展望地理空间和测绘领域的未来

Dorota Grejner-Brzezinska博士是导航研究所（离子）的来源。她还担任电影院（IAG）委员会4，定位和申请的国际协会主席。188金宝搏特邀Gim International与Grejner-Brazzinska进行了深入的对话，就离子，GNSS调查解决方案的最新发展和趋势以及GNSS的未来。

导航研究所(ION)服务于全球范围内，包括对航空、空间、海洋、陆地导航和位置确定感兴趣的人士。研究所是如何发展的?

导航研究所成立于1945年，由一群练习空中导航员创立，源自军事和民用背景。在初年的大部分时间都致力于构建一个有效的组织，通过协调从业者，科学家和导航设备的知识和成就来推进艺术和科学的艺术和科学。在20世纪90年代，ION真的开始蓬勃发展，因为它从对位置确定系统感兴趣的每个人都获得支持，特别是GPS达到全面运行能力。导航技术的进步消除了对大多数应用程序的专业导航员的需求;随着人类和机电装置被微型计算机，集成电路和传感器所取代，导航成为自动化。随着当今各种GNSSS的演变，所有导航导航阶段的准确性和覆盖性能迅速增强。离子适应的方式，在某些情况下发挥了关键的领导作用，这些变化已经取得了成功。

该协会的成员包括制图师、专业航海师、摄影测量师、大地测量师和测量师。会员的主要福利是什么?

ION的会员资格是保持联系并了解定位、导航和计时(PNT)领域最新动态的绝佳机会。成为专业组织的成员被认为是专业和个人发展的“最佳实践”，ION的成员可以获得他们在其领域中前进所需要的工具。会员资格包括订阅每季的同行评议期刊导航以及《ION通讯》季刊，并可访问发表在《ION通讯》上的1.3万多篇技术论文数据库导航和ION多次会议记录。此外，会员在会议注册费和出版物购买上享有折扣，他们有投票权和担任职务的权利，他们可以参加年度奖励计划。他们也可以成为政府研究员。政府Fellow计划旨在为独立委员会成员提供独特的教育经验，同时向政府提供技术经验和私营部门的观点，我们希望这些经验和观点能够促进有效的公共政策，解决影响我们的专业和整个社会的问题。有两类:国会奖学金和行政人员奖学金。国会研究员是国会议员或国会委员会的科学和技术职员，而执行研究员是行政部门的科学和技术顾问。

该研究所以其年度奖励计划而闻名，如约翰内斯开普勒奖和布拉德福德w帕金森奖。你通过这些奖项获得了什么?它们对导航行业有什么好处?

通过尊重具有差异的人，我们的奖项有助于关注PNT领域，并用于促进创新，卓越，承诺和进步。这是离子的完美作用，我们的荣誉师们都代表了最优秀的技术成果和利他致力于他们的职业。

ION还为优秀导航学生提供奖学金。这些学生有什么突破性的进展吗?

通过促进下一代专业人士和组织领导人的增长和发展，保留了组织的活力。PNT市场和学术界的许多领导者都是前离子学生纸获奖者，其中几名离子的过去总统通过学生计划引入了离子。

2014年在美国坦帕举行的ION GNSS+大会上，最引人注目的进展是什么?

ION GNSS+ 2014会议的亮点之一是全体会议，今年首次包括了几次“引燃会谈”。这些简短、有力和影响深远的介绍集中在技术方案的新内容- -作为每个技术轨道的一部分的小组会议。我们的展板覆盖了系统、政策、技术愿景、商业产品和应用发展，第二次室内定位展板甚至有最新技术的现场演示。这些小组讨论真的吸引了观众的注意力;与会者非常多，引起了热烈的讨论。商业展览也激发了创新。但从根本上说，正是国际观众的技术敏锐性和分享知识的意愿，使它成为一场如此独特的赛事。

在未来的几年里，测量师们可以从GNSS的发展中期待什么新的机遇?

预计在未来几年内，多个GNSS星座将全面投入使用，这将为测量界带来新的和增强的能力:更多的信号和更多的卫星将提供更好的可用性和冗余性，特别是在有限的天空视野区域。然而，这些并不一定会转化为更高的精度，因为观测几何对最终精度水平有很大影响，即使观测到冗余卫星。三频配置将允许形成额外的宽车道和一阶无电离层线性组合，以及二阶无电离层线性组合，这将对模糊度分辨率和坐标精度的速度和可靠性产生积极影响。新的和现代化民用信号的可用性将显著提高标准定位服务(SPS)的准确性。美国政府正在实施三种民用新信号:L2C、L5和L1C。遗留的民用信号L1 C/A将在未来继续广播共4个民用GPS信号。随着新的GPS卫星被发射以取代旧的GPS卫星，新的民用信号正在逐步增加。请注意，在新星座达到18至24颗卫星的水平之前，大多数新信号的用途将是有限的。2014年4月28日，空军开始利用L2C和L5信号广播民用导航信息。全面运行的GNSS星座将能够提供米级(1-10m)的定位精度，具有比仅使用GPS更好的覆盖范围和可用性。 The accuracy of GNSS augmented by space-based and ground-based augmentation is at decimetre level (<1m) and carrier-phase-based multi-frequency techniques, including RTK and PPP, are at centimetre level (<10 cm).

