“全球精度”Hi-RTP服務(wù)保障“一帶一路”國(guó)家和地區(qū)

文 | 史小雨 鮑志雄

廣州市中海達(dá)測(cè)繪儀器有限公司

一、引言

如今國(guó)家“一帶一路”倡議不斷推進(jìn)，交通等基礎(chǔ)設(shè)施不斷落地，基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通最重要的是時(shí)空基準(zhǔn)的互聯(lián)互通。如何為“一帶一路”沿線國(guó)家提供厘米級(jí)快速的時(shí)空基準(zhǔn)服務(wù)是我們需要思考的問(wèn)題。根據(jù)聯(lián)合國(guó)主導(dǎo)的“全球地理信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀調(diào)查”結(jié)果，雖然目前大多數(shù)國(guó)家有自己的基礎(chǔ)地形圖或基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)，但數(shù)據(jù)整體零亂，發(fā)展不均衡，且彼此隔離，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息集成共享與互訪。有少數(shù)國(guó)家正在嘗試建設(shè)網(wǎng)絡(luò)地理信息服務(wù)平臺(tái)，但均為范圍小、數(shù)據(jù)少，無(wú)法支撐本國(guó)范圍的應(yīng)用，更無(wú)法支撐“一帶一路”的合作發(fā)展需求。因此，建立一套可以助力“一帶一路”建設(shè)的高精度位置服務(wù)平臺(tái)就顯得尤為重要。

二、全球高精度定位服務(wù)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

目前，基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的高精度增強(qiáng)定位系統(tǒng)主要有兩類：一種是地基增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS），利用多基站網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱CORS系統(tǒng)；另一種是基于衛(wèi)星作數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹V域精密定位系統(tǒng)。

1.地基增強(qiáng)系統(tǒng)

CORS技術(shù)發(fā)展已較為成熟，精度穩(wěn)定可靠，在傳統(tǒng)測(cè)繪工程、定位導(dǎo)航、位置信息采集等領(lǐng)域中既提升了便捷性，同時(shí)也提高了工作效率。隨著GPS技術(shù)的飛速進(jìn)步和應(yīng)用普及，CORS系統(tǒng)在城市管理中所發(fā)揮的作用已越來(lái)越重要，成為城市GPS應(yīng)用的發(fā)展熱點(diǎn)之一。

從技術(shù)上講，CORS系統(tǒng)是衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)等高新科技多方位、深度結(jié)晶的產(chǎn)物，系統(tǒng)由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)五個(gè)部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心之間通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連成一體，形成特定區(qū)域內(nèi)的專屬網(wǎng)絡(luò)。

然而，放眼全球，以虛擬參考站（VRS）技術(shù)為代表的地基系統(tǒng)仍存在很多技術(shù)缺陷，比如：

1）由于地基增強(qiáng)系統(tǒng)是區(qū)域性的，參考站的建設(shè)數(shù)量和輻射范圍因人因事而定；

2）坐標(biāo)系統(tǒng)也是碎片式的，各區(qū)域之間沒(méi)有統(tǒng)一的參考框架；

3）在服務(wù)范圍上也是區(qū)域性的，只能在有效的局部的區(qū)域作業(yè)；

4）使用CORS服務(wù)是通過(guò)地面無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)式請(qǐng)求，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性和信號(hào)覆蓋盲區(qū)是影響CORS服務(wù)質(zhì)量的主要因素；

5）同時(shí)，參考站與數(shù)據(jù)控制中心之間的通信不穩(wěn)定性和過(guò)于高昂的建設(shè)費(fèi)用也是建設(shè)地基增強(qiáng)系統(tǒng)的痛點(diǎn)之一。

2.星基廣域精密定位系統(tǒng)

