北斗卫星系统在应急预警的应用需求分析.docx

需求分析报告1.概述11.1.首都北斗导航系统需求分析目标11.2.需求分析的背景11.3.需求分析的必要性32.卫星导航应用现状52.1.国外卫星导航系统应用现状52.1.1.全球范围卫星导航常规应用62.1.1.1.全球范围卫星导航专业应用112.2.我国卫星导航系统应用现状132.2.1.我国GPS系统应用现状142.2.2.北斗卫星导航系统应用现状162.2.3.中国卫星导航增强系统（CSNAS）应用现状192.2.4.我国卫星导航应用系统202.3.北京市卫星导航产业与应用情况252.3.1.北京市卫星导航产业现状252.3.2.北京市卫星导航系统导航应用现状252.3.3.北京市卫星导航系统高精度应用现状252.3.4.北京市卫星导航系统授时应用现状253.首都卫星导航行业应用需求分析253.1.北京地质灾害监测卫星导航需求分析253.1.1.北京地质灾害现状253.1.2.北京地质灾害防治工作进展及现状263.1.3.北京地质灾害防治工作存在的主要问题283.1.4.北京地质灾害防治工作总体需求分析283.1.5.地质灾害防治工作目标规划303.2.卫星导航系统在精密授时及高精度时间领域的应用323.2.1.卫星导航系统在电力系统的应用323.3.北斗卫星系统在应急预警的应用需求分析323.3.1.网格化预警信息发布343.3.2.偏远及重点地区终端设备整合343.3.3.面向车载终端的预警信息发布353.3.4.指标要求353.4.北斗卫星导航系统在环境卫生服务行业应用需求分析373.4.1.京市环境卫生服务行业概况373.4.2.卫星导航系统在环卫系统中的应用现状383.4.2.1.应用现状383.4.2.2.国内探索与实践403.4.3.需求分析413.4.3.1.建设需求423.4.3.2.功能需求423.5.北京旅游业北斗导航应用需求分析453.5.1.北京市旅游现状453.5.2.卫星导航在旅游中的应用463.5.3.功能需求473.5.3.1.北斗导航系统在管理指挥系统中的的应用473.5.3.2.北斗导航系统在旅行社管理系统中的应用473.5.3.3.北斗导航系统在游客服务系统中的应用483.5.3.4.北斗导航系统在景区管理系统中的应用483.5.3.5.北斗导航系统在交通管理服务系统中的应用484.经济和社会效益分析485.结论和建议51461. 概述1.1. 首都北斗导航系统需求分析目标首都北斗导航系统需求分析报告是首都北京申报国家北斗办中国第二代卫星导航系统北斗应用区域示范重大专项工作的重要组成部分，是建设具有自主知识产权的卫星导航通信系统并广泛应用在民用领域的必由之路。中国第二代卫星导航系统重大专项建设必须以全面满足军民需求为目标，坚决贯彻军民结合、寓军于民的方针，这是提高卫星导航系统的政治、经济、军事效益的重大举措和必由之路。中国第二代卫星导航系统重大专项民用需求分析报告将从目前卫星导航的现实和发展趋势出发，把握中国第二代卫星导航系统重大专项民用需求和发展趋势，提出中国第二代卫星导航系统在民用领域所面临的挑战和机遇，指导制定具有可持续发展和可操作的中国第二代卫星导航系统重大专项总体技术方案，使中国第二代卫星导航系统更加满足民用领域的应用需求和发展需要，以促进中国第二代卫星导航系统在民用领域的广泛推广。1.2. 需求分析的背景卫星导航在国民经济建设中占有重要的位置，是国民经济信息化建设的重要组成部分和推进力量，是建设国家信息体系的重要基础设施，是直接关系到国防安全和经济发展的关键性技术支撑系统。2012年底，中国卫星导航系统管理办公室对外宣布，北斗卫星导航系统正式提供区域服务，北斗系统在继续保留北斗卫星导航试验系统有源定位、双向授时和短报文通信服务基础上，向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务。“北斗二代”系统的定位精度跟GPS相差无几，各终端机之间不借助其他工具可以直接互发短信，北斗导航仪拥有与手机、传真互联互通的功能，民用版的“北斗”导航仪最多可发49个汉字，军用版则可以发送120个汉字。 “北斗二代”预计到2020年，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。卫星导航在国民经济建设中占有重要的位置，是国民经济信息化建设的重要组成部分和推进力量，是建设国家信息体系的重要基础设施，是直接关系到国防安全和经济发展的关键性技术支撑系统。卫星导航系统技术的基本功能是向各类用户和运动平台实时提供准确、连续的位置、速度和时间信息，具有精度高、实时性强、全天候等特点，目前已成为全球普遍采用的导航定位技术。卫星导航系统不但是卫星、运载火箭、通信、集成电路等多种高新技术的集合，同时卫星导航系统高昂的研制、建设、维护费用也对经济实力提出了苛刻的要求。拥有卫星导航的技术和能力，是一个国家综合实力的重要标志，并将在军事、外交和经济上占据主动地位，获取巨大的利益。