无人机在测绘领域的崛起似乎势不可挡。导航行业如何为这一改变游戏规则的发展做出贡献?

自UAS在地理空间和测绘领域兴起以来，导航行业一直是游戏的改变者，通过开发便携式、低成本和可靠的导航传感器，如GPS板和MEMS imu，以及GPS/ imu集成系统。没有可靠的导航，任何无人机都不能用于国家安全、科学或商业应用。导航行业已经做出了重大的研发努力，以确保精确、连续和全球PNT的可用性，以支持不断增长的地理空间技术应用市场，包括UAS市场。即使是最好的信息也不是“地理信息”，直到我们附加了坐标和时间戳!

人们大部分时间都呆在室内，那里的GNSS信号太弱，接收器接收不到。您如何看待无gnss室内定位系统的发展?

近年来，所谓的高灵敏度GNSS接收机技术已经进入市场。这些接收器有一些室内接收玻璃或木制结构，尽管精度低于在清晰的视线导航。个人导航是为室内和一般面临gnss挑战的环境而设计的，十多年来，导航界对它越来越感兴趣。小型化、便携式传感器已经上市，用于融合传统和非传统传感器(如被动和主动成像器和步进传感器)信息的集成算法也取得了显著进展，随后便携式计算机和无线技术的处理能力得到了提高。基于射频的系统，如超宽带(UWB)、RFID或WLAN，或作为独立导航系统的陆基收发器星座，如澳大利亚定位器，正与MEMS imu(惯性测量单元)和基于图像的导航一起用于室内导航。已经设计和实现了许多研究示范和商业原型。全球天基PNT结合室内导航系统，再加上无线技术、移动计算设备和移动互联网的普及，已经培养了对位置感知系统和服务的新的和日益增长的兴趣。它是增长最快的基于位置的商业市场，并且已经产生了超过47%的基于位置的商业应用。一个典型的智能手机包含一个GPS芯片、数字地图和一些可以提供导航信息的传感器，如imu、Wi-Fi、接近传感器、相机等。更好地利用这些传感器将使智能手机成为未来的终极个人导航设备。

如今，基于商业网络的RTK (NRTK)是用于厘米级定位的重要GNSS基础设施。与此同时，作为NRTK的替代方案，精确点定位(PPP)正在迅速发展。您如何预测在不久的将来准确的定位将会实现?

我认为NRTK作为差分GPS（DGPS）服务的下一个进化步骤，通过扩大基于地面基础设施，近实时IGS轨道和时钟的可用性，增加计算能力和无处不在的Wi-Fi通信。以及多年来一直提供超过24个卫星的坚实GPS / GNSS星座。在PPP模式下，用户将精确的卫星轨道和时钟与在其位置收集的双频率GNSS数据组合，并且可以计算绝对而不是相对于参考站的坐标。需要双频数据来除去一流的电离层效果。坐标精度为厘米级，用于静态解决方案，更靠近运动应用程序的Decimetre水平。在世界许多地区提供密集的地面参考网络 - 欧洲，加拿大，美国，日本等 - 以及从理论上，这些永久跟踪网络的高精度误差校正的可用性可以用于支持单频用户在PPP模式下。静态PPP被认为是一种相当稳定的方法。例如，加拿大自然资源提供了基于PPP的高精度GPS数据处理工具。许多人认为PPP是精确定位的未来。 I believe that the key is the availability and accuracy of the network-based corrections that provide ‘local’ or ‘regional’ resolution of tropospheric and ionospheric corrections and, generally, can provide better accuracy than the global models. Availability of external high-accuracy iono corrections can support faster convergence, which is a primary problem of kinematic PPP. The actual user positioning can be accomplished either as NRTK or PPP, with the benefit of PPP of broadcasting smaller packets of data than NRTK.

未来几年，GNSS行业面临的主要挑战是什么?

