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卫星导航技术在中国的应用与发展

http://www.51GPS.com 时间：2005-11-30 51GPS世界网

卫星导航技术在中国的应用与发展

　　卫星导航技术在中国的应用与研究始于80年代中期，但至少在94年以前，卫星导航定位对中国大多数人来说还是一个神秘的领域，应用主要集中于军方及测绘相关领域。90年开始，随着GPS从海湾战争后逐渐走向民用市场，特别是卫星导航系统在众多领域表现出的巨大优势与适应性，甚至超出了人们的最初想象，其中隐藏的巨大商机与诱人前景，吸引大批公司纷纷涌入这一市场，大量技术人员纷纷研究这一课题，而通信技术与计算机技术又对卫星导航技术应用推波助澜，以GPS为核心的卫星导航定位技术应用在中国经过15年左右的历程，正向更高层次、更广阔领域发展。

　　北斗星通七年专注于卫星导航定位技术的应用与推广，与中国的应用市场同步发展，对这个市场的理解有诸多切身的体会，以下就卫星导航技术在中国的应用概况和应用与发展中的几个热点问题与大家共同探讨。

卫星导航技术在中国的应用概况

　　1.1 应用领域极其广泛

　　中国卫星导航定位技术的应用，始于GPS卫星系统。虽然中国同欧洲一样在努力营建自己的卫星导航系统，2000年中国已成功发射北斗一号双星系统，成为世界上第三个拥有卫星导航系统的国家，欧洲也正在实施Galileo计划，但目前在中国，绝大多数应用仍然以GPS为核心，应用相关市场至少95%以上，这种情况在短期内不会改变。

　　目前，中国卫星导航技术应用领域十分广阔，传统测量应用及军工相关应用的比例在逐年下降，应用已渗透到许多崭新的行业。通信行业用GPS做时间同步测控；电力、有线电视、城市地下管道采用GPS布设线路；交通、运输部门用GPS等相关集成技术营建ITS系统和监控系统；公安、银行、医疗、消防等用GPS营建紧急救援或报警系统；汽车、船舶用GPS导航；GIS数据提供商用GPS采集地理信息相关数据，并提供位置信息相关服务（LBS）；广播电视行业用GPS与罗盘制造卫星电视定向接收天线；电子商务领域，GPS甚至应用于CRM客户管理和物流配送体系中；而电脑制造商、通讯设备商正在推动通讯、电脑、GPS一体化的各类移动信息终端应用。现实的应用已经使卫星导航技术从专业化领域走向了大众化应用的广阔前景，这也使得卫星导航技术逐渐成为通信、互联网之后的第三个IT新增长点。

　　1.2 应用市场快速增长

　　中国卫星导航产品与服务一直呈现强劲增长的势头。据有关部门统计，GPS接收机相关产品的拥有量8万台左右，航海型约有5万台左右，应用数量最多；车载型以每年200%的速度递增，发展最快；手持型各类个人消费终端产品形态极为丰富，最具诱惑力。

　　据北斗星通市场的研究结果，目前中国市场中从事卫星导航定位产品与服务的公司约500家左右，市场容量在98年之前每年约30%的速度递增，98年之后每年以50%左右的速度递增，2000年市场总量约有10亿人民币，2001年预计15亿左右，到2003年市场总量将达到32亿左右。其中，在今年的市场中，至少有50%左右的市场份额不是传统的卫星导航定位产品，而是软件、系统集成等增值服务。

　　1.3 市场定位逐渐细化

　　中国卫星导航领域在产品与技术服务的发展方向上，已逐渐细分，初步出现市场定位上的差异：GIS数据供应商和地图供应商提供位置相关数据和数字地图服务；服务运营商以各种应用服务系统为基础提供基于位置的相关信息综合服务；产品供应商和服务系统集成商提供产品、技术和系统集成服务。作为一个新兴产业，其层次分明的价值链分化与完善，标志着这个极具生命力的产业正走向成熟。

　　1.4 技术集成和资源整合是应用的关键

　　卫星导航定位技术的应用深入，与逐年来通信技术和计算机技术的速猛发展息息相关，通信网络的完善，移动通信技术如3G、蓝牙、WLAN等的发展，INTERNET的普及，嵌入式移动芯片、嵌入式操作系统及移动数据库技术发展等等，都为卫星导航定位技术的应用奠定了基础。

