歐盟2015年《GNSS市場報(bào)告》之測繪應(yīng)用

歐盟2015年《GNSS市場報(bào)告》之測繪應(yīng)用

2015年3月，歐洲全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)管理局（GSA）發(fā)布了《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）市場報(bào)告》（第四版）（簡稱《報(bào)告》）。《報(bào)告》在概要闡述全球GNSS市場新進(jìn)展的同時(shí)，分別從位置服務(wù)、道路、航空、鐵路、航運(yùn)、農(nóng)業(yè)、測繪和授時(shí)同步八大應(yīng)用領(lǐng)域分析了GNSS市場發(fā)展現(xiàn)狀，并對2023年前的發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測。文章梳理了報(bào)告測繪應(yīng)用部分的主要內(nèi)容，供讀者參考。

一、GNSS在測繪中的應(yīng)用

1.GNSS設(shè)備在土地測繪中的應(yīng)用

·地籍測繪：建立產(chǎn)權(quán)邊界。征稅等財(cái)政政策很大程度上依賴于地籍測繪。

·建筑測量：覆蓋建筑或土木工程項(xiàng)目的不同建設(shè)階段，其中機(jī)床控制應(yīng)用自動(dòng)化建設(shè)活動(dòng)尤其依賴于GNSS。

·機(jī)械控制應(yīng)用采用GNSS定位，例如，采用3D數(shù)字化設(shè)計(jì)得到的信息自動(dòng)控制施工設(shè)備的刀片和鏟斗。

·人本（Person-based）應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)多種定位任務(wù)，包括做調(diào)查、檢查水平、履行建筑檢查以及放樣參考點(diǎn)和標(biāo)記。

·繪圖：在制圖、環(huán)境和城市規(guī)劃中，GNSS被用來設(shè)計(jì)感興趣的指定位置點(diǎn)。

·礦業(yè)：礦山勘測包括礦山開采各階段中的測量和計(jì)算，例如安全檢查。

2.GNSS設(shè)備在海洋測繪中的應(yīng)用

海洋測繪：海床勘測、潮汐和海流估計(jì)、近海測繪等多種活動(dòng)，這些活動(dòng)的輸出對于海上航行非常重要。

二、主要趨勢

在成熟的和新興的市場中，GNSS支持土地和物業(yè)管理活動(dòng)。

1.主要市場趨勢

·新興國家的強(qiáng)勁經(jīng)濟(jì)增長和快速城市化刺激了世界新區(qū)域?qū)τ诮ㄖ偷丶疁y量活動(dòng)的需求。

·機(jī)床控制的人本建筑應(yīng)用和巨大市場價(jià)值驅(qū)動(dòng)GNSS設(shè)備的使用。

·繪圖的大眾化：GNSS接收機(jī)價(jià)格的降低和精度的提高正將繪圖轉(zhuǎn)變?yōu)楦右资褂玫幕顒?dòng)。

2.GNSS增加施工生產(chǎn)力

測繪可以用來精準(zhǔn)的確定點(diǎn)的位置，點(diǎn)之間的距離以及角度。GNSS設(shè)備支持通過在人本操作和機(jī)械導(dǎo)航方面協(xié)助經(jīng)營者以支持建筑工程，其優(yōu)勢如下：

·GNSS設(shè)備可以更快的完成測繪任務(wù)，并減少平地機(jī)和挖掘機(jī)之間的傳遞次數(shù)，從而節(jié)省時(shí)間。

·GNSS設(shè)備可以降低機(jī)械磨損、減少錯(cuò)誤、使機(jī)械利用的利潤最大化，并節(jié)省燃料消耗，從而節(jié)省投入和資金。

·GNSS設(shè)備可以提高設(shè)計(jì)和建造之間的數(shù)據(jù)交換，并且可以提供可重復(fù)和一致的數(shù)據(jù)記錄，從而提高建造的質(zhì)量。

3.用戶需求的發(fā)展將促進(jìn)市場成長

在土地和海洋測繪中，以GNSS為基礎(chǔ)的儀器滿足施工者、測量員、工程師、科學(xué)家等大范圍專業(yè)用戶的許多需求。

·精度：根據(jù)應(yīng)用和區(qū)域的不同，精度需求從厘米級（例如，建筑的控制測繪）到米級（繪圖）不等。

·實(shí)用性：為提高采礦活動(dòng)、城市峽谷地區(qū)地籍和建筑測繪事業(yè)中GNSS設(shè)備的實(shí)用性，需要多星座接收機(jī)。

