趋势、阻碍与机遇——2018年全球导航卫星系统 ( GNSS ) 行业调查报告

人才，GNSS行业发展的机遇与阻碍

“什么是GNSS行业发展的最大机遇/阻碍？”常见回答有：移动应用、原始设备制造商、测量需求、无人机、运输、自动控制、地图、国防、政府等。答案不一。

多模GNSS（Multi-GNSS）、无GNSS（Non-GNSS）等集成技术处于PNT行业领先地位。行业发展的机遇还包括：定制、宽带、自主导航、伽利略计划、国际市场、理财投资、英国脱欧、云计算、GPS信号中的M码、抗干扰、连接、灵活性、更多客户端等，以及针对某些阻碍的解决方法：培训、教育或工程实践。

安全性、竞争对手、政治、预算、资金、理解、无知、管理、官僚主义、年龄、时间等，被认为是行业发展的阻碍。特别是“监管”和“缺乏合格的工程师”，被认为是最大阻碍。在GNSS行业中，高技术人才能解决实际问题。某受访者直言：“专业人才的留失关乎行业全局的成败。”这并不是GNSS行业独有的问题，很多高新技术行业都面临着相同考验。经多年调查发现，该问题似乎仍未得到有效解决。有人认为：“本土人才供应不足，可引进人才解决。”但对当前的政治环境，这并不是一个长久之计。即便是在宽松的移民监管环境下，这也绝非灵丹妙药。

美国思想家MargaretMead曾说：“我们一直面临着巨大的机遇，而这些机遇被巧妙地伪装成无法解决的问题。”如果GNSS行业遇到了如缺乏专业人才等长期存在的问题，这将扼杀行业的创新和增长，迫使企业放弃那些难以实现的新项目，或者，年轻的工程师们会被吸引到互联网、风险投资、游戏软件等其他行业中，成为GNSS行业有力的竞争者。为此，企业与科研院所的专家学者合作是一个可行的方法，一方面可以解决技术难题，另一方面可以培养后备人才。

无线产品及其消费者是GNSS产业增长的关键

目前有超过106颗GNSS卫星在轨运行，GNSS行业的支柱是稳健的、多样化的，同时它也支撑着许多相关行业、领域的繁荣增长。日常多达400颗卫星的预报，远远超出了GNSS卫星的数量，其中包括近地轨道通信卫星。它们在我们头顶上空不断巡逻，源源不断发出PNT信号，支持GNSS功能的平板电脑和智能手机等各类移动设备，它们已提供了数十亿张导航、交通和拥挤地图。这些产品的性能需求将持续推动各类电子设备对GNSS功能的需求。

随着从互联网向物联网的转型发展，GNSS产业的发展比预期更加繁荣。例如美国的“来福车（Lyft）”和“优步（Uber）”、中国的共享单车、“滴滴打车”等产品，都是基于通讯和地理位置的交通服务，提供了GNSS应用最好范例，这些创新产品已成为行业新的常态。无论是个人的、车载的，还是固定在大型设施上的跟踪设备，已经形成了一个稳健增长的市场。卫星定位跟踪设备对信息技术（IT）、交通和电信等领域的技术提出了很大需求，为消费者和企业备受重视的产品、车辆和人员提供实时情报和风险预判，不断提高安全性和私密性。安全性和私密性也是当今社会人们越来越关注的重要问题。

预计到2023年，导航定位跟踪产业有望达到25.3亿美元，年增长近12%。相关移动产业部门也将同步增加。低成本、低精度、小体积的跟踪设备越来越受青睐。设备体积与位置精度同等重要。有了无线运营商和物联网的支持，GNSS行业市场将得到大幅增长。美国手机运营商正出售手机实时定位数据的访问权限，这反映出商业巨头们对这项技术的高度重视。

社会复杂变化影响GNSS行业

目前与GNSS关联或集成了很多高新技术，相关应用程序的前景和性质饱受关注，而这些应用程序的平台就是信息。与此同时，经济、政治和技术的发展变化导致了频谱管理、欺骗和干扰、网络安全、隐私、网络中立性（net neutrality）、频谱竞争、国家安全出口限制、产品责任、空间碎片以及空间拥挤和军事化等紧迫问题。这些变化需要引起GNSS行业管理者的关注。产业结构转变，特别是“并购潮”让人们联想起了美国上世纪60年代的商业整合。当时，美国大型企业的市场实力不断增强，直到经济疲软和新技术出现才打乱了领军企业扩张的脚步。而今天的改革是在更大的全球范围3社会复杂变化影响GNSS行业发展内发生的，并且这种改革仍在扩大，足以影响基于PNT行业和其他相关行业的市场和竞争。