　　从导航卫星系统看，GPS、CLONASS、北斗导航试验卫星CNSS 、GALILEO等多元化定位资源环境，打破了独家垄断，促使资源更加开放，政策环境更加宽松，进一步推动导航技术的应用。
充分利用各种卫星系统、各种通信网络和INTERNET网络所提供的丰富资源，把各种资源进行恰当的整合；消化和吸收多元化跨专业技术，把各种技术无缝集成服务于用户，这是卫星导航技术更加深入应用的关键，也是北斗星通多年实践的深切体会。

　　1.5 政府及民间组织对导航定位产业化的重视

　　1995年，第一个关于卫星导航应用的民间组织"中国全球定位系统技术应用协会"正式成立。之后，相继成立了导航、授时、教育、空间、市场、设备等专业委员会。为了加强与世界相关协会的交流，每年举办一次学术年会和一次展览会，并积极推动标准化、信息化建设。特别是针对制约导航定位产业化发展的数字地图问题，积极开展数字地图的体系建设。
中国卫星应用学会，中国通信学会、中国测量学会等组织也都非常关注卫星导航定位产业化的发展。

　　政府部门也非常重视导航定位产业化建设，众所周知，我国政府投资的北斗导航试验卫星已于去年年底成功发射。在今年的中国航天白皮书中把卫星导航定位产业化作为今后10年航天技术应用的重点。国家对这一产业内的公司也给予相应的税收等优惠政策。

　　1.6 目前存在的主要问题

　　电子地图成为制约卫星导航应用发展的瓶颈

　　我国目前还没有颁布统一的地理信息标准，导航产品生产厂商大多使用自己开发生产的电子地图。这些电子地图一般相互不兼容；由于保密、主权、产权等方面的原因，利用电子信息制作电子地图，要受到诸多限制，地理信息系统（GIS）的制作成本高，且时间周期较长，难以适应城市建设发展较快的客观情况，造成地理信息难以适时颁布，这已成为卫星导航技术在各领域推广应用中进一步发展的瓶颈。

　　频率资源有限，利用极不合理

　　移动载体动态管理系统需要占用无线电频率资源，由于没有统一规划，每建立一个系统，就要占用一些频率资源，而在地区和行业重复建设，频率资源不能共享，造成无线电频率资源的浪费。更严重的是由于频率使用的不合理，有些卫星导航定位系统对民航通信和其它通信系统的正常通讯造成严重干扰，给国家财产和人民的生命安全构成巨大威胁。

　　产品市场没有形成标准，无序无展

　　导航定位相关产品，特别是软件产品没有形成统一的标准规范，各部门间、各行业间各行其是，以小作坊的方式自己搞产品，需要什么就临时做一个，既形不成规模，也对应用不利，质量和售后维护都无法控制。

　　在众多的应用中，最近几年提的最多的、应用发展潜力最大的有三个方向：一是以车载导航为核心的移动目标监控、管理与服务市场，二是以差分定位技术为核心的差分网建设，三是以个性化移动信息终端为核心的移动导航产品市场，以下分别对其论述。
移动目标监控、管理与服务市场的应用与发展

　　2.1 应用市场概况：

　　在中国，卫星导航定位应用于移动目标监控与管理始于90年代中期。目前，移动目标监控系统发展迅速，规模不断扩大。据不完全统计，近年来我国各地建设的移动目标跟踪系统达到数百个，入网车辆达到5~6万辆，还包括一定数量的船舶监控系统。从行业上划分，广泛应用于公共安全、医疗急救、消防救灾、公路管理、交通运输、财产防盗以及其他相关部门。由于集成了实时定位能力，有效地提高了上述部门的效率、避免了大量错误决策带来的损失、带来了可观的经济及社会效益。经过多年的培育与探索，移动目标监控管理系统的批量需求市场已经显现，开始进入快速发展的指数增长期。一旦这个巨大的市场启动，预计将是每年数十亿记的市场规模。