·首次定位時(shí)間（TTFF）和時(shí)間收斂（TTC）：高生產(chǎn)力的需求要求快速TTFF和TTC。

·價(jià)格：成熟市場中的終端用戶依賴于貴的但同時(shí)高度精致的設(shè)備，精度通常為厘米級別。而大型新興市場中的終端用戶則相比于高精度，更傾向于花費(fèi)更便宜的設(shè)備。

用戶需求的改變促進(jìn)亞洲商家進(jìn)入到新興產(chǎn)業(yè)當(dāng)中產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟(jì)并累計(jì)專門知識。未來，已建立的北美/歐洲公司和亞洲制造商之間的競爭將更加激烈。這些競爭將同時(shí)發(fā)生在成熟市場中，而不僅是新興市場中，并可能重塑整個(gè)測繪行業(yè)。

4.UAV市場正在快速增長

無人機(jī)（UAV）的民用應(yīng)用為采用空基活動(dòng)提供了新的機(jī)會：

·無人機(jī)可用于快速、經(jīng)濟(jì)和高度自動(dòng)化的獲得小型或中型尺寸區(qū)域的地測數(shù)據(jù)；

·攝影和地形數(shù)據(jù)都可以通過無人機(jī)得到；

·在無人進(jìn)入的情況下可以通過無人機(jī)測繪危險(xiǎn)或難以接近的區(qū)域。

三、產(chǎn)業(yè)

依靠價(jià)值鏈環(huán)節(jié)的主要角色的列表。

1.測繪應(yīng)用價(jià)值鏈

測繪應(yīng)用價(jià)值鏈中的主要參與者如圖1所示。

圖1 測繪應(yīng)用價(jià)值鏈

2.歐盟GNSS產(chǎn)品在全球市場中的份額

GNSS測繪方面的龍頭企業(yè)是多國的，并且服務(wù)于一個(gè)遠(yuǎn)超它們原先領(lǐng)域的非常多樣化的市場。到目前為止，來自成熟市場的公司仍然主宰者接收機(jī)制造商市場。Trimble仍是該行業(yè)的領(lǐng)頭者，其后是Hexagon和Topcon公司。系統(tǒng)集成商方面，市場按照應(yīng)用由不同的廠商構(gòu)成（建筑機(jī)械的制造商，測量設(shè)備的制造商，海洋應(yīng)用方面的專家等）。北美、亞洲和歐洲的市場地區(qū)產(chǎn)業(yè)份額分別為50%、25%和25%。

在組件、接收機(jī)和系統(tǒng)集成商方面，歐洲公司占市場份額的1/4。組件和接收機(jī)方面，領(lǐng)頭的歐洲公司為Hexagon（包括徠卡測量系統(tǒng)）和Laird。在系統(tǒng)集成商方面，歐洲公司占有市場的27%，其中前三名的歐洲公司分別為Hexagon、Kongsberg和J.C.B。

四、最新進(jìn)展

房地產(chǎn)相關(guān)活動(dòng)受到GNSS設(shè)備的出貨量刺激而增長。按照區(qū)域劃分的GNSS測繪設(shè)備安裝量如圖2所示。按照應(yīng)用類別劃分的GNSS測繪設(shè)備出貨量如圖3所示。

由圖2可見，過去的8年間全球GNSS測繪設(shè)備的安裝量翻了3倍以上，從2006年的14萬臺增長到2013年的42.6萬臺。

尤其是亞太區(qū)域經(jīng)歷了一個(gè)巨大的增長，這樣的增長正日益增多的重塑著市場的地區(qū)性分類。在2006年，北美占據(jù)GNSS測繪設(shè)備應(yīng)用的44%，而2013年該比重降低至30%。相比之下，同樣的時(shí)期亞太占據(jù)GNSS測繪設(shè)備應(yīng)用的比重由11%增長至30%。換句話說，GNSS測繪設(shè)備正以更快的步伐在西方以外的區(qū)域擴(kuò)展應(yīng)用。在這些區(qū)域，一個(gè)典型的特點(diǎn)是GNSS測繪設(shè)備不必與遺留系統(tǒng)進(jìn)行競爭。

