“長江學(xué)者獎勵計劃”教授施闖等:用“北斗”講述中國位置

        用“北斗”來講述中國位置

       你是否已經(jīng)熟悉了每當(dāng)開啟手機(jī)地圖時的那一句“GPS已定位”？

       GPS=導(dǎo)航，在大多數(shù)人的心中，這兩個名詞已經(jīng)劃上等號。

       然而事實(shí)并非如此，GPS不等于導(dǎo)航。

       Q：那么，GPS和導(dǎo)航的區(qū)別是什么呢？
 

       GPS（Global Positioning System），是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是目前全球范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的導(dǎo)航系統(tǒng)。簡而言之，GPS是衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的一種，但不是唯一的一種。

       由于GPS的諸多優(yōu)點(diǎn)，甚至包括2000中國大地坐標(biāo)系統(tǒng)（China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000）的建立和維持，也主要依賴GPS技術(shù)。

       Q：呃……2000中國大地坐標(biāo)系又是什么呢？

       2000中國大地坐標(biāo)系統(tǒng)是中國現(xiàn)行法定坐標(biāo)系統(tǒng)。其坐標(biāo)框架主體由28個GPS基準(zhǔn)站和2542個衛(wèi)星大地控制點(diǎn)組成，國家測繪部門統(tǒng)一計算并提供這些框架站點(diǎn)在CGCS2000系統(tǒng)下參考?xì)v元的坐標(biāo)，從而保障國防和國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域?qū)Ω呔瓤臻g坐標(biāo)的應(yīng)用需求。

       也就是說，中國的每一個位置，都對應(yīng)2000中國大地坐標(biāo)系上的一個坐標(biāo)，通過坐標(biāo)，確定位置。

       由于GPS隸屬于美國國防部，若GPS端口被關(guān)閉，依賴GPS技術(shù)的領(lǐng)域?qū)⒖赡軣o法發(fā)揮其作用，這是非常不利于保障國家時空信息安全的。

       因此，在GPS不斷發(fā)展完善的同時，世界各國也在積極發(fā)展屬于自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。如俄羅斯的GLONASS，歐盟的GALILEO等。中國的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有一個響亮的名字“北斗”---中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）。

       Q：中國的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)為什么要叫“北斗”呢？

       北斗七星是中國星象學(xué)的命名，由天樞、天璇、天璣、天權(quán)、玉衡、開陽、瑤光七星組成，由于北斗星在不同的季節(jié)和夜晚不同的時間，出現(xiàn)于天空不同的方位，因此古人就根據(jù)初昏時斗柄所指的方向來決定季節(jié)。大約也正因?yàn)榇耍袊男l(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)沿襲了這個古老而輝煌的名稱—“中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）”

       北斗衛(wèi)星從2000年開始發(fā)射，截至2018年3月30日，我國已發(fā)射第三十、三十一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。近年來，為滿足北斗應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化的需求，中國已快速建立了國家級、行業(yè)級及區(qū)域級北斗地基增強(qiáng)基準(zhǔn)站網(wǎng)，可將北斗衛(wèi)星實(shí)時定位的精度水平提升到cm級。

       高精度的北斗動態(tài)坐標(biāo)框架能夠：

       1.支撐北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)“全國一張網(wǎng)”的建設(shè)和服務(wù)。

       2.提高北斗系統(tǒng)的生存能力，戰(zhàn)時不必依賴于第三方提供的基準(zhǔn)。

       3.成為國家地理信息的基礎(chǔ)框架，可為地球科學(xué)研究、地震監(jiān)測、氣候監(jiān)測、水文監(jiān)測等提供統(tǒng)一高精度基準(zhǔn)。

        "長江學(xué)者獎勵計劃"特聘教授，國家杰出青年，施闖教授在學(xué)術(shù)論文《利用北斗系統(tǒng)建立和維持國家大地坐標(biāo)參考框架的方法研究》中研究利用已建成的北斗基準(zhǔn)站網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于BDS技術(shù)、并與國際地球參考框架（International Terrestrial Reference Frame，ITRF）一致的國家大地坐標(biāo)參考框架，為今后國家級和全球性北斗坐標(biāo)參考框架（BeiDou Terrestrial Reference Frame，BTRF）的建立和維持提供理論基礎(chǔ)和方法支撐。初步計算結(jié)果表明，總體來說，目前的北斗系統(tǒng)可滿足建立和維持中國cm級大地坐標(biāo)框架的需求。

       也就是說，不久的將來，完全可以使用中國自主的“北斗”系統(tǒng)來為中國的大地坐標(biāo)系框架提供支持，從而消除目前依賴GPS的局面。