　　2.2 移动通信和地图是应用的基础

　　中国移动目标监控管理系统的建设具有鲜明的中国特色。例如，在关键的数据通信技术方面，中国的发展融合了欧美各国发展的特点。中国具有世界上最大的移动通信市场，移动通信技术的研究与开发极大地促进了依托于移动通信网络的监控系统的发展。根据系统规模不同，中国建设了依托常规电台（VHF/UHF）、集群通信系统、蜂窝系统（GSM、CDPD）以及卫星系统等各具特色的监控系统。未来的GPRS、3G的应用预计也将很快提上议事日程。

　　此外，本地化的GIS技术的发展也是中国移动目标监控管理系统的一个亮点。适应大规模、广大地域移动目标监控的需要，中国的地理信息系统技术研究从传统GIS向多维GIS、Web GIS、嵌入式GIS等方向发展。

　　2.3 基于位置的综合信息服务是未来发展的方向

　　由于政府、企业的信息化管理水平不断提高，以及个性化信息服务需求的增长，一些先进企业已经从单一功能的移动目标监控、报警管理转向功能更加丰富、面向市场更加广阔的基于位置的管理与服务技术研究及系统开发建设，无疑这顺应了国际上先进的技术潮流。以2000年以来中国发展最快的物流领域为例，许多为大型物流企业服务的移动目标监控系统已经与企业内部其他管理数据库（如仓储、货源）结合，形成统一的基于位置的职能管理平台。在中国，已有一些以地理信息系统及数据库业务为主的公司进行了大量的工作，并出现了一些示范系统。基于位置的智能管理（Location Based Intelligence）扩大了卫星导航定位技术的应用领域。

　　更广阔的市场在于面向公众的服务领域，基于位置的信息服务（Location Based Service）无疑将是未来卫星导航定位技术最广阔、最具潜力和最引人注目的发展方向之一。这方面的系统在中国也已开始酝酿，并出现了一些类似Telematics概念的系统雏形，为汽车拥有者提供财产监控、导航服务、报警寻车等服务，并考虑了娱乐、交通信息提供、信息定制、移动办公等应用框架。

　　2.4 导航定位综合信息服务系统的应用模式

　　目前，在中国一批有远见、有实力的公司已经充分认识到这一远大前景。以信息服务产业为牵动，引发了对卫星导航定位技术应用的全新思考，提出推动丰富的信息增值服务、建立国家级信息服务平台体系的宏大构想。这种大规模信息服务系统的总体框架围绕着公用移动通信网络和卫星通信两个方向均已有了长足进展。

　　首先，基于GSM网络的Telematics综合信息服务系统正在国内各地兴起，这些类似于欧洲体制的系统已不同于以往面向单一应用群体的小规模系统，而是整合各种信息资源，可以大规模地为不同用户提供个性化的信息服务。例如新近建立的招商迪辰系统，以Web GIS应用为基础，整合了物流管理的各方面相关资源，向企业物流、第三方物流以及城市配送企业提供可定制的个性化整体解决方案及信息服务。随着城市应用需求的增加，此类系统预计数年内用户将达到数百万的规模，并且可能随着技术的进步，转向依靠更加先进的GPRS、CDMA乃至3G网络。

　　另一方面，北斗星通公司也正在与中国的北斗系统运营部门密切合作，建立"集团用户网络信息服务系统"的公用卫星导航定位信息服务平台，主要面向北斗导航定位卫星覆盖范围内的长途运输车辆、船舶等，提供导航、通信服务，同时也可作为公用服务平台，面向社会其他领域提供个性化的系统服务。该系统的建立与投入运营，将大大推动中国自主导航定位产业化的发展。该系统预计未来5年内用户也将达到几十万的规模。

　　上述第一种系统是基于中国移动通信网络的大规模布设，以及移动通信系统服务能力的不断完善，其应用主要集中在城市及其周边、发达地区等，以城市内部、小范围服务区域为主要特色，提供大信息量的密集服务。第二种系统主要基于中国北斗导航试验卫星的成功发射，服务主要面向城间及海上大范围应用。相信在可以预见的将来，基于移动通信网以及卫星通信网络的两类系统互相补充，甚至互相合作，联合运营，将成为中国移动目标监控管理与信息服务系统的发展特色与主要模式。
广域、局域、微型差分网建设

