韩淑梅
武警辽宁总队参谋部 辽宁省沈阳市 110000
摘要：智能化背景下，测绘学科与导航学科的交叉融合形成了测绘导航方向，并得到了蓬勃发展。本文主要分析了测绘导航高精度定位关键技术及应用相关内容，可供参阅。
关键词：测绘；导航；高精度；定位；关键技术
1测绘导航定位模组关键技术
1.1模组研制技术流程
作为测绘导航产品二次开发的关键零部件之一，模组具备相对独立的功能，可嵌入到无人驾驶智能终端、机器人导航终端及武器终端等各类设备中。随着导航与位置服务产业的发展，测绘导航模组将在各个领域得到广泛应用。定位模组研制技术是高精度定位应用的重要支撑。车载导航模组研发的主要流程，大致可分为印制电路板设计、制板、模组测试和模组量产几个阶段。
1.2嵌入式效率优化
嵌入式效率优化通常有替换算法，如选择快速排序方法；汇编法，对关键部分进行改写，以提高运算速度；空间换时间法，如在设计数据结构时，为了减少协议数据结构的循环延时，对数据结构的层次关系进行扩展，采用内存空间来换取时间；避免递归法，尽量不使用递归；采用内存池减少频繁的小对象的分配和释放等方法。三项技术用于提高模组的整体性能:第一，原始信息同步采集与延时补偿，通过建立多源传感器时间同步误差估计和补偿模型，构建融合时间补偿参数的状态方程，提高GNSS/INS传感器时钟精确匹配的稳健性，实现匹配精度优于1μs；第二，自适应定位算法代码稳健性，通过研制自适应定位理论模型与算法，按MISRAC编程规范标准编写稳健代码，实现分米级-厘米级-毫米级多层次、高精度的GNSS/INS导航模组开发；第三，嵌入式固件高效解算，采用序贯更新策略，时间片轮转、优先级抢占、共同语句结构协作等多线程机制，达到时间分片的目的，降低嵌入式平台的资源消耗，实现固件高效解算。
2无缝组网定位应用
2.1无缝组网定位解决方案
首先，在建筑物的安全通道、窗户等与室内通视的地方布设GNSS/UWB设备，构建区域定位基准，用于将GNSS定位基准传递到室内。其次，在过渡区域且与室内外通视的区域布设UWB设备，测量自身到基站的距离并传输至服务系统，服务系统通过边长交会算法确定该点坐标，以此类推，自动获得3个以上的UWB点位坐标。在室内定位基准构建时，首先，按照一定的规则将这些设备放在走廊和房间里；然后，第一个锚点位置上的UWB设备测量该点与过渡区域内至少3个锚点的距离，将其传输至云平台，利用云平台计算出近似坐标，并通过测边网平差方法对室内UWB网络进行平差处理，以提高网络精度；最后，救援人员携带UWB标签进入室内，通过测量与周围基站的距离信息，并传输至云平台，实现自身高精度定位。该技术能快速实现GNSS信号遮蔽/半遮蔽区域的坐标基准建立和高精度定位，解决火灾救援应急定位、综采面人员安全定位、智能建造无缝位置服务等问题。
2.2无缝组网定位终端
UWB组网基站，支持4G通信，支持标签和基站两种工作模式(自动/手动切换)，可实现分米级精度定位。图10(b)是GNSS/UWB组网基站，支持4G通信，支持GNSS、UWB、GNSS/UWB三种工作模式(自动/手动切换)，适应室内外一体化定位环境(室外GNSS模式、过渡区GNSS/UWB模式、室内UWB模式)。
2.3无缝组网定位案例
模拟某大楼发生火灾、断电场景。原有定位基站无法工作，烟雾导致救援人员无法区分方向，需要室内外无缝定位提供位置服务。图1(a)是模拟火场，由大楼入口、大厅、走廊和实验室等组成，长60余米(X轴)，宽10余米。图1(b)是消防员由室外进入室内携带并布设的GNSS/UWB、UWB组网设备。图1(c)是组网临时坐标基准建立后实现的消防员定位轨迹和定位误差，其中，蓝色轨迹点是鲁棒扩展Kalman滤波定位算法解算的移动轨迹，与黑色实线表示的真实轨迹基本一致，计算结果表明平面定位误差约为0.37m，且90%的点位误差小于0.5m。因此，该无缝定位技术和方案能实现分米级精度人员定位，满足室内外无缝应急定位的重大导航需求。
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3车载导航定位应用
3.1高精度无人驾驶导航解决方案
基于GNSS基准站，无人驾驶车采集GNSS数据、IMU数据和里程计数据，并实时传输至云端进行计算，输出计算结果辅助无人驾驶。提前在云端布设高精度GNSSRTK/INS/Odometer的多源异构数据融合定位算法，具有实时性、高精度、高可靠和低成本的特点。
3.2无人驾驶导航定位案例
在开阔环境、楼宇遮挡、树木遮蔽、高架桥环境和城市隧道5种城市环境开展了600km测试。不同GNSS信号遮蔽程度下无人驾驶导航偏差不同:遮蔽越严重，偏差越大。以高精度GNSS与光纤IMU组合导航系统作为参考，对上述环境下的定位精度进行评价，具体导航位置均方根误差:开阔环境下平面均方根误差为毫米级，高程1.4cm；楼宇遮挡环境下，平面均方根误差为2cm，高程3.3cm；高架桥环境下，普通GNSS无法产生有效定位数据，但GNSSRTK/INS/Odometer组合导航平面定位精度可达0.2m，具有良好效果；城市隧道环境下，仅依靠INS/Odometer融合定位，30s内定位精度优于0.4m、1min内定位精度约1m、2min内优于2m。
4变形监测应用
4.1变形监测云解决方案
变形监测云解决方案主要包括高精度GNSS/MEMSIMU监测终端和光纤光栅应力传感器等构成的数据采集系统、4G/5G/WIFI构成的数据传输系统、基于云计算的数据处理系统和手机等移动终端构成的用户服务系统。该方案流程是采集多源异构数据，通过数据传输系统实时发送至云端数据处理系统进行计算与安全评估，最后将变形监测结果实时发送至用户服务系统。该方案具有高精度、低延迟、全天候、常态化实时监测的特点，能解决滑坡、桥梁等构筑物变形体/震动体的智能监测与快速预警问题。
4.2变形监测应用案例
高速公路等边坡地形陡峭，地基土层松软、岩石风化，滑坡风险系数高。某监测站点24h连续监测东北天三维累计变形量位移分别为:E-0.01mm，N-0.08mm，U0.32mm；24h连续监测东北天形变标准差分别为:E-1.92mm，N-2.81mm，U-5.83mm。
5结语
高精度定位催生了测绘导航研究领域,拓展了测绘学科的内涵与外延。本文重点研究了高精度定位关键技术及其应用，主要探讨了模组研制技术流程、嵌入式效率优化、无缝组网定位解决方案等内容。
参考文献
[1]董亚波，车凯，张涛，等.基于北斗的高精度定位车载导航系统的设计[J].科技视界，2017，(12).
[2]李晓阳.自主研制室内外高精度定位导航技术推动产业化发展[J].科技成果管理与研究，2017，(1).