导航与位置服务国家测绘地理信息局重点实验室科技发展

导航与位置服务国家测绘地理信息局重点实验室科技发展年度综述一、所属学科及研究领域发展概述本实验室所属学科和研究领域为导航与位置服务，主要涉及到高精度卫星导航定位技术、室内外无缝定位和位置服务系统及相关应用等方面。

在高精度卫星导航定位技术研究方面，基于GPS和GLONASS的传统的网络RTK和精密单点定位技术已经基本成熟。

目前研究的热点是PPP-RTK 和基于区域地基增强的PPP-RTK技术。

另外就是中国的北斗卫星导航系统即将正式向亚太地区提供服务，对于基于北斗高精度导航定位理论、方法和软件也是目前研究的热点，对于北斗的应用推广也是具有迫切性。

除了卫星定位技术以外，室内外一体无缝定位技术成为目前研究的另外一个热点。

在位置服务领域，主要从事公共位置云计算服务平台技术和基于位置的社会感知理论方法研究。

基于位置的社会感知与大数据科学和社会计算理论紧密联系，是近年来一个新兴的交叉学科方向。

二、国内外发展现状与趋势（一）高精度导航定位理论、方法和软件PPP-RTK的思想最初由德国的Geo++公司提出（2005），旨在针对不同类型误差各自的特性在参数域分别构建改正模型，为PPP用户提供与采用RTK数据处理模式相一致的定位结果，不过该技术在当时并未给出具体的实现方法（Wübbena，2005）。

GFZ的Ge等学者于2008年提出利用全球范围IGS参考站数据对卫星的相位未校准硬件延迟（UHD）进行估计，并且在参数估计过程中考虑了宽、窄巷观测值对应UHD的不同时变特性。

用户利用IGS产品和卫星UHD，可实现PPP星间单差模糊度固定。

Laurichesse（2007）与Collins（2008）的方法较为类似，其基本思想均是利用钟差参数吸收硬件延迟小数部分，由于需要向用户提供一套独立于IGS精密钟差的卫星钟差产品，该方法的适用范围较为有限。

以上通过模型化卫星硬件延迟实现非差模糊度固定的几类方法被统称为PPP-RTK，不过对PPP-RTK方法的研究目前尚不完善。

测试结果表明，用户需经过10分钟以上的连续观测才可能有效固定星间单差宽巷和窄巷模糊度（Geng，2010），对于实时快速精密定位应用而言，其模糊度固定的可靠性和收敛时间还有待进一步提升。

为了进一步加快PPP的收敛速度，缩短用户等待时间，并充分借鉴网络RTK技术可快速固定用户模糊度的特点，基于区域地基增强网实现PPP整周模糊度快速有效确定的思想应运而生，并成为目前卫星导航定位应用最新的研究热点。

Ge等学者（2010）提出的“基于非差观测的网络RTK方法”以及Teunissen等学者（2010）提出的“基于CORS网的PPP-RTK方法”为实现这一目标提供了可能。

这两类方法的核心思想其实较为类似，均是通过适当添加某些基准信息，将按照现有相对定位方法计算得到的双差观测值残差映射为各参考站与可视卫星间非差观测值残差的形式，从而实现对每颗可视卫星方向的一小块区域分别进行拟合建模。

在此基础上，李星星等学者（2011）基于常规PPP-RTK技术，提出了地基增强信息的单参考站生成方法。

按照“基于区域地基增强的PPP-RTK”方法，用户可以采用同一套数据处理软件，相同的数据处理模式（非差处理模式），以及同样的卫星轨道和钟差产品，为区域地基增强网内和网外用户提供不同精度需求的定位服务，从而实现对广域PPP与区域网络RTK在算法上的统一和服务上的无缝衔接。

此时用户的定位精度仅与所处由不同参考站组成子网的站间距离，该地区大气状况，以及是否能有效接收到该地区的地基增强信息相关：网内接收到区域地基增强信息的用户可获得与现有相对定位网络RTK方法等价的快速、实时、精密单点定位服务，而网外或未接收到该区域地基增强信息的用户则得到传统PPP的定位精度（Ge et al，2010）。

（二）室内外协同实时精密定位系统随着人类社会的进步，人们越来越关注自身的精确位置信息，以及兴趣点的定位和导航。

全球卫星定位系统（GNSS）提供了有效的室外定位手段，成为很多人出行导航的必备工具。

继美国的GPS和俄罗斯的GLONASS系统之后，我国北斗导航系统的建设进展顺利，在2012年形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。

但是卫星导航也有它的不足和脆弱性，如卫星信号在受到干扰或遮挡时，将失去定位导航能力。

在人们经常活动的室内、地下停车场、高楼林立的城市等区域，卫星定位不能很好地发挥作用。

此外，卫星导航系统在没有增强的情况下，普通导航仪的定位精度大约为4-20米，还不能满足行人出行及车道级导航的需求。

室内外协同实时精密定位系统（Cooperative Real-time Precise positioning system，简称CRP）旨在解决卫星导航星座信号到达个人移动终端”最后一公里”问题。

它融合卫星导航、广域增强及室内定位技术，形成多技术的协同定位的技术解决方案，构建城市级示范系统，具备室内定位精度优于3米、室外定位精度亚米级的城市区域室内外无缝定位导航与位置服务能力，为未来发展覆盖我国的国家室内外协同实时精密定位系统奠定技术基础。