　　20世纪90年代以来，随着GPS用户对定位精度要求的不断提高，有关科研院所加强了对GPS差分定位技术的研究，并取得了较好的结果，因此，GPS技术的应用得到了迅速的发展，高精度的静态定位结果已达到了0.01ppm，实时动态定位精度也达到了1cm+1ppm。1998年，北斗星通公司根据对GPS技术应用的理解，提出了广域、局域、微型差分网的概念，这与许多专家的观点和见解不谋而合。

　　3.1 微型差分网

　　目前，GPS用户通常使用微型差分网的方式来进行监控定位，它由1个基准站和若干个移动站组成，一般作用距离50km左右，不超过100km。使用该方式工作，配置灵活，投资较少，实时相对定位精度从米到厘米级，事后处理的相对精度甚至可达毫米级，进行实时差分时，数据通讯通常采用单频点的数传电台。
　　
　　多年来北斗星通的NovAtel 高精度产品使用微型网的方式在众多的领域得到了广泛的应用，这些领域包括：地质矿产勘探、港口管理、飞机校飞、GIS数据采集、香港青马大桥的监测、水库大坝监测、精细农业、交通管理、工程测量、大地测量和军事领域等。

　　我们认为，随着GPS接收机性能的不断改进和软件算法的不断优化，GPS微型差分网这种工作模式将在更多的领域得到广泛的应用。

　　3.2 局域网

　　局域差分（LADGPS）是在局部区域内布设一个GPS差分网，网内由若干个差分GPS基准站组成，通常还包含至少1个监控站。处于该局域内的用户可根据多个基准站提供的改正信息，经平差后求得自己的改正数。它的作用距离一般在200~300km内，如我国沿海建设的信标差分网。

　　目前，随着数字城市概念的提出，GPS信息已成为数字城市的最基本信息，因此，如何综合管理和利用城市GPS信息已成为数字城市建设的一件紧迫性的工作。根据我们的理解，原来意义的局域ＧＰＳ网就已开始向局域ＧＰＳ综合应用网方向发展，它将当前卫星导航技术、气象学、测绘学、地理信息系统与现代通讯技术等有机结合在一起，这种新型局域综合网，不仅可以改进城市区域气象数值预报的效果、积累精确的地壳变形和地面实测数据，对监测预报局部地区天气和环境的气候演变、防御海侵等自然灾害具有深远意义，同时综合局域网的建立还将使城市大地测量控制网的精度达厘米量级，这将为城市市政建设、工程建设、交通运输等各行各业的ＧＰＳ定位和导航系统的建立，提供强有力的技术支持和全方位的日常服务。

　　2001年国家建设部已确定了12个城市为数字化试点城市，目前，我国的深圳、上海和重庆等地作为试点城市已部分建成和正在建设这样的城市综合GPS网，北京等其它城市也已开始进行方案的论证，相信随着GPS相关技术的发展和数字化城市试点的成功，未来的GPS综合局域网的建设将在中国的城市建设中发挥越来越重要的作用。

　　3.3 广域网

　　广域差分（Wide Area DGPS,WADGPS）技术的基本思想是对GPS观测量的误差源加以区分，并对每一个误差源分别加以"模型化"，然后将计算出来的每一个误差源的误差修正值（差分改正值），通过数据通讯链传输给用户，对用户GPS接收机的观测误差加以改正，以达到削弱这些误差源的影响，改善用户GPS定位精度的目的。

　　由于广域差分主要是远距离的GPS差分应用，它的作用距离一般在1000km以上，广域网的建设应当属于国家投资行为。

　　3.4 广域增强系统

　　北斗星通参与了中国的WAAS项目的前期工作，对广域增强系统（WAAS）的技术及应用有较好的理解。广域增强系统是为民航航线飞行及最终着陆阶段飞行而建立的一个高精度导航系统。如诺瓦泰公司的WAAS接收机是专门为WAAS系统的参考站而设计的，它可以满足WAAS系统的精度和功能要求。

　　它的主要工作方式是将主控站所计算得到的广域差分改正信息，通过地球同步卫星，该同步卫星以GPS的L1频率为载波，将上述差分改正信息当作GPS导航电文转发给用户站，由于数据传输链所采用的载波频率和GPS卫星的信号一致，因此用户GPS接收机可以直接接收到WAAS中的差分改正信息而无需外加同步卫星信号的实时传输能力强，而且可以覆盖很大的区域，从而较好地解决了主控站与播发站，播发站与用户站间的数据传输问题。