因此世界上主要大国和商业集团不惜巨资发展卫星导航系统：如美国的GPS和俄罗斯GLONASS在这方面先行一步，我国和欧洲的北斗卫星导航系统及GALILEO系统也已开展建设，日本和印度等也在筹备组建自己的系统。自我国于20世纪90年代开始引进卫星导航定位技术并用于科研、教学等方向，经过十多年的发展，卫星导航的应用已十分广泛，涉及到国民经济的多个领域，包括海洋、陆地和空中交通运输的导航，并在工业、精细农业、林业、渔业、土建工程、矿山、物理勘探、资源调查、陆地与海洋测绘、地理信息产业、海上石油作业、地震预测、气象预报、环保研究、电信、旅游、娱乐、管理、社会治安、医疗急救、搜索救援以及时间传递、电离层测量、飞船、空间站和低轨道卫星等航天飞行器的定位和导航等领域已得到大量应用，或已显示出巨大的应用潜力。它所提供的位置、速度和时间等信息将很快成为现代信息社会的重要信息来源，成为信息时代的国家基础设施之一。2006年，中国政府制定的国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要和国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020年），将发展卫星导航及其应用置于重要地位。根据上述两个规划纲要，中国政府明确了未来五年及稍长一段时期的发展目标和主要任务。应该看到与载人航天、月球探测、高分辨率对地观测系统、新一代卫星通信等航天技术相比，卫星导航与国民经济发展、人民日常生活、军事斗争准备接合的最为紧密。随着卫星导航技术的提高和卫星导航应用范围的扩大，卫星导航将在我国军事领域和民用领域发挥越来越重要的作用。通过建设为全球提供定位、测速、授时及搜救服务的中国第二代卫星导航系统，中国可以为航空、海事、生命安全等卫星导航全球性应用提供有力支持，体现中国作为新世纪大国对全球共同发展所做出的贡献，表明了中国和平利用外层空间、促进人类文明和社会进步、造福全人类的理念。覆盖全球的自主卫星导航系统同时可以在确保我国全球能源运输线的安全、完善海上突发事件的应急处理机制、开展海洋、极地深入科学研究提供支持以及在能源、资源勘探等诸多领域发挥重要作用。通过卫星导航在我国普及水平的不断提高，以卫星导航为基础覆盖公路水路运输的数字交通体系，通过位置信息及实时发布的动态交通流量信息将更加方便人民群众的日常生活，提高生产活动的效率并降低生产成本，促进国民经济的可持续发展，减少能源的使用并有效促进环境的保护。信息技术产业的发展方兴未艾，依然是经济持续增长的主导力量，通过卫星导航的发展，可以为具有自主知识产权的信息技术产业发展奠定基础。卫星导航已经在基础测绘、工程勘测、资源调查、地震监测、气象探测、精细农业、科学造林等诸多领域发挥着越来越重要的作用，特别是对于减灾、救灾、应急、公安等国家安全领域具有重要意义。1.3. 需求分析的必要性位置和时间信息对于社会生产生活和军事作战均具有重要的意义，提供定位、测速、授时及搜救服务的卫星导航系统是典型的军民两用型系统，通过深入分析中国第二代卫星导航系统在国民经济建设、科学技术发展、人民生产生活等方面的需求，可以在中国第二代卫星导航系统重大专项的建设中更有的放矢地为提高人民生活水平、增强我国综合国力、维护国家权益、落实国家可持续发展战略、增强全民科学素质、促进国际经济交往起到推动作用，并将以卫星导航进步为先导，充分带动高技术及相关产业发展、促进传统产业的改造和提升、推动产业结构优化升级、通过依靠科技进步扩大国内需求并促进国民经济增长。我国开展第二代卫星导航系统建设中，美、俄发展卫星导航系统的经验和教训非常值得借鉴。美、俄发展卫星导航系统的最初建设目的是为满足美俄日益膨胀的军事需求、争夺全球霸权而设计，两个卫星导航系统诞生时间近似，技术水平相近，均是由军方立项、设计、建设、管理，初始设计的主要用户也都是军事用户，但经过多年的发展，两系统的运行情况、推广程度、实际价值都出现了天壤之别。俄罗斯的GLONASS完全投入军事应用，所有系统的建设、管理费用均由军费负担，所有技术资料也列为军事秘密，导航系统的用户群只包括军事用户且所有用户由军方管理，同时由于军方不重视民用市场开发，GLONASS系统的用户终端费用也由军费负担，导致可以生产终端的厂家数量较少，终端厂家的投入力度较小、终端用户的数量较少、最终导致终端产品的价格较高，失去了广泛的民用应用前景，使整个GLONASS系统的建设及使用对俄罗斯综合国力的贡献远低于军费的支出，在经济、军事、政治效益上没有带来足够的收益，当由国家税收支持的军费无力支撑系统运行时，系统就难以维持，系统仅有的军事威慑力也大打折扣。美国在GPS运行初期就非常重视GPS的民用推广应用，以总统令的形式宣布GPS对民用用户免费开放，鼓励民用市场的发展壮大，时至今日基于GPS的卫星导航市场已经演变为每年价值近千亿美元的一系列全球性产业链和战略合作关系，GPS也成为卫星导航系统的代名词，在全球范围内各种民用领域广泛应用，多个国家的诸多集团公司的生存依托于对GPS的研究、生产和使用，基于GPS的卫星导航民用产业促进了美国及其它国家的经济发展，解决了大量就业问题，同时为美国的国家税收做出了贡献，也间接的为GPS的维护运营提供了资金。