由圖3可見，GNSS測繪設(shè)備出貨量的增長主要依靠地籍測量、繪圖和建筑（機(jī)械控制）的支持。這三個(gè)應(yīng)用占2013年安裝量的87%。地籍測量需求的部分原因是新興國家人口和收入的增長，以及成熟市場中公平稅負(fù)原則的應(yīng)用。

建筑活動(dòng)在推動(dòng)發(fā)展方面也起到了重要的作用，主要原因是新興市場建筑的繁榮以及成熟市場中危機(jī)后的復(fù)蘇。在2013年，東南亞的建筑產(chǎn)業(yè)增長了7.5%，相比之下美國增長了4.5%，日本增長了4%，歐洲則減小了2.5%。

圖2 GNSS測繪設(shè)備安裝量（按區(qū)域劃分）

圖3 GNSS測繪設(shè)備出貨量（按應(yīng)用劃分）

五、未來市場趨勢

亞太和北美區(qū)域的施工活動(dòng)將促進(jìn)GNSS的發(fā)展。按照區(qū)域劃分的GNSS測繪設(shè)備出貨量預(yù)測如圖4所示。按照應(yīng)用類別劃分的GNSS測繪設(shè)備出貨量預(yù)測如圖5所示。按照區(qū)域劃分的GNSS測繪設(shè)備安裝量預(yù)測如圖6所示。按照應(yīng)用類別劃分的GNSS測繪設(shè)備安裝量預(yù)測如圖7所示。

圖4 GNSS測繪設(shè)備出貨量預(yù)測（按區(qū)域劃分）

圖5 GNSS測繪設(shè)備出貨量預(yù)測（按應(yīng)用劃分）

圖6 GNSS測繪設(shè)備安裝量預(yù)測（按區(qū)域劃分）

圖7 GNSS測繪設(shè)備安裝量預(yù)測（按應(yīng)用劃分）

如圖4所示，亞太區(qū)域建筑業(yè)的持續(xù)發(fā)展將驅(qū)動(dòng)GNSS測繪設(shè)備出貨量的增長，2013年到2023年期間預(yù)期的增長為世界范圍內(nèi)每年平均11%。盡管到2023年亞太將占總出貨量的50%，但北美和歐洲預(yù)期仍將占有市場重要的份額（大約分別為20%和14%）。

由于不斷加劇的競爭和技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)期設(shè)備的平均價(jià)格將會下降。從2020年起，價(jià)格侵蝕和出貨量的增長將起到互補(bǔ)作用，從而穩(wěn)固總的年度收入（見圖8）。

GNSS測繪設(shè)備的增長預(yù)期將主要由地籍測量和建筑活動(dòng)驅(qū)動(dòng)。在2023年，用于地籍應(yīng)用的測繪設(shè)備預(yù)期將占每年50萬臺出產(chǎn)量的一半左右。

預(yù)計(jì)在下個(gè)10年，機(jī)械控制也將穩(wěn)固的增長，并由2013年的3.5萬臺增長至2023年的15.5萬臺。該活動(dòng)被認(rèn)為是具有很高價(jià)值的，年度收入將超過10億歐元（見圖9）。

圖8 GNSS測繪設(shè)備銷售及服務(wù)的主要收入預(yù)測（按區(qū)域劃分）

圖9 GNSS測繪設(shè)備銷售及服務(wù)的主要收入預(yù)測（按應(yīng)用劃分）

六、用戶技術(shù)

1.攜帶附加傳感器的多GNSS和多頻率接收器增強(qiáng)了測繪能力

測繪在所有分塊市場中對于精度的要求最為苛刻，同時(shí)由于其具有高的購買力，測繪通常是技術(shù)創(chuàng)新的早期采用者。一旦測繪設(shè)備費(fèi)用降低，其他應(yīng)用將采用已經(jīng)在測繪中測試過的很多特性。在測繪領(lǐng)域GNSS接收機(jī)中四大全球系統(tǒng)占比見圖10。

圖11表明目前提供的GNSS測繪設(shè)備的絕大多數(shù)（超過85%）使用兩個(gè)以上的星座。另外，接近40%的接收機(jī)已經(jīng)支持4個(gè)星座。事實(shí)表明，采用額外的衛(wèi)星可以在可靠性、首次定位時(shí)間（TTFF）和實(shí)用性方面，改善服務(wù)的整體性能。

