航电子地图服务体系中的四个主要问题.经反复调研、论证。提出了具有 重要意义的观点和意见:
l'

在服务体系数据库中,数据量占得最多的是道路交通信息和社会共用信息。而基础 地理信息在庞大的数据库中主要是作为空间数据的基础框架,作为显示背景应用。

2.

地图、电子地图、车导电子地图均应享有著作权,其适用的法律法规为《著作权法》、 《著作权法实施条例》和《计算机软件保护条例》。 车导电子地图制作单位应取得相应的测绘资格,出版单位应具备出版相应地图和电 子出版物的资格。车导电子地图公开展示及出版前应在有关部门进行审查。

3.

4.

电子地图产品与传统模拟纸质地图产品在保密对象、保密单元和保密结构等方面存 在很大区别。而车导电子地图内容中对基础地理信息的表示更为简要,可以认为电 子地图内容无需保密。

我国是GPS技术应用的大国,在车辆跟踪应用系统方面独具特色,在应用的网络规模

上居国际领先地位,然而在车辆导航应用系统上却落后于国际发达国家,可以说尚处在启动
阶段。但客观需要,尤其是我国几大汽车集团表现得十分明显与迫切,目前电子地图在GPS 车辆导航业发展中已成为主要的瓶颈问题。“政策研究”针对车导电子地图中所存在的问题, 一一进行了分析并做了符合我国国情的答案。若以“政策研究”中所提,以测绘、交通、信 息产业等部门发起成立一家中央级的国有控股的专业车辆导航电子地图集团公司。用企业的 市场运作方式盘活我国现有的相当丰富的各类信息资源。通过有偿使用-规模化经营,必将 带动我国车辆导航产业的发展。我国民用汽车保有量为1453万辆,多年增长幅度保持在两 位数字。据统计,其中30%的轿车和5%的特种车辆是车辆导航市场的切入点。必将成为我国 新经济增长点。 全力发展我国车辆导航产业.必须要有国家相关政策支持,各有关部门应站在国家利益 的高度.统筹协调,服从太局,组织必要的人、财、物,努力实践,用战略眼光远瞻前景, 可看出: 1.现在是剖建龙头企业导引并入车辆导航市场的最好时机 2.以车辆导航电子地图的产品和服务切入GPS技术应用市场是良策 信息服务业是二十一世纪最具潜力的产业,而我们所做的工作将成为新世纪公众信息服

务系统中的重要组成部分.一个朝阳产业将孕育而生。

浅析全球定位系统技术在中国的发展应用现状
作者: 作者单位: 王丽 中国全球定位系统技术应用协会

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