3月30日，经教育部批准，由北京邮电大学牵头的《室内外高精度无缝定位关键技术研究与原型系统研制》项目技术鉴定会在北邮科技大厦成功举行。

该项目由北京邮电大学、北京首科信通科技有限责任公司、中卫星空移动多媒体网络有限公司、中科院国家天文台、中国传媒大学等八个单位共同完成。

研制了天地一体化的TC-OFDM定位与通信融合的新型信号体制，该体制构建了天地一体的室内外无缝定位体系。

该体系突破了多项室内高精度定位关键技术，如首次基于L波段移动高速数据通信网，实现了室内外定位信号的低成本广域无缝覆盖和高精度的无缝定位。

其水平定位精度达到3米，高度方向精度达到1米，有效解决了城市室内外定位与移动数据通信等多网融合与共享难题，为大幅提升国家公共安全与应急救援能力探索了一条新途径。

首次提出并实现了卫星导航系统、地面移动网络和气压测高的联合定位技术，形成了北斗地基室内外增强系统，解决了城市高楼遮挡下卫星定位难（三）位置服务系统和理论方法在国内位置服务云计算平台刚刚起步。

一部分以传统GIS平台向云存储、云并行计算扩展，比如武汉大学和湖北省测绘局共同提出了一种基于云计算的GIS系统模型，它以云计算的数据存储和透明化用户服务为基础，构建以GIS基础服务设施为服务支撑平台。

中国地质大学提出一种云GIS的服务层次模型和关键技术，针对云计算分布式异构环境下空间数据资源的特点，提出了云GIS空间数据资源的两种集成方法。

另一部分从定位信号服务的角度开展位置云技术研究。

合众思壮提出依托城市定位数据解算中心，在解决持续高并发的终端定位管理技术和终端定位信息与服务开发商准实时匹配技术的基础上，构建电信级服务平台，从而实现面向特大城市的B2B商业化服务。

清华大学联合武汉大学、北京邮电大学也在从事该方面的研究。

在各种位置服务云计算系统的发展来看，除了计算科学中面临的一些共性难题外，还有两个深层次的理论难题亟待解决。

一是泛在地图（ubiquitous map）模型及其信息叠加协议设计，二是基于位置的社会感知方法及位置大数据挖掘。

泛在地图又称为互联网全息位置地图，是指将以人或物的位置为中心的泛在信息进行动态关联和模型化后形成的导航地图。

目前，解放军信息工程大学和武汉大学正在研究和制定互联网全息位置地图标准规范体系，包括全息位置地图叠加协议、表达规范、交互协议、产品规范等。

重点在互联网位置地图信息快速获取与处理、互联网实时动态位置信息融合、基于情境认知的全息位置地图快速制图等关键技术上寻求突破。

社会感知计算（Socially Aware computing）指通过人类社会生活空间部署的大规模多种类传感设备，实时感知识别社会个体的行为，分析挖掘群体社会交互特征和规律，引导个体社会行为，支持社群的互动、沟通和协作的一种技术。

随着位置传感器在移动互联网等应用中的大量使用，基于位置的社会感知计算成为了当前学术界研究的热点。

2012年度我们ACM SIGKDD、WSDM、LBSN等国际顶级学术会议都有这方面的研究工作发布。

这方面的工作主要可分为以下几部分（1）感知位置的社会语义。

位置社会语义主要包括位置的实时动态信息、位置的常现情景、用于在位置上的社会情感等，是形成基于位置的个性化信息推送服务的基础。

（2）感知和预测用户的移动行为。

即通过用户及其相关朋友的历史轨迹，分析预测用户的行动规律、可能出现的地方以及用户下一时刻将到达的地方等；（3）感知人类移动与其社会交流活动的关系。

主要揭示人类移动与其社交网络的内在规律，通过位置提高社交网络链路预测的准确性，促进人们社会交往。

（4）感知用户的社会属性。

通过用户的历史轨迹，分析其性别、年龄、婚否、职业、家庭人口等社会属性以及用户个人的生活偏好和生活习惯。

（5）感知大规模人类社群活动规律。

探讨人类大规模时空移动关联性和规律性，并应用于疾病传播控制、城市规划、防灾减灾等大规模社群活动分析上。

2012年这方面比较突出的工作主要集中在美国麻省理工学院、斯坦福大学、罗切斯特大学、宾夕法尼亚大学、加州大学圣芭芭拉分校、亚利桑那大学，英国伯剑桥大学、伯明翰大学和西班牙Jaume大学。

国内主要有香港科技大学，台湾交通大学、成功大学，微软研究研究院以及中科院、北京大学和武汉大学。

三、国内外发展状况比较从20世纪80年代至今，卫星导航定位技术GNSS取得了巨大进步。

目前，GNSS技术正朝着快速、实时、高精度、高可靠性的方向发展。

国内对GNSS技术研究的起步虽然较晚，但目前的研究却总体上与国际当前水平相当，部分领域在国际上则处于研究前沿。

不过，在将技术研究成果进行软件包装、产业化时，国内的软件在商业化水平、功能上和可靠性上都与国外商业软件有一定差距。

以目前在我国精密测量领域应用最为广泛的网络RTK软件为例，Trimble公司的GpsNetwork软件系统和Leica公司的Spider软件系统占据了我国相关领域？？%的市场份额，而与这些软件相配套的GNSS接收机等辅助设备每年更是直接或间接产生了数以亿计的经济效益。

因此，如何打破国外GNSS软件在我国测绘行业的垄断，如何将我国相关软件更好的推向国内外市场，并由此带动我国GNSS软硬件、通讯服务等多个领域的发展，是尚待解决的关键问题之一。

在位置服务平台技术方面，国内目前最大的差距是在通用计算科学的相关难题上，包括海量数据的存储、并行计算等方面。

在定位信号服务尤其是精密定位信号服务方面则具备较强的国际竞争力。

在泛在地图领域，国内的地图厂商和研究机构已经与国外相关机构紧密合作，在地图采集、处理和全息互联网信息叠加方面走在国际前列。