首先是财政挑战——政府愿意在全球导航卫星系统上投入多少资金，以及货币支持是否持续、有组织和足够?我们经历了起起落落、延迟和不确定性，尽管GNSS几乎存在于我们生活的每一个方面，但它似乎是一个持续的挑战。例如，空间部分必须以比正在进行的GPS和GLONASS现代化项目更快的速度进行更新和补充。其次，以广泛、公平、透明和全面的方式管理和国际协调全球导航卫星系统的挑战——通过全球导航卫星系统国际委员会建立合作是解决这一问题的极好举措。GNSS行业以及其他行业面临的其他挑战包括:没有备份系统、频谱保护、干扰和干扰、易受频谱和网络攻击以及位置隐私。在应对这些挑战时，更广泛的全球导航卫星系统社区必须扮演主要推动者的角色，因为它创建的这一令人惊叹的全球工具现在已经可供许多人使用，而这些人可能会滥用它。因此，GNSS行业、立法者和监管机构必须积极应对这些挑战。否则，全球导航卫星系统部门和相关行业可能不愿在一个唯一支柱依赖政府政策的市场投资。

当然，也存在技术上的挑战。例如，考虑到无人机正在成为主流的地理空间数据收集平台，GNSS和GNSS/IMU/成像传感器不仅必须轻便，而且必须负担得起，比目前可用的大多数便携式设备更精确。与这一机遇相关的挑战是创新的步伐相对缓慢;该行业必须加快步伐，迅速弥补这一差距。另一点值得一提的是合并和合并的后果。这可能会限制竞争，创造一个由少数制造商或销售商共享的市场，这反过来会导致创新的步伐更慢。

随着欧洲、中国和印度积极开发GNSS系统，如今可用的定位卫星比以往任何时候都多。您认为导航如何从这种增加的可用性中获益?

全球定位系统应用中增长最快的领域是基于位置的服务(LBS)。除了与LBS相关的隐私挑战外，它还为许多市场带来了巨大的机遇，其中亚洲市场处于领先地位。2012-2016年期间，全球GNSS市场的复合年增长率预计将达到约21%，到2020年，仅GNSS lbs的收入预计将超过800亿欧元。目前，全球GNSS设备的数量约为20亿台，预计到2022年将增长近四倍，达到70亿台——这几乎相当于地球上每个人有一台GNSS接收器!

自动驾驶汽车是一个即将到来的应用，它不仅需要可靠的GNSS信息，还必须确保汽车能够通过一套雷达和激光雷达传感器“看到”周围的环境。其中，德克萨斯大学无线电导航实验室已经证明，智能手机天线可以实现厘米级的定位精度。这使得高精度和低成本的应用成为可能，到目前为止，高端、昂贵的GNSS设备一直在为这些应用服务。因此，我们下一步期待的是一款通过众包实现高精度全球地图的应用。D.P. Shepard和T.E. Humphreys在2014年的IEEE/ION计划上提出了一个非常有趣的愿景，即通过融合视觉SLAM、基于载波相位的GPS和惯性测量，实现高精度、全球参考的位置和姿态。

GNSS最初是为军事目的而开发的，最近在乌克兰、加沙和伊拉克发生的动荡突出了它作为军事工具的作用。你认为国际关系的紧张局势是否会影响到GNSS的民用用途?

2004年美国太空PNT政策承认民用和商业应用的增长仍在继续。然而，GPS提供的定位、导航和授时信息仍然对美国国家安全至关重要，它的应用几乎集成到美国军事行动的每一个方面。然而，根据基于空间的PNT指南，美国政府致力于在全球范围内提供持续的、免费的GPS文职服务和民用信号设计信息。我们只能猜测，美国或其他政府是否会决定对信息的准确性或访问权限施加任何限制。随着GPS现代化计划的目标是分离军事和民用信号，可以预期没有必要进行限制。然而，事实证明，欺骗民用信号是相当容易的，因此，谨慎的做法似乎是重点保护严重依赖GNSS的脆弱民用应用程序(如定时、银行、收费、应急响应、天气和气候目的的地球观测、自然灾害、土地利用变化、生态系统健康、海事事务等)，防止蓄意干扰和网络攻击。

卫星导航通常与惯性导航并行不悖。您的组织如何帮助其成员改善惯性导航的使用?

ION致力于通过其众多多样的项目来代表全范围的导航学科。惯性导航课程在我们的几次会议上都有讲授;惯性文献可以在导航我们在所有的会议上都举办了惯性/多传感器跟踪。

传

Dorota a . Grejner-Brzezinska于1995年获得俄亥俄州立大学大地测量学博士学位。她是俄亥俄州立大学土木、环境和大地工程系教授和系主任，卫星定位和惯性导航(SPIN)实验室主任。主要研究方向为GPS/GNSS算法、GPS/惯性和其他传感器集成，以及室内和个人导航和移动地图的传感器和算法。她发表了300多篇同行评议的期刊和会议论文，许多技术报告和五本书的章节关于GPS和导航。她是国际测量学会会员，皇家航海学会会员，国际大地测量协会(IAG)第四委员会主席，定位与应用，以及国际测量学会会员。多洛塔目前担任ION执行副总裁和即将上任的总裁。