由于GPS的正常运行成为卫星导航产业内诸多公司创造价值、解决就业的基础，许多国家和地区的整体经济发展已经不由自主地严重依赖美国的GPS；同时许多国家（包括中国）多种关乎国计民生的交通、通信、电力、证券等基础性建设也依赖于GPS。一旦GPS出现问题，所造成的经济损失是很多国家所不能接受的。在维护美国“超级大国”的地位中，GPS在民用领域的影响力甚至已经超越了其最初的军事色彩。究其根源，对民用用户的开放程度、对民用产业的扶持程度、对民用市场的培育程度将是一个决定性的因素。因此，在发展中国第二代卫星导航系统的过程中，决策者借鉴其它卫星导航系统的得与失，充分意识到民用推广应用的重要性，在建设初期充分研究民用应用需求，把握民用应用建设脉络，将具有重大的政治战略意义和经济战略意义。2. 卫星导航应用现状2.1. 国外卫星导航系统应用现状应该承认目前全球范围内卫星导航系统的应用以GPS系统为基础，在今后相当长的时间里，这一局面也不会得以改变。GLONASS、GALILEO和COMPASS系统目前还无法提供可靠、准确的定位、导航及时间服务，并且根据目前几个系统的发展速度在未来的十年内这一情况仍不会有太大改变。目前以GPS为代表的卫星导航应用已成为一个全球性的高新技术产业，随着卫星导航技术的进一步发展，GPS的强劲增长趋势将在相当长的一段时期内保持下去。估计今后数年内仍然可能以超过25%的年平均增长率继续发展。目前在世界各国使用的美国GPS，从1996年到2004年间共计已创造了500多亿美元的直接市场价值，应用领域也极为广泛，尤其在物流管理，车船调度，汽车导航，精密测量领域发展极其迅速。正如ABI统计和预测的那样，全球GPS市场在2006年呈现出一片繁荣景象，总产值将超过250亿美元。表 2-1 2003-2006 年全球卫星导航应用领域产值表(2006年全球GPS应用市场研究报告（ABI）)类别领域2003200420052006(E)专业应用航空应用13.4312.1811.6011.62航海应用10.6312.6016.8119.37军用10.2613.8717.1720.60测量和绘图14.0114.5415.4516.34时间和同步5.245.135.235.23机械控制3.804.9410.9317.23消费应用娱乐12.9015.7918.2620.37人/动物跟踪1.251.231.812.09车辆跟踪20.1031.7435.1941.43车载导航系统58.0770.5180.0289.91通讯应用1.142.355.407.79合计（亿美元）150.84184.88217.87251.97从上表看，专业应用类已经不再是全球范围导航系统应用的主体，最大专业市场军用领域也不到市场总量的8，而且各专业领域中除机械控制外其他各类均增长缓慢。在消费应用领域中，车辆导航与跟踪仍然是主流市场，而一直被视为杀手级应用的LBS信息服务市场由于受到3G建设进展缓慢的影响，尚未出现人们预期的井喷增长。2.1.1. 全球范围卫星导航常规应用美国、欧洲及日本是目前全球范围卫星导航系统的主要应用主体，通过应用的分布也可以看出卫星导航相对其它新技术的应用仍然处于发展期，尽管卫星导航可以为生产生活提供更多的便利，但是受应用对象的经济、科技、消费观念的发展制约，卫星导航仍未广泛普及到发展中国家。从目前美、欧、日三大卫星导航成熟市场来看，因为环境特性、相关法规及生活习惯不同，造成各区域对GPS产品的需求有较大的差异，目前就消费习性看来，美国对于休闲用GPS产品有很高的接受度，欧洲以汽车导航及个人定位追踪产品为主，日本最突出的则是对汽车导航产品和实时交通信息的依赖较大。 图2-9 2006年GNSS应用产品销售区域分布预测美国是GPS的控制国，也全球科技、经济、实力水平最高的国家之一，加上其雄厚的技术基础和创新体制，核心的GPS芯片设计技术和产品大多数来自于美国公司。美国的芯片厂商SiRF占据世界导航型芯片市场，高通占据CDMA GPSOne手机的世界市场，Trimble在世界高精度测量市场、NavteQ在北美电子地图市场都取得了商业上的成功。目前美国对GPS的主要应用体现在个人位置服务、交通导航和休闲服务。 图2-10 美国卫星导航应用市场销售统计2005年美国销售普通手机4090万部，智能手机1240万部，2006年LBS用户将达到1200万，和智能手机销量相当。根据TomTom分析，美国消费者2006年将购买便携式导航仪（PND）的数量也将由2005年的80万部增至200万部。对于美国市场的消费者来说，产品价格已经不是影响其购买决策和满意程度的首要因素，但也是比较靠前的考虑因素。这表明，美国市场的用户比较看重产品本身的性能，在此基础上追求产品具有较高的性价比。一般来说，在一个发展较早和相对成熟的市场，用户的消费也更加理性，不会一味追求产品价格的低廉，而更加看重其使用效果和方便程度，美国卫星导航应用市场的情况也正是如此。美国联邦电信委员会(FCC)在1996年颁布E-911(Enhance 911)安全条款，要求所有在美国销售手机的制造商及移动电话服务业者，在2005年底前必须提供用户具有卫星定位功能的手机与通讯服务，为通过移动电话打911电话请求紧急救援的求救者确认事发地点与呼叫电话号码，使得救援人员在最短时间内抵达求救者所在地。