不同于CORS系統(tǒng)，星基廣域精密定位系統(tǒng)是在星基增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS） 基礎(chǔ)上，基于精密單點(diǎn)定位技術(shù)（PPP）發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)。基本原理是利用國(guó)際全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)組織（IGS）等組織發(fā)布或自行解算得到的精密衛(wèi)星軌道與精密衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品，綜合考慮各項(xiàng)誤差模型的精確改正，對(duì)單臺(tái)GNSS接收機(jī)采集的相位和偽距觀測(cè)值進(jìn)行非差定位解算，最終獲得高精度的國(guó)際地球參考框架（ITRF）坐標(biāo)[1-2]。

PPP定位離不開高精度的衛(wèi)星軌道和鐘差產(chǎn)品，所以，廣域精密定位系統(tǒng)需要在全球范圍均勻布設(shè)一定數(shù)量的地面跟蹤站，利用這些跟蹤站對(duì)GNSS衛(wèi)星的觀測(cè)值（載波、偽距等）實(shí)時(shí)估計(jì)出精密衛(wèi)星軌道和鐘差產(chǎn)品，再利用估計(jì)的軌道和鐘差產(chǎn)品，進(jìn)一步對(duì)相位小數(shù)偏差、電離層、對(duì)流層等誤差進(jìn)行分類提取。最終，這些實(shí)時(shí)改正數(shù)可通過(guò)L頻段衛(wèi)星或者Internet網(wǎng)絡(luò)的方式播發(fā)給全球用戶，用戶利用這些改正數(shù)對(duì)自身的觀測(cè)信息進(jìn)行精確修正后即可實(shí)現(xiàn)高精度定位[3-4]。

與地基增強(qiáng)系統(tǒng)相比，廣域精密定位系統(tǒng)只需在全球均勻布設(shè)60～80個(gè)參考站即可滿足衛(wèi)星軌道和鐘差估計(jì)的要求，建站成本較低；其次，由于對(duì)各類誤差的處理是單獨(dú)進(jìn)行提取和精確表達(dá)的，這些改正數(shù)對(duì)于所有用戶來(lái)說(shuō)都是無(wú)差異的，可以通過(guò)廣播播發(fā)的方式支持海量用戶接入；同時(shí)結(jié)合衛(wèi)星和Internet兩種通信技術(shù)，用戶可以獲取穩(wěn)定可靠的定位結(jié)果。換句話說(shuō)，隨著高精度定位技術(shù)的發(fā)展，廣域精密位置服務(wù)從地基增強(qiáng)時(shí)代走向星基增強(qiáng)時(shí)代已成必然趨勢(shì)。

目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有多家企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)投入到星基增強(qiáng)系統(tǒng)的研發(fā)當(dāng)中，有的已開始對(duì)外提供定位服務(wù)。這些系統(tǒng)的建成運(yùn)行，已在農(nóng)機(jī)導(dǎo)航、海洋測(cè)量、石油勘探等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。從當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，基于PPP技術(shù)的星基增強(qiáng)定位服務(wù)有可能逐步取代目前的CORS服務(wù)，成為全球統(tǒng)一的GNSS高精度定位服務(wù)。隨著移動(dòng)互聯(lián)和智能化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，高精度星基增強(qiáng)定位技術(shù)未來(lái)將在自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)作業(yè)、車聯(lián)網(wǎng)、可穿戴智能產(chǎn)品、移動(dòng)互聯(lián)位置服務(wù)等新興領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步深度融合坐標(biāo)[5]。

“一帶一路”貫穿亞歐非大陸，覆蓋面積非常廣，利用廣域精密定位服務(wù)系統(tǒng)恰好可以克服地基增強(qiáng)系統(tǒng)的短板，為“一帶一路”的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建立提供精確的時(shí)空基準(zhǔn)。

三、“全球精度”Hi-RTP系統(tǒng)

