在人類(lèi)技術(shù)發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中，精確定位技術(shù)的能力如魔術(shù)般神奇。如今，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）技術(shù)在商業(yè)、民用和軍事應(yīng)用中無(wú)處不在，但它仍然不是一個(gè)完美的工具，其更大問(wèn)題是往往不是那么不可靠。當(dāng)接收器對(duì) GNSS 衛(wèi)星有清晰的視線時(shí)，定位效果就會(huì)很好。大多數(shù)情況下，它們確實(shí)也是如此，特別是在空中、海上或高速公路上。不過(guò)可惜的是在某些地方，建筑物和地形可能會(huì)干擾衛(wèi)星信號(hào)，導(dǎo)致重大錯(cuò)誤甚至失去固定，因此定位系統(tǒng)通常無(wú)法預(yù)測(cè)這些重大誤差將在何時(shí)何地發(fā)生。
長(zhǎng)期以來(lái)，技術(shù)人員一直認(rèn)為這是 GNSS 固有的功能，畢竟，我們無(wú)法改變物理定律來(lái)使衛(wèi)星信號(hào)免受反射或干擾。不過(guò)通過(guò)新的 3D 地圖制圖技術(shù)，我們可以實(shí)現(xiàn)一些同樣的功能，也能夠確切地了解 GNSS 在何時(shí)何地可以信任，以及在哪種情況下不能信任。如今，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者正在使用這些技術(shù)從根本上改善當(dāng)前和新興用例的定位，換言之，他們正在改寫(xiě) GNSS 可能的規(guī)則。
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應(yīng)對(duì)GNSS的挑戰(zhàn)
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其對(duì)衛(wèi)星星座的使用。接收器只需要根據(jù)其中幾個(gè)接收器的清晰視線即可準(zhǔn)確確定位置，并且大多數(shù)情況下都可以被獲取，即使在大多數(shù)衛(wèi)星信號(hào)被阻擋的情況下。不過(guò)問(wèn)題是 GNSS 衛(wèi)星從未停止移動(dòng)，以每分鐘約一度的速度繞地球運(yùn)行。
如果在一個(gè)有高層建筑的城市地區(qū)計(jì)算位置，那么通常可以信任 GNSS 信號(hào)，特別是建筑物的反射可能會(huì)使定位偏離數(shù)十米（圖1），定位系統(tǒng)也不能避免 “bad spots”，它隨著衛(wèi)星的移動(dòng)而變化，不過(guò)實(shí)際上每一秒都在發(fā)生變化。
圖1：GNSS 信號(hào)干擾情況
到目前為止，該問(wèn)題還沒(méi)有成為大多數(shù)商業(yè) GNSS 應(yīng)用的破壞者，然而在其它的用例中，如自動(dòng)駕駛汽車(chē)或基于無(wú)人機(jī)的交付情況下，可靠的定位數(shù)據(jù)就會(huì)變得更加至關(guān)重要。
通過(guò)3D地圖制圖改變游戲規(guī)則
如今，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者利用新技術(shù)，將 GNSS 數(shù)據(jù)與高分辨率 3D 地圖相結(jié)合，他們可以準(zhǔn)確地識(shí)別 GNSS 信號(hào)在哪些地方可用，也可以向任何商業(yè)客戶(hù)或 *** 機(jī)構(gòu)提供該見(jiàn)解（通常作為云服務(wù)），因此某些客戶(hù)或 *** 機(jī)構(gòu)也可以從更可靠的定位中受益。
對(duì)于航空和汽車(chē)用例，目前正在使用地圖制圖方案，該解決方案可提供低至30厘米的原始分辨率，并能夠獲得更高的分辨率。他們還使用多光譜成像等技術(shù)來(lái)區(qū)分天然和人造材料、穿透煙霧等。
一旦有了高保真地圖，就會(huì)在該地區(qū)創(chuàng)建一個(gè)可觀察點(diǎn)的疊加功能，例如將該地區(qū)分割成一平方米，之后確定哪些衛(wèi)星將在給定時(shí)間內(nèi)清晰可見(jiàn)，并且包括多種 *** ，其中更受歡迎的是以下兩項(xiàng)：