美国的三大移动电话运营商都推出了LBS服务。Nextel是在LBS服务方面最积极的一家美国运营商，该公司在2002年10月推出了其首款具有GPS功能的手机i88s。目前，Nextel的所有手机都具有GPS功能。Nextel公司目前依靠大约20家供应商提供24种LBS应用，这些应用分为5大类，其中包括下载个人导航地图、快速跟踪和供应链管理。Sprint 公司和Verizon 公司依靠高通公司的技术在他们的CDMA 蜂窝网络上使用GPS，目前泰为（TeleNav）和导世通（Destinationer）为这两家公司提供导航技术。美国是公认的汽车王国，与欧洲、日本成为世界汽车主要生产国和消费国。美国仅2005年轻型汽车的销量1700万辆，平均每千人拥有750多辆车，汽车保有量超过2亿。汽车文化已经是美国文化的具体体现，因此在GPS系统未出现时美国的公路交通已经非常发达，相应的配套服务也相关健全，因此GPS在美国的应用的相对于欧洲和日本相对落后，利用卫星导航的用于交通导航最成功的例子是通用汽车公司的OnStar服务系统，该系统通过GPS、无线通讯等技术为通过汽车用户提供卫星导航、实时交通信息服务、车辆保养与远程诊断等服务。欧洲在科学技术的若干领域内也处于世界较领先地位、居民生活水平较高、个人消费能力很强。对于卫星导航应用来说，欧洲市场绝对是新产品的发源之地，同时欧洲也在一定程度上代表着全球卫星导航产品的发展方向。 图2-11 欧洲卫星导航应用市场销售统计由于欧洲具有悠久的历史，欧洲各国在保护历史的付出一直是值得包括中国在内的其它国家所学习的，因此欧洲的道路相对美国复杂多变，同时欧洲也具有休闲度假的传统，假期全民携带自行车、游船外出旅游是欧洲特色，欧洲卫星导航在交通领域的应用发展相对美国更为广泛，特别是便携式导航仪（PND），由于可以方便的在汽车、个人休闲等不同应用中使用，以及欧洲市场对于汽车配置的简约追求，得到广泛应用。欧洲的RDS-TMC系统是实时交通信息（Traffic Message Channel）的简称，是欧洲的辅助GPS导航的功能系统，欧洲地区唯一的大规模交通信息解决方案。TMC使用FM无线调频系统（RDS）播报实时交通及天气信息，由配备TMC的车载无线接收终端或导航设备接收解码，以各种方法提供给驾驶员。TMC能实时反映区域内交通路况，指引最佳、最快捷的行驶路线，提高道路和车辆的使用效率，方便居民出行，协调城市交通，使得车辆导航监控和信息服务成为城市智能交通管理系统（ITS）的重要组成部分。目前欧洲人出行对TMC的依赖程度已越来越高，TMC成功地拉动了欧洲导航市场的发展。欧洲手机普及率为世界之最，多个国家手机普及率超过100%，同时欧洲是移动运营商最多、竞争最激烈的地区。目前欧洲有80多家移动运营商正在提供或测试多种形式的定位服务，其用户总数超过2.7亿。日本是一个经济强国，在全球范围内，日本导航市场和终端产品技术发展处于领先地位。日本交通运输业高度发达，是汽车生产和消费大国。四轮机动车保有量为7465.6万辆（2004），其中轿车为5599.4万辆，每100户家庭平均为110.4辆（2004）。日本车载导航市场首屈一指，日本车辆导航技术之所以这么发达，与其国家地理特点以及历史密不可分。与欧美等国家相比，日本国土面积小，人口密度大，同时历史较长，城市布局受历史影响较大。现代城市大多是从古老的城市基础上发展起来的，城市路网稠密而且布局不甚合理，改造费用又高，从而带来了其交通的复杂性。日本车辆导航产品在市场上的出色表现一方面是因为日本制造技术先进，基础设施配套齐全，更主要的因素是日本导航产品在功能和性能上的设计真正满足了市场需要。日本的车载导航系统功能丰富，使用方便，在能满足导航诱导的同 时还能提供多种服务，具有很好的性价比；对社会和国家而言，导航技术的普及大大缓解了交通拥堵，在提高交通效率的同时，对环保也有所改善，符合国家的利益。因而该技术的推广应用也得到了国家从基础设施到配套软件环境的大力支持。对整车厂商而言，它完全类似于一种普通的汽车配件，因而该产品被众多车厂选定为标准配件安装，这也为导航产品的推广起到了很大的作用。在日本，用导航仪驾车找路似乎已经不再是一种时尚，而是日本人生活习惯的一部分，价格为1万美元的低价轿车都会去安装一部车载导航仪。不仅在终端生产，同样在汽车信息服务上，日本也在全国建立了汽车信息通信系统（VICS），驾车者根据安装的车载导航系统接受来自中央指挥系统所提供的路况信息，及时调整行驶方向，以缓解交通拥堵。VICS中心于1995年正式建立并在日本投入使用。目前日本车载导航系统上搭载有VICS功能的车辆达到1500万台，VICS是世界上最为普及的交通信息服务体系。且随着ITS 的推进，在相关的汽车、电子、通讯应用领域，今后20年间预计将创造出50兆亿日元(约500亿美元)的新市场。 图2-12 日本国内汽车导航市场统计目前，日本的通信网络建设世界领先，已经开通了导航服务、手机电视等3G相关业务，目前日本共有9000万手机用户，3G用户3400多万。