廣州市中海達(dá)測(cè)繪儀器有限公司（簡(jiǎn)稱中海達(dá)）“全球精度”Hi-RTP系統(tǒng)是一套可覆蓋全球的實(shí)時(shí)廣域精密定位服務(wù)系統(tǒng)，通過(guò)建設(shè)全球區(qū)域北斗/GNSS高精度位置服務(wù)基礎(chǔ)網(wǎng)，突破北斗/GNSS星地一體化融合實(shí)時(shí)精密定位的增強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)，搭建以北斗為主、兼容其他GNSS系統(tǒng)的全球與區(qū)域精密定位服務(wù)平臺(tái)，提供基于網(wǎng)絡(luò)和通信衛(wèi)星播發(fā)的實(shí)時(shí)精密定位產(chǎn)品和覆蓋米級(jí)到厘米級(jí)精度的多種定位服務(wù)，同時(shí)研制基于增強(qiáng)產(chǎn)品、融合PPP/RTK的高精度智能定位終端。

服務(wù)于我國(guó)和“一帶一路”沿線國(guó)家和地區(qū)，“全球精度”Hi-RTP系統(tǒng)作為基于北斗的高精度應(yīng)用，重點(diǎn)支持北斗“走出去”和“一帶一路”倡議，通過(guò)“北斗+”提升北斗和國(guó)產(chǎn)企業(yè)在國(guó)際化高端產(chǎn)品和服務(wù)方面的競(jìng)爭(zhēng)力，有力推動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。

該系統(tǒng)利用全球100多個(gè)參考站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流在廣州和德國(guó)兩個(gè)數(shù)據(jù)分析中心實(shí)時(shí)生成精密軌道、鐘差和未校正的相位時(shí)延（UPD）產(chǎn)品，為用戶提供分米級(jí)至厘米級(jí)的定位服務(wù)。在試運(yùn)行階段，實(shí)時(shí)產(chǎn)品采用Internet網(wǎng)絡(luò)通信的方式播發(fā)給用戶。中海達(dá)自有品牌接收機(jī)可以選擇在正常RTK作業(yè)的同時(shí)接入Hi-RTP系統(tǒng)或者單獨(dú)使用Hi-RTP系統(tǒng)以獲取高精度的ITRF框架坐標(biāo)。

“全球精度”Hi-RTP系統(tǒng)已于2019年4月實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信，首先在中國(guó)及“一帶一路”國(guó)家和地區(qū)支持星基服務(wù)。除標(biāo)準(zhǔn)的全球服務(wù)之外，中海達(dá)也積極地在國(guó)內(nèi)建站，利用密集的區(qū)域參考站網(wǎng)生成大氣誤差改正產(chǎn)品，結(jié)合已有的增強(qiáng)信息實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端的快速收斂，以彌補(bǔ)PPP技術(shù)收斂速度慢的缺陷[6]。

四、發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用前景展望

“全球精度”Hi-RTP位置服務(wù)系統(tǒng)將在2019年進(jìn)行亞太區(qū)試運(yùn)行，計(jì)劃在2019-2020年實(shí)現(xiàn)全球區(qū)域星基增強(qiáng)服務(wù)。屆時(shí)，定位精度將實(shí)現(xiàn)全球范圍4cm、重點(diǎn)區(qū)域2cm，并實(shí)現(xiàn)L頻段衛(wèi)星和Internet網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)播發(fā)，全球參考站將達(dá)220個(gè)以上。

隨著“一帶一路”倡議的不斷推進(jìn)，全球性高精度定位需求不斷增加，對(duì)于GNSS行業(yè)意味著面臨新的挑戰(zhàn)，同時(shí)也給GNSS技術(shù)更深入、廣泛應(yīng)用帶來(lái)了新機(jī)遇。

“全球精度”Hi-RTP系統(tǒng)將星基增強(qiáng)系統(tǒng)與地基增強(qiáng)系統(tǒng)相結(jié)合，形成更高效的衛(wèi)星導(dǎo)航高精度定位服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，可為我國(guó)和“一帶一路”沿線國(guó)家的國(guó)土測(cè)繪、海洋勘探、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、無(wú)人機(jī)以及無(wú)人駕駛等領(lǐng)域的專業(yè)應(yīng)用以及汽車導(dǎo)航、移動(dòng)手機(jī)等大眾化應(yīng)用提供更有效的高精度位置服務(wù)基礎(chǔ)環(huán)境，在未來(lái)各領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。