圖10 測繪領(lǐng)域GNSS接收機(jī)中四大全球系統(tǒng)占比

圖11 測繪領(lǐng)域接收機(jī)支持的星座數(shù)目

2.測繪應(yīng)用中精密單點(diǎn)定位技術(shù)的發(fā)展

精密單點(diǎn)定位（PPP）研制于20世紀(jì)90年代，是依靠單一GNSS接收機(jī)提供精確定位的技術(shù)，采用的手段為利用詳細(xì)的物理模型和修正，精密軌道以及時(shí)鐘發(fā)生器。

在過去，相比于差分GNSS技術(shù)，例如實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量（RTK），精密單點(diǎn)定位技術(shù)收斂時(shí)間長的特性破壞了其作為實(shí)時(shí)應(yīng)用的吸引力。

近期，修正產(chǎn)品的實(shí)時(shí)分布的發(fā)展已經(jīng)導(dǎo)致了數(shù)項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)。這些先進(jìn)技術(shù)使得歧義—解決實(shí)時(shí)解（PPPRTK）具有與RTK可匹敵的可實(shí)現(xiàn)精度，并且測繪應(yīng)用中的收斂時(shí)間更短。

測量員可以得益于伽利略的3倍頻率容量進(jìn)一步減少收斂時(shí)間，從而將PPP作為一項(xiàng)可能備選技術(shù)提供給差分GNSS定位技術(shù)。

七、歐洲的GNSS測繪應(yīng)用

1.EGNOS和伽利略滿足入門級和高級應(yīng)用需求

EGNOS可以在最小投入下提供亞米（sub-metre）級精度，作為劃算的和入門級的設(shè)備是一個(gè)好的選擇。它可以免費(fèi)的提供附加值，從而滿足需要增強(qiáng)型GPS定位的繪圖應(yīng)用的需求。例如，法國的光纖到戶（FTTH）網(wǎng)絡(luò)發(fā)展利用EGNOS價(jià)格—質(zhì)量比的優(yōu)勢促使接收機(jī)完成野外數(shù)據(jù)的收集。

高端的要求高的測繪應(yīng)用追求測量精度的最大化和惡劣環(huán)境的信號可用性。例如，伽利略雙頻率和商業(yè)服務(wù)高精度（HP）將滿足地籍、建筑和礦山測量中許多應(yīng)用所需求的精度級別。

一般而言，伽利略將在多個(gè)頻率提供信號，并在視野范圍內(nèi)提供額外的衛(wèi)星，從而提供增強(qiáng)性能。伽利略的額外優(yōu)勢包括商業(yè)服務(wù)認(rèn)證，確保定位信息的可信度，以及更強(qiáng)的信號和更高的衛(wèi)星。

2.歐洲EGNSS 研發(fā)計(jì)劃為歐盟產(chǎn)業(yè)帶來競爭力

（1）GALIBRA論證GNSS在快速發(fā)展市場中的價(jià)值

Brazil坐落在磁赤道上，并暴露于電磁層的擾動(dòng)中。這些擾動(dòng)削弱了高精度應(yīng)用廣泛使用的GNSS—激活技術(shù)（例如，RTK和PPP）的效力。

GALIBRA（抵制Brazil的電磁層擾動(dòng)所造成的GNSS高精度應(yīng)用局限性）計(jì)劃發(fā)展，實(shí)施和驗(yàn)證算法以減緩這些破壞性的電離層擾動(dòng)。

（2）MapKITE計(jì)劃為走廊繪圖設(shè)計(jì)雙系統(tǒng)

走廊這類難以接近的繪圖區(qū)域目前依賴昂貴的、分開的陸地和空中任務(wù)。MapKITE計(jì)劃的目標(biāo)為證明這些活動(dòng)可以在更少的花費(fèi)下實(shí)施。該計(jì)劃試圖通過創(chuàng)造一個(gè)雙繪圖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。其中，雙繪圖系統(tǒng)結(jié)合一個(gè)陸地車輛（TV）和一個(gè)無人飛機(jī)（UAV）提供定向的、標(biāo)刻度的和綜合的圖像。

結(jié)果將整合EGNOS和E5 AltBOC伽利略信號進(jìn)入一個(gè)導(dǎo)航有效載荷中，從而改進(jìn)魯棒性和完整性。該多星座（GPS/伽利略）陸地—空中感測系統(tǒng)最終目標(biāo)為提供劃算的、高分辨率的繪圖。計(jì)劃還將測試概念的技術(shù)以及其商業(yè)可用性。

● 王帥 譯