日本的移动通信已经从2G向3G转移，3G手机用户已经超过40。3G给LBS市场带来了发展机会，目前三大电信运营商都推出了LBS服务。日本用户已建立起对LBS业务的使用习惯，2004年日本LBS市场产值达到5.5亿美元，已接近我国2005年移动增值市场规模的十分之一，市场规模相当可观。如NTT DoCoMo推出的基于i-Mode品牌的定位服务“iArea”，提供的内容包括WNI气象信息、iMapFan电子地图、美食家、ATIS交通信息、Zenrin携带式地图以及住宿信息6项服务。在KDDI发售的所有手机中，就有高达70的手机支持GPSOne移动定位技术，而且价格普遍在200美元以内。KDDI推出的定位业务已达100多种，如电子地图、餐馆指南、火车时刻表、城市指南、天气和紧急信息等，但是由于价格问题，仅仅有10的GPS手机用户订购LBS服务。2.1.1.1. 全球范围卫星导航专业应用l 地基GPS追踪站网的应用不同国家对由多个长年连续卫星跟踪站网构成的系统有不同的称呼，如日本称为电子大地测量控制网，加拿大称为主动控制网，美国称为连续运行参考站系统（CORS）等等。现在越来越多的国家用连续运行参考站网或CORS来描述和定义这一系统。地基GPS永久性追踪站网所传送的信息在经典意义上的应用一般可归结为以下9个方面：在海、陆、空进行实时(含后处理)的静态和动态定位和导航(含各类差分技术)；测定地壳形变，包括板块，板块边缘、板内地块的形变和运动，反演应力场；用于守时和定时；地球自转参数测定，即对极移及其速率和周日长的测定；维持ITRF；结合对验潮站的定位和位移速度测定，进行绝对海平面变化的监测； 以较好平面分辨率测定大气中可降水分，有助于全球气候变化研究和中短期天气预报的改善；测定电离层离子浓度，有助于无线电通讯管理和无线电测量；对地震、火山、山地滑坡等灾害的前、中、后期的监测和可能的预报作贡献。l IGS的服务在全球地基GPS连续运行站（约200个）的基础上所组成的IGS （International GPS），是GPS连续运行站网和综合服务系统的范例。它无偿向全球用户提供GPS各种信息，如GPS精密星历、快速星历、预报星历、IGS站坐标及其运动速率、IGS站所接收的GPS信号的相位和伪距数据、地球自转速率等。这些信息在大地测量和地球动力学方面支持了无数的科学项目，包括国际地球参考架（ITRF）的实施和改进、固体地球形变的监测、高分辨的推算地球自转速率及其变化、监测水圈（海平面、冰层等）的变化、精密时间传递、科学卫星的定轨、电离层监测、对流层效应以及气候学研究和异常恶劣天气的预报等，同时还用于地球重力场测量的低轨道重力卫星（CHAMP、GOCE 和CRACE），开辟了卫星空间重力大地测量的新领域。IGS目前提供的服务有：高精度的GPS卫星星历；地球自转参数；IGS跟踪站的坐标和速率；GPS跟踪站的时钟信息；电离层数据；对流层数据；所有GPS卫星的高质量轨道（以优于5cm的精度）和预测轨道（25cm）；以RINEX格式提供每个IGS跟踪站的日和/或小时相位和伪距观测。 l 空基或星基GPS的应用当前GPS应用方面的发展主要是有愈来愈多的星基GPS进入实用阶段，例如有美法的T/P卫星，美德的Microlab卫星，丹麦的Orsted卫星，南非的Sunsat卫星，德国的CHAMP卫星，阿根廷的SAC-C卫星，法美的Jason-1卫星，美德的GRACE卫星和台湾的COSMIC卫星等，从而大幅度扩大了GPS的应用范围，出现了各种新的应用领域。星基GPS提供了定轨和定姿，对流层顶层高度，平流层风场，离子浓度和大气湿度的垂直分布等方面的信息。它的应用可以大致归结为以下五个方面：(1) 星基GPS可以有助于卫星精确定轨，这对遥感卫星和测高卫星有重大意义；(2) 星基GPS用(无线电波)月掩星法，对电离层离子浓度和大气可降水份提供连续的水平截面的信息，结合地基GPS的有关信息，可生成三维层析成系资料，由此可以作出其相应的静态和动态模型；(3) 星基GPS提供和改善有关卫星所获取的地球重力场的信息；(4) GPS对大气科学又提供了两种新的信息，即无线电波在大气中的连续的折射角(bending angle)和折射率，现在美国的气象和天气模型中已加进了这两个参数。它们和湿度、温度有紧密联系，经试验，加进这两个参数和天气模型显著改善了中短期天气预报。(5) 研究表明GPS信号在洋面上的反射信号可以相当于测定海面地形和洋流状态的海洋测高仪，因此在即将发射的德国CHAMP卫星和SAC-C卫星上决定设置仪器获取这一信号。2.2. 我国卫星导航系统应用现状从整体上看，我国卫星导航应用的主要系统是GPS系统，自主知识产权的北斗卫星导航系统尚未达到服务国民经济发展的目标。卫星导航的产业化步伐还不快，产业链尚未形成，与扩大内需、便利人民生产生活、加快国民经济信息化进程的要求还有较大的差距。卫星导航主要技术及大部分收益由国外控制。我国政府部门高度重视卫星导航应用产业的发展，将其作为促进产业结构优化升级的重要途径和手段。