陰影匹配：這種技術(shù)通常應(yīng)用于智能手機(jī)，創(chuàng)建一個(gè) 3D 地圖輔助 (3DMA) 網(wǎng)格，顯示給定區(qū)域的預(yù)測(cè) GNSS 信號(hào)，將這些預(yù)測(cè)與測(cè)量信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，以識(shí)別和糾正錯(cuò)誤。
光線追蹤：在其他領(lǐng)域，尤其是航空領(lǐng)域，需要更精細(xì)的仰角和方位角細(xì)節(jié)，領(lǐng)先的解決方案使用從每個(gè)可觀測(cè)點(diǎn)到星座中每顆衛(wèi)星的光線追蹤。經(jīng)過(guò)反復(fù)操作后，構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)集，在 3D 地圖的每一米（圖 2）中逐秒顯示哪些衛(wèi)星是視距（可靠的）。
圖2：通過(guò)光線追蹤確定 GNSS 可靠性
下一代定位在行動(dòng)
GNSS 可靠性解決方案針對(duì)不同的用例，應(yīng)用于不同的技術(shù)。除了系統(tǒng)如何計(jì)算視線外，決定解決方案 *** 的更大因素是計(jì)算速度需要多快以及需要多少點(diǎn)，包括以下兩個(gè)主要選項(xiàng)：
單點(diǎn)設(shè)備計(jì)算：對(duì)于具有充足本地計(jì)算資源的應(yīng)用程序，計(jì)算定位的延遲量是可以接受的，并且設(shè)備只想知道單個(gè)（或少數(shù)）點(diǎn)，以設(shè)備為中心的解決方案是較合適的。這種 *** 用于大多數(shù)基于智能手機(jī)的場(chǎng)景，其中應(yīng)用程序具有強(qiáng)大的端點(diǎn)設(shè)備，通常具有強(qiáng)大的 *** 連接，并且不需要以毫秒為單位測(cè)量精度。
基于云的擴(kuò)展解決方案：在很多場(chǎng)景中，例如空中無(wú)人機(jī)和無(wú)人駕駛車(chē)輛，其中車(chē)輛或路線周?chē)恼麄€(gè)環(huán)境都需要快速，并且車(chē)輛沒(méi)有專(zhuān)用于 GNSS 的計(jì)算。在這些情況下，GNSS 云服務(wù)可以提供實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)性見(jiàn)解。它們?cè)谠浦刑崆皥?zhí)行某個(gè)區(qū)域的所有計(jì)算，預(yù)測(cè)未來(lái)的某個(gè)時(shí)期。定位引擎可以提前實(shí)時(shí)了解 GNSS 信號(hào)的可信和不可信任之處，以及利用它預(yù)測(cè)提取可能的更佳信號(hào)并提高其性能。
展望未來(lái)
早期集成的有效實(shí)施表明，這些技術(shù)可以將 GNSS 系統(tǒng)的精度提高一倍，這在多種航空、汽車(chē)和軍事場(chǎng)景中潛力往往更大：
航空：3D 測(cè)繪技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更智能的飛行計(jì)劃，使組織能夠提前知道何時(shí)何地可以安全飛行，并調(diào)整飛行時(shí)間以?xún)?yōu)化定位的可靠性。或者，在大型無(wú)人機(jī)應(yīng)用中，如基于無(wú)人機(jī)的交付，公司可以選擇特定時(shí)間的已知可靠路線。
汽車(chē)：汽車(chē)制造商可以實(shí)時(shí)使用這些預(yù)測(cè)來(lái)提高 GNSS 系統(tǒng)的性能，并通過(guò)了解 GNSS 作為汽車(chē)上所有傳感器的一部分來(lái)提高安全性。
軍事：任務(wù)規(guī)劃人員都可以通過(guò)了解給定區(qū)域內(nèi) GNSS 的性能改進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)分析。還可以評(píng)估現(xiàn)場(chǎng) GNSS 信號(hào)的完整性，包括檢測(cè)定位數(shù)據(jù)何時(shí)被阻止或欺騙。
這些只是其中的幾種可能性，借助新的 3D 映射技術(shù)，我們可以將 GNSS 從“通常可靠”轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨染_并開(kāi)始挖掘定位的潛力。
來(lái)源：開(kāi)源地理空間基金會(huì)中文分會(huì)
來(lái)源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/172a1
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