在市场情报方面，GNSS行业企业高管们需要具备良好的市场判断和高超的战略远见，才能在快速进行着的技术研发和高速发展着的经济市场中保持领先地位。尽管经济复苏带来了机遇，但有关资本支出和产品研发的决策，不仅面临着经济路径、利率和市场等普遍存在的不确定性，还面临着全球范围内陡增的巨大风险——这些问题包括军备竞争和贸易战争、恐怖主义和人质劫持、金融过度行为、知识产权盗用和国家补贴等。美国的政治变化和选举结果可能会引起其税收、监管和国防支出等方面政策意想不到的变化，这将对GPS卫星、地面系统和军事用户设备的现代化产生影响。

在人力资源方面，随着人口增长进一步放缓，工作场所将被迫进行调整。美国婴儿潮（Babyboomers）时期（即1946年到1964年这18年期间）出生的约7800万人，目前仍有一半未退休，从业人员将继续高于正常水平，但一些领域已显现青黄不接。行业可用的科学和工程人员将继续受移民政策影响。此外，劳动力市场紧缩潜藏着劳动力质量和技能水平的问题。此外，种族关系、性别平等、隐私和公平等问题接连不断，商业中夹杂的社会和政治问题正变得越来越有争议，一些科技员工向企业施压，要求企业拒绝向政府提供某些业务。

在形势政策方面，英国脱欧可能会带来一时利益，但“硬脱欧”可能会造成深远破坏，不可避免地要重新谈判大量限制政策、政治政策和各类标准；“软脱欧”似乎也不能达到人们预期脱欧带来的经济利益，不会完全降低脱欧成本。然而欧盟面临的挑战是：在没有英国参与的情况下，为伽利略计划（Galileo）及其他国防和航天项目以及昂贵的社会项目提供足够资金。

在货币政策方面，美元走强和发达国家利率上升，可能会给新兴经济体带来问题。贸易和货币波动使供应商关于价格和生产地点的决定更加复杂化。但中国和俄罗斯的政策相对稳定，在没有重大经济动荡的情况下，他们能够在不出现周期性逆转的情况下贯彻执行政策。中国在GNSS及航天等科技领域颇具优势，与西方国家的差距将进一步缩小。

在贸易政策方面，政治与经济紧密相连，贸易也居其中。目前，强硬的贸易谈判策略可能会演变成一场持久的贸易战，破坏美国减税带来的好处，并给世界其他地区带来经济损害。国际货币基金组织（IMF）警告称，他们的分析模型表明，如果当前的贸易政策威胁继续，商业信心将因此下降，到2020年全球产能可能比目前预测的低0.5%左右。尽管一些人将贸易紧张、民族主义和民粹主义等视为重新谈判世界秩序的努力的一种开始，但目前的事态发展可能远没有想象中的那么深远。尽管美国经济目前及未来一段时间内仍保持强劲势头，但风险在不断累积，经济和金融周期也没有被彻底改变。来自未来经济和政治逆转的预算压力，可能会阻碍和限制国防、空间计划和GNSS等方面的支出，推迟或延长GNSS部署计划。

GNSS新技术备受测绘部门青睐

采访中，30%受访者来自测绘相关部门，最关注GNSS的精度。测量需要较高精度，为此“双频/多模GNSS”呼声最高，“实时动态”紧随其后。但倾心GNSS接收器新技术“惯性校正技术”的不到5%。安置于测量型接收机内的惯性校正装置，包括陀螺仪和加速度计，可用来提高测量精度。它对GNSS数据采集模式影响显著，但似乎并未引起一线作业人员的足够重视。这些传感器与接收器一起工作，更精确地采集点位各类信息。RTK通常按1-20Hz的频率采集位置信息，但惯性装置可以高频连续工作，进一步完善位置信息。随着该技术在手机和其他设备上的普及，一线人员将意识到其重要性。

其次是无人机在野外测量作业中的使用。针对“未来3年无人机扮演的角色”这一问题，近47%受访者表示目前20%的外业工作将被完全取代，42%认为替代少于10%的外业工作，只有1.3%认为无人机将替代大部分外业工作，并在特定的任务中完全取代测量员。显然，无人机将成为如测距仪、全站仪和GNSS接收机一样的外业标配设备。它是一种独特的工具，不仅能收集视觉图像，还能作为一种遥感设备。但显而易见，无人机不会也不可能完全取代测量员，不过它能使外业工作更高效、更便利，在收集人类活动数据方面也更有效率。

最后是测量行业的商机，近85%的测量部门认为GNSS市场“非常健康，增长强劲”。

无人机推动GNSS及其相关领域变革

随着精确制导、自动导航、高精地图和大数据等技术的进步，无人机数量持续增加。原始设备接收器制造商、传感器供应商和数据处理公司将在此项研发上获利。

在辅助监测管理方面，土地管理、建筑、采矿和农业等领域对无人机的需求不