各级主管部门和机构针对卫星应用领域的政策陆续出台，积极推动了卫星应用在我国的发展，展示了政府对卫星相关应用的支持态度，为卫星导航及其相关应用产业的发展创造和建立了良好的外部政策环境。国防科工委为中国北斗二号卫星导航系统民用产业化建立专项；国家发改委制定并组织实施“卫星导航应用产业化”专项；科技部运作的中欧Galileo合作计划得到了中央政府的支持和授权；在中国政府的“十一五”规划中，卫星导航作为卫星应用的主要对象明确列入今后五年内的“高技术产业工程重大专项”之一。2.2.1. 我国GPS系统应用现状90年代中期GPS开始在我国开始大规模应用，应用方式主要为引进国外的GPS芯片或终端并与其它通信系统集成，在汽车防盗、物流运输、车辆监控等方面有相对较高的应用规模。进入20世纪后随着家用轿车的普及，使用GPS用于车辆导航的应用模式发展较为迅速，成为GPS在我国应用的主要增长点。由于移动运营商的推广力度、终端厂商的产品更新及用户对于个人导航的需求影响，基于GPS的个人位置服务在我国一直没有得到普及。同时，在国家和地方的信息化建设中均不同程度地涉及GPS应用项目，如卫星导航定位多功能综合应用网络体系，智能交通系统项目、“数字中国”、“西部大开发”和“东北老工业基地振兴”等重大工程与项目。涉及国民经济和社会的许多部门和领域，如通信导航、交通运输、石油地质、精密测量、环保旅行、安全防范、紧急救援等。从我国卫星导航市场来看，2005年总产值才突破100亿元人民币，仅仅占全球的6.9%，这和我国经济总量、人口总量、汽车总量、手机总量所占比例相比，都存在较大的差距，但是其增长速度还是相当可观，较2004年产值增长超过70。表 2-1 2003-2006 年我国卫星导航应用领域产值表应用领域2003200420052006(E)车辆监控12.0023.0042.0060.00车辆导航3.008.5016.0025.00通 信0.200.503.005.00军 用7.5012.0021.0025.00测绘/GIS3.203.503.804.00海 用2.002.502.803.00个人跟踪0.100.702.203.50娱乐消费2.003.504.805.00时 间4.506.007.008.00信息服务5.0010.0019.0030.00总计（亿元）39.5070.20121.60168.50数据来源：中国 GPS应用协会信息咨询中心各级政府部门通过利用卫星导航技术开展在其它行业的广泛应用，也促进了卫星导航在中国的应用，比如交通部2002年就下发了关于继续进行道路危险货物运输专项整治的通知，要求对于从事运输“三危”（剧毒、放射性及易燃易爆化学危险货物）的运输车辆应安装GPS卫星定位系统或行车记录仪和通信设备，并逐步在其他危险品运输车辆中推广。目前在运钞车、急救车、危险品及贵重物品运输车等特种车辆领域，车载GPS被广泛应用。目前卫星导航车辆应用以监控指挥调度管理为主，车载导航终端市场加速发展 车辆应用系统主要分为两类，监控调度和车载导航。目前，地方政府管理部门为加强行业管理，出台了许多相关法律规范，要求商业运营车辆安装GPS监控调 度系统，从而提高管理效率。按照北京交通委北京出租小轿车GPS车载终端功能技术要求规定，北京未来的出租车都将装备GPS终端，其附属设备至少包括：GPS天线、通信天线、报警开关、监听麦克、手持式或耳麦式电话、显示屏。能够接收GPS卫星定位信息，并具有双向数据通信功能，能够按照控制中心指令回传数据，接收中心传送的数据信息。深圳市出台公路客运场站功能定位方案，方案规定，客运班车必须安装定位系统（GPS）或行车记录仪。根据四川省道路运输管理条例第二十四条的规定，凡营运车辆均应安装GPS。北京市急救中心为迎接奥运，将对指挥调度系统进 行扩展，专门成立120奥运医疗急救指挥中心，与奥组委指挥系统、场馆急救 中心等相呼应。逐步完善医疗救援指挥中心的各项设施，改建卫星定位系统，加 入北京市数字无线集群通讯系统，在医疗救援指挥中心配备两辆通信指挥车并装备现场图像传输系统，在所有救护车建立通讯终端并安装 GPS系统。北京市奥运食品安全系统已经建成，北京市政府食品安全监督协调办公室确立了10大类345个品种食品标准，并在奥运会期间通过GPS定位系统对运输车进行全程监控。云南省政府发出关于预防重特大道路交通事故的通告强调，凡运距在200公里以上的客运车辆，必须于年底前按规定安装GPS车载终端。2.2.2. 北斗卫星导航系统应用现状北斗导航卫星试验系统是世界上第三个投入实际服务的卫星导航系统，是具有中国自主知识产权的卫星导航系统。北斗导航卫星试验系统从国家的安全和利益考虑解决了我国卫星导航系统的“有”和“无”的问题。北斗导航卫星试验系统于2002年试运行，2004年4月全面对民用客户开放，在军民两用上发挥了巨大的作用，迄今为用户提供定位服务超过亿次，通信服务超过千万条，在军事应用、森林防火、水利防汛、交通运输、安全保卫等领域产生了显著的社会效益。但是，由于种种原因，北斗卫星在更多应用领域中的用途还未被认知，卫星的资源还有大量的闲置，以卫星在轨寿命8年来计算，每天有100万元的折旧在白白消耗，以卫星设计容量为百万户来计算，目前在线的终端用户不足千分之一。