测绘导航高精度定位关键技术及应用 

测绘导航高精度定位关键技术及应用 

刘帅帅

身份证号：341221199604054150

摘要：本研究详细阐述了车载导航模块开发的技术流程，并强调了诸如模块信息的同步采集与延时补偿、自适应定位算法以及嵌入式固件的时序优化等关键技术的重要性。成功开发能够实现分米级到毫米级精确定位的无缝组网定位、车载导航和变形监测模块，并构建相应的终端系统。为不同的应用场景提供了针对性的解决方案。

关键词：测绘导航；高精度；定位关键技术；应用

一、测绘导航高精度定位关键技术中无缝组网定位应用要点

所谓无缝定位技术，是一种结合室外与室内定位手段，旨在实现室内外环境下高精度定位及流畅衔接的创新解决方案。该技术作为全球研究领域的热点，受到了国际社会的广泛关注和快速发展。世界各国纷纷投入资源研发，如中国的羲和计划、美国实施的洞悉战场计划与下一代911项目、以及欧盟的伽利略本地技术计划等，均体现出对无缝定位技术重大价值的认识。随着全球主要的四大卫星导航系统，包括中国的北斗系统，全面投入使用，室外环境的实时、全天候、全球性高精度导航服务已经成为现实。这些服务满足了包括交通、旅行等多个领域的应用需求。然而，尽管现有如WiFi、UWB（超宽带）、RF（射频）、蓝牙等技术能够在室内实现米级别的精确定位，但高精度的室内目标定位仍旧面临诸多挑战。在众多解决方案中，GNSS（全球导航卫星系统）/UWB融合技术以其优异的高精度表现，成为了无缝定位领域内广受欢迎的解决方案之一。这种技术广泛应用于机器人导航、无人驾驶系统、物流仓储调度、刑事监管

（一）定位终端

在建筑物中的安全出口、窗户以及其他可以直接从室内看到室外的位置安装GNSS/UWB（全球导航卫星系统/超宽带）技术设备，这样做的初衷是为了建立一个区域内的定位标准，并将室外的GNSS定位信号有效地传递至室内。此外，选择那些既能从室内看到室外又能从外部看到室内的过渡性空间安置UWB设备[1]，这些设备的作用是测量它们到基站的实际距离，并将该数据发送到后台服务系统。服务系统随后利用边长交汇算法来计算具体位置，进一步通过这种方式自动获取三个或更多UWB点位的坐标信息。在构建室内定位的过程中，首先需要根据预设的布局原则在走廊和房间内安置这些设备。接着，设立的第一个锚点上的UWB设备会测量它与过渡区域内至少三个锚点之间的距离，并将这些信息发送至云计算平台上。云平台根据这些数据计算出一个近似的坐标位置。接下来，通过测边网平差的方法对室内UWB网络进行校准，从而提升整个网络的定位精确性。最终，当救援人员或者需要定位的个体携带UWB标签进入室内区域，通过测量与附近基站的距离并将数据发送到云平台，可以实现对自身位置的高精度定位。此项技术极大地提高了在GNSS信号受到遮挡或部分遮挡区域内的定位基准建立及高精度定位的能力，有效解决了在火灾救援、矿井人员安全定位以及智能建筑中无缝定位服务的需求，为紧急情况下的快速响应提供了技术支持。

（二）定位案例

在模拟的火灾和断电情形下，一个大楼遭遇严重挑战，原本依赖的定位基站停止工作，而且浓厚的烟雾让救援团队难以辨认方向，迫切需要一个能够穿透烟雾的室内外无缝定位系统来指引救援路径。经过技术模拟，在包括大楼入口、大厅、走廊以及实验室等场所的复杂结构中，该大楼横跨超过60米（X轴方向），宽度超过10米，设定了一个具体的场景[2]。救援团队在进入大楼时携带了GNSS/UWB设备及UWB组网设备，快速部署在现场，通过这些设备建立临时的坐标定位基点。在这种设定下，消防员的位置追踪与定位误差得到了及时的反馈。其中，以蓝色轨迹点标出的是通过鲁棒扩展Kalmann滤波定位算法计算出的移动轨迹，这与代表真实移动路径的黑色实线几乎重合。计算结果显示，平面内的定位误差大约为0.37米，而且有90%的定位误差小于0.5米。基于此种无缝定位技术的应用，能够精确到分米级的定位精度，完全满足了在复杂环境下进行室内外无缝应急响应的导航需求，为救援团队提供了强有力的技术支持，确保了在光线和视线受限的恶劣环境下，救援人员能够准确快速地找到受困者的位置，提升了救援效率和安全性。