　　广域增强系统建成后，除向用户提供导航定位信息外，还能给用户提供定位系统的完整性和可靠性信息，从而可确保用户使用导航定位的安全可靠，这点对飞行导航尤其重要，另外，数据处理中心站存储的大量数据还可为GPS气象学、地球形变监测、高精度的GPS控制网的建立等应用提供大量宝贵的原始资料。

　　各类移动信息终端产品的应用与发展

　　社会及技术的进步，信息的加速流动，极大地提高了人们的活动范围，也刺激了对位置相关信息的需求，嵌入定位功能的移动信息终端产品逐渐走入人们的视线。

　　随着卫星导航定位设备的小型化甚至芯片化，各种嵌入式电子产品种类极大丰富，并与人们的生活越来越紧密地结合在一起。其中代表性的产品有以下三种形态：

　　4.1 车载自主导航产品

　　车载自主导航系统是卫星导航定位产品最大的应用领域。美国、欧洲和日本的车载导航仪产品已经日益走向成熟，形成了规模化的市场需求。相比之下，中国的车载自主导航产品市场刚刚启动，许多产品尚处于实验室研发阶段。但是中国地域辽阔、人口众多，又具有巨大的潜在汽车消费市场，因此随着未来经济的发展，中国的车载自主导航产品具有广阔的市场空间。

　　4.2 移动监控终端产品

　　集成了卫星定位设备与移动通信组件的移动监控终端产品是一类特殊的应用产品，是移动目标监控系统的关键部分。根据应用场合的不同，也具有不同的设计形式。既有用于集装箱等货物跟踪的隐蔽式安装产品，也有集成了语音通信、数据报告、报警、遥控等功能的综合车载平台。

　　随着产品成本的不断降低，未来甚至可能很快出现供儿童、老人等特殊人群使用的可佩带监控终端产品。

　　4.3 各种生活消费类电子产品

　　如果说车载导航仪与移动监控终端还属于应用方向比较单一的产品，那么各种生活消费类电子产品却可以用"百花齐放"来形容。国际上先进的产品在中国都已出现和应用，加深了中国大众对于卫星导航定位产品的市场认识。

　　4.4 移动信息终端的发展趋势

　　定位功能大有嵌入各种人们日常用品的趋势。传统的手持GPS接收机功能与种类不断丰富，例如Garmin公司去年推出的Garmin eMap，开始集成了数字地图。新的形态也不断出现，有集成了GPS和数字地图的手机产品，有随身携带的GPS手表，以及更多的基于Pocket-PC、PDA的集成产品。由于受到芯片技术、集成技术水平的限制，目前国内在信息终端产品方面的工作主要集中以软件开发为主，集中在车载自主导航以及基于Pocket-PC的移动信息终端方面，并通过积极的国际合作，引进、消化和吸收国际先进技术，取得了一批先进的技术成果，为此类产品进一步的自主设计开发打下了坚实的基础。

　　信息终端不仅仅是个性化应用的独立设备，也是未来随身信息服务系统的基础与载体。可以预期，在中国市场上移动信息终端设备的发展方向也会紧随国际发展的大趋势，向着卫星定位、Pocket-PC、嵌入式导航系统等综合集成的方向发展。同时，适应车辆导航、货物跟踪、个性化信息服务、安全产品等不同领域的需求，将出现各种不同组合、不同形态的产品系列，以满足市场需求。相信随着大框架的移动信息服务系统的建立，移动信息终端产品将更加丰富、更加普及。显然，设备的小型化、易用性、低成本是嵌入式卫星定位设备在移动信息终端中成功发展与应用的必备条件。

　　综上所述，卫星导航定位应用市场在中国有着巨大的发展潜力，已逐步走向专业分工、产业价值链分化、服务内容不断丰富的大产业之路。随着中国北斗一号试验卫星成功发射和正在着力研究开发的第二代中国导航卫星系统（CNSS），中国将成为世界导航强国，卫星导航市场的发展前景将更为广阔。

　　希望政府部门、卫星导航产业界同仁、各行各业用户及国外同行加强合作、广泛沟通，让我们共同推动这一美好产业的发展。中国卫星导航事业前途无量！

作者：51GPS 来源：本站原创

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