“長江學者獎勵計劃”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)熟悉了每當開啟手機地圖時的那一句“GPS已定位”？

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

       然而事實并非如此，GPS不等于導航。

       Q：那么，GPS和導航的區(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)星導航系統(tǒng)，是目前全球范圍內應用最為廣泛的導航系統(tǒng)。簡而言之，GPS是衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的一種，但不是唯一的一種。

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

       Q：呃……2000中國大地坐標系又是什么呢？

       2000中國大地坐標系統(tǒng)是中國現(xiàn)行法定坐標系統(tǒng)。其坐標框架主體由28個GPS基準站和2542個衛(wèi)星大地控制點組成，國家測繪部門統(tǒng)一計算并提供這些框架站點在CGCS2000系統(tǒng)下參考歷元的坐標，從而保障國防和國民經(jīng)濟各領域對高精度空間坐標的應用需求。

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

       由于GPS隸屬于美國國防部，若GPS端口被關閉，依賴GPS技術的領域將可能無法發(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)星導航系統(tǒng)。如俄羅斯的GLONASS，歐盟的GALILEO等。中國的衛(wèi)星導航系統(tǒng)有一個響亮的名字“北斗”---中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）。

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

       北斗七星是中國星象學的命名，由天樞、天璇、天璣、天權、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)。大約也正因為此，中國的衛(wèi)星導航定位系統(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、三十一顆北斗導航衛(wèi)星。近年來，為滿足北斗應用與產業(yè)化的需求，中國已快速建立了國家級、行業(yè)級及區(qū)域級北斗地基增強基準站網(wǎng)，可將北斗衛(wèi)星實時定位的精度水平提升到cm級。

       高精度的北斗動態(tài)坐標框架能夠：

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

       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。

       3.成為國家地理信息的基礎框架，可為地球科學研究、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。

        "長江學者獎勵計劃"特聘教授，國家杰出青年，施闖教授在學術論文《利用北斗系統(tǒng)建立和維持國家大地坐標參考框架的方法研究》中研究利用已建成的北斗基準站網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基于BDS技術、并與國際地球參考框架（International Terrestrial Reference Frame，ITRF）一致的國家大地坐標參考框架，為今后國家級和全球性北斗坐標參考框架（BeiDou Terrestrial Reference Frame，BTRF）的建立和維持提供理論基礎和方法支撐。初步計算結果表明，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系框架提供支持，從而消除目前依賴GPS的局面。