二、测绘导航高精度定位关键技术中车载导航定位应用要点

（一）解决方案

利用GNSS基站作为参照，无人驾驶汽车通过收集GNSS信号、IMU（惯性测量单元）以及里程仪的多种数据，这些信息随即被实时发送至云平台进行处理。在这个云平台上，已经预置了一个结合了GNSS RTK、INS和里程计数据的多源数据融合定位算法，这一算法不仅能够提供实时的数据处理服务，还保证了高精度、高稳定性与低成本的定位解决方案，极大地支持无人驾驶汽车的精确导航和安全运行。

（二）定位案例

在五种典型的城市环境中——包括开阔地带、楼宇遮挡区、树木密集区、高架桥下以及城市隧道，进行了一项涵盖600公里的无人驾驶导航系统测试。该测试基于GNSS RTK、INS及里程计的技术组合，旨在探究不同程度GNSS信号遮挡情况下对无人驾驶导航精度的影响，结果发现信号遮挡越严重，导航偏差也随之增大。作为对比，采用了高精度GNSS搭配光纤IMU的组合导航系统，以此评估不同环境下定位的准确度。具体到每种环境下的定位精度：在开阔地区，平面定位的均方根误差达到了毫米级，而高程误差则为1.4厘米。在楼宇密集的遮挡环境下，平面均方根误差约2厘米

[3]，高程误差为3.3厘米。在高架桥下，普通GNSS系统难以提供有效的定位数据，但若采用GNSS RTK、INS及里程计的技术组合，平面定位精度能够达到0.2米，显示出良好的导航效果。另外，进入城市隧道这种极端环境，若仅依赖INS和里程计数据融合进行定位，其在30秒内的定位精度优于0.4米，1分钟内约为1米，2分钟内保持在2米以内的误差范围，展现出令人满意的性能。

三、测绘导航高精度定位关键技术中变形监测应用要点

（一）解决方案

变形监测云解决方案通过整合包括高精度GNSS/MEMSIMU监测终端与光纤光栅应力传感器在内的多种数据采集设备、依托4G/5G/WiFi实现的数据传输网络、基于云技术的数据分析处理系统，以及移动设备等用户交互平台，构建了全面的监控框架。该方案的核心流程是，多源异构的监测数据被实时捕获并通过数据传输网络上传至云端，云端系统利用先进的数据处理技术进行深度分析和安全性评估，之后，处理结果会即时推送至用户服务平台。这一解决方案融合了BDS/GNSS/MEMSIMU的高精度数据处理技术，结合了边缘计算与云计算的技术优势，保证了监测数据的高精准度和系统的低延迟性。它实现了全天候、连续不断的实时监控，能够有效地应对滑坡、桥梁等关键基础设施的变形及震动监测，提供智能化的监控及时预警服务，为避免潜在风险提供了强大的技术支持。

（二）应用案例

在某处高速公路边坡上，由于地形陡峭、地基土质疏松及岩石风化，该区域的滑坡危险性较高。对此，监测站进行了一项24小时的连续监测，以记录东北向的三维累计位移。监测结果显示，东向的位移为-0.01毫米，北向位移为-0.08毫米，而向上的位移达到了-0.32毫米。在同一监测周期内，东北向形变的标准差也被精确计算，其中东向的标准差为1.92毫米，北向为2.81毫米，竖直方向则是5.83毫米。这些数据为进一步评估和应对该地区的滑坡风险提供了重要依据。

结语：利用GNSS/UWB的先进无缝组网定位技术，技术人员能够迅速在GNSS信号完全或部分遮蔽的区域确立坐标基准并实现高精度的定位。这一技术的应用极大地推进了在火灾救援、矿井综采作业人员安全定位以及智能建筑领域内无缝位置服务的发展。本文中引入的GNSS RTK、INS和里程计技术组合，展现了其在城市复杂环境下诸如楼宇、树木、高架桥及隧道等场景中，优异的定位性能。此外，所介绍的变形监测系统凭借其毫米级的定位精确度，有效地应对了滑坡、桥梁等关键基础设施在变形或震动监测方面的挑战，为及时预警提供了可靠的技术保障。而随着智能滤波算法与定位模块制造技术的不断进步，未来将继续见证更为智能化、高精度的定位终端技术的突破与发展。
参考文献：

[1]黄逸宇.基于北斗导航的高精度测绘定位系统设计[J].信息系统工程,2023,(02):42-44.

[2]王坚,刘飞,韩厚增等.测绘导航高精度定位关键技术及应用[J].导航定位与授时,2020,7(06):1-11.

[3]申杨柳,朱一方.自动驾驶汽车测绘管理政策法规问题及优化建议[J].汽车与配件,2020,(05):66-68.