造成北斗导航卫星试验系统的应用落后的原因是多方面的，在技术方面，北斗导航卫星试验系统的系统框架为RDSS业务，其设计的主要工作模式要求完成定位、通信或授时服务(高精度双向授时)必须要求与中心站进行数据交换，是北斗导航卫星试验系统应用推广的先天缺陷。l 用户终端要求有向高轨道卫星发送数据的能力，对用户终端功率提出了要求，高容量的电源也同时制约了用户终端的小型化进程。由于频率与GPS等现有卫星导航系统不同，很难在芯片化等工作中借鉴其它的导航系统终端。l RDSS的工作模式决定了中心站的工作状态是向用户提供服务的先决条件，如果中心站出现故障，结果是所有用户都无法得到任何服务。根据北斗导航卫星试验系统的维护单位卫星定位总站的公开数据，北斗导航卫星试验系统在2005年系统中断服务高达122分钟，在北斗导航卫星试验系统的实际使用中，用户无法预测在什么时间得不到系统的服务，严酷计划挑战采用北斗导航卫星试验系统用户的信心。l 同样由于RDSS的业务模式，北斗导航卫星试验系统的用户终端无法产生三维坐标，自带高程的定位方式大大增加了用户终端的成本，采用中心高程解算的方式也只能给出理论大地高度，加上无法适应高动态的定位需求，实际推广难度较大。l 北斗导航卫星试验系统采用中心解算的设计模式也对用户容量提出了要求，根据系统的容量设计，最大用户容量为百万量级，也影响更多企业向北斗导航卫星试验系统投入更多人力财力的决心。在产业发展方面，北斗导航卫星试验系统从系统建设起就充满浓厚的军用色彩。作为“杀手锏”系统，系统在设计初期主要为考虑系统如何向军用用户服务，很少或没有考虑民用用户的需求。在系统建成之后，多名院士联名向国务院建议，才逐步有限的向民用用户开放，但是在产业及政策中仍充满了壁垒。作为武器系统立项的北斗导航卫星试验系统，其宣传推广严重滞后；与“神州”、“嫦娥”等航天系统具有同样的标志性意义，但是公开的宣传远远落后于“神州”、“嫦娥”系统，除卫星发射、系统建成时的新华稿，很难看到公开正式的宣传，更不用说“神州X号指定矿泉水”等系统企业共赢的软推广了。除在导航设备展、中央电视台军事频道，可能只有在网上军事论坛中寻找北斗的身影。与遍布各个电子卖场、充斥在电视购物中、甚至是在公共汽车上都可以看到GPS身影，北斗用户终端的知名度很难与其相抗衡。在绝大多数普通用户在“卫星导航”与“GPS”之间概念还难以区别时，北斗导航卫星试验系统保守的推广运营方式无疑会阻碍北斗导航卫星试验系统的发展。北斗导航卫星试验系统主管单位一直是军方，军方特殊的使命也从根本上决定了北斗导航卫星试验系统是一个相对封闭的系统，尽管北斗导航卫星试验系统的设计理念与美国一个主要用户面向北美运输企业的卫星导航系统GEOSTAR异曲同工，但是北斗系统的所有技术细节作为“机密”级资料全部没有公开，仅有极少数的研制厂家拥有相关的全部资料，形成了客观上的技术垄断；在北斗开展民用推广后得到技术细节的研制厂家以军工、航天企业为主，这些厂家的主要客户是国家、军队、航天，对产品的可靠性、容错性拥有长期的经验，可对产品的易用性、性价比缺少天生的敏感。在面向普通用户激烈竞争中存活的企业，特别是没有任何背景的民营企业，很难进入北斗导航卫星试验系统这个相对封闭的开发体系，而这些企业往往是最能把产品推向市场的企业。反观GPS，在经过多年的发展后，GPS卫星导航产品已经从高高在上的奢饰品变为普通消费者可以接受的普通电子产品，从终端的研制、生产、销售、增值服务形成了完整的产业链，能够吸引更多的社会资金与社会力量参与到GPS产业链中。北斗导航卫星试验系统的基本需求是满足在特定历史时期下对敌作战的紧迫需求，也决定了北斗导航卫星试验系统是以军事用途为主要服务对象的系统。北斗导航卫星试验系统由军队建设、军队维护，也由军队对用户进行管理，由于军队的特殊性，不允许也不适应开展商业运作，缺少商业规划的能力及相关人才，导致北斗导航卫星试验系统的运营管理模式充满了计划经济的味道。在终端产品的统一订购、统一制造、集中注册等管理、最后由部队配发至基层使用单位，整个终端产品的生命周期是典型的军品计划管理。繁琐的审批流程、复杂的注册手续、森严的部队机关削弱了北斗导航卫星试验系统终端的商业竞争力。尽管北斗导航卫星试验系统为推动民用用户的发展授权了特许运营商，国家发改委也出台了相应的扶持政策，但仅仅两三家特许运营商面对的上千家的GPS厂商，在GPS厂商考虑是扁平式渠道还是总代型分销的同时，几家北斗特许运营商也许在与部队就新用户的注册进行着文件往来。2.2.3. 中国卫星导航增强系统（CSNAS）应用现状应该客观承认中国卫星导航增强系统（CSNAS）系统完全没有达到最初系统设计时的应用效果，目前正式的民用应用用户不会超过100个，当然由于该系统采用广播式服务、可能还有非正常用户，但是系统所远远没有达到最初的设计用户容量。这一不正常现象是多方面原因造成的。首先，中国卫星导航增强系统（CSNAS）在设计之初是要为GPS提供增强补充服务，当时由于SA政策GPS的民用服务精度一般为100米左右，通过中国卫星导航增强系统（CSNAS）可以把这一精度提高到10米左右并提供完好性服务；同时在当时北斗导航卫星试验系统不能马上提供导航定位服务的情况下，中国卫星导航增强系统（CSNAS）可以只通过一颗北斗卫星为用户提供可靠、相对精确的导航定位服务，可以缓解当前军用及民用用户对于导航定位的迫切需求。但是随着美国宣布取消SA，中国卫星导航增强系统（CSNAS）的优势不再，尽管当时美国表示取消SA是基于对世界负责，但是应该注意到除了美国在卫星导航技术的进步可以为军用服务提供更高的精度外，当时EGNOS、CSNAS等增强系统的出现也加大了美国在卫星导航领域商业竞争的压力。对于竞争对于不具有技术的情况下采用技术封锁、高价掠夺；当竞争对于具有技术能力后采用低价倾销是美国的一贯策略。其次，在失去了中国卫星导航增强系统（CSNAS）的种种技术优势后，主管部门减少了对该系统的人力和资金投入，将更多的精力放到了北斗系统的建设上，也是中国卫星导航增强系统得不到广泛应用的重要原因。由于缺少人力和资金投入，该系统的建设进展一直缓慢，中心站的研制工作最少时只有不超过十个人参加；同时随着GPS价格的降低并迅速占领市场，中国卫星导航增强系统也得不到用户厂商的重视，原有的研制单位纷纷取消或暂停了中国卫星导航增强系统终端的研制计划。同时由于增强系统所有数据是通过北斗链路向用户广播，用户终端除接收GPS信号还要接收北斗信号，在北斗系统未向民用用户提供服务时民用用户也无法使用中国卫星导航增强系统，同时军用用户己不允许（不推荐）使用GPS系统，军用用户也得不到大力发展。最后，由于中国卫星导航增强系统的少数参考站设备故障率较高，致使系统参考站采集数据不连续；个别参考站设站环境较差，干扰因素多，导致观测数据误差较大；另外，参考站至中心站数据传输的丢失较严重，导致系统的差分计算结果一直不理想。整个系统的差分定位精度一直与GPS单点定位精度相差不大，最严重的时候差分定位结果甚至不如单点定位结果。2.2.4. 我国卫星导航应用系统l RBN-DGPS（近海船舶信标差分GPS网）沿海无线电指向标-差分全球定位系统（RBN/DGPS）是一种新型、高精度、全天候的海上导航定位系统，是中国海事局“九五”期间的重点建设项目，截止2000年底，中国沿海20个RBN/DGPS基准台站已全部建成，并于2002年1月1日零时起全面开通，正式向公共用户无偿提供服务。为适应国民经济、国际贸易和社会发展的需要，满足航行在我国主要港口、重要水道和沿岸的海上公众用户、国防、海洋测绘、海洋石油开发、海洋渔业、海洋资源调查、海上交通安全管理、疏浚、引航等和其它需要高精度导航服务的用户需求，中国海事局结合我国国情，在分析我国沿海无线电指向标现状及主要问题的基础上，借鉴和吸收国际先进经验，参照国际组织有关标准、规定和建议，于1995年制定了中国沿海RBN/DGPS系统建设规划，规划根据各海区特点，采用无线电指向标-差分全球定位系统的成熟技术，充分利用现役无线电指向标站的设施，统一部署，分期实施，在国家“九五”期间建成中国沿海无线电指向标-差分全球定位系统台链，信号完全覆盖中国沿海海域，使之成为一种国际标准化、现代化的助航系统，达到九十年代国际水平。根据这一规划，统筹考虑我国航行水域现状，并结合周边国家和地区的情况，中国海事局从1995年2000年分三期在我国沿海地区共建设20座RBN/DGPS台站，按规定强度信号覆盖（或多重覆盖）整个沿海水域和部分陆域。完善性监控台与基准台和播发台同步建设，且同台址。一期台站包括大三山、秦皇岛、北塘、王家麦、大戢山和抱虎角，共6座，于1996年改造建成。二期台站包括燕尾港、石塘、镇海角、鹿屿、三灶、硇洲岛和三亚，共7座，于1998年建成。三期台站包括老铁山、成山角、蒿枝港、定海、天达山、防城和洋浦，共7座，于2000年建成。 图2-13 中国沿海RBN-DGPS系统中国沿海RBN/DGPS系统工作频率依据国际电联划分的海上无线电指向标频率范围（283.5325.0kHz），RBN/DGPS台站采用单频发射制，播发差分修正信息。差分全球定位系统识别码依国际灯塔协会（IALA）分配给我国的基准台和播发台的识别码范围由北向南按区域进行分配。差分修正信号在海上接收场强在75v/m时，作用距离300公里。我国RBN/DGPS向用户播发的差分信息采用最小移频键控（MSK）调制方式；播发类别为调相单信道数据传送（G1D）。RBN/DGPS信号格式采用RTCM SC-104信号格式标准，包括部分卫星组的差分修正、提供台站的特殊信息，数据传输率为200波特。中国沿海RBN/DGPS系统基准台坐标采用WGS-84坐标系。根据中国沿海RBN/DGPS系统建设规划，为保证海上用户获得高精度助航服务，首先要求基准台在世界大地坐标系（WGS-84）中的坐标位置必须十分准确，其绝对精度应优于0.5米。为此，中国海事局组织了两次RBN/DGPS台站位置联测。为确保系统的定位精度，专门邀请中国测绘院等单位的专家，共同拟定“沿海RBN/DGPS台站坐标测定技术方案”，对RBN/DGPS基准台坐标进行测定。北起长春，南至三亚，采用16个国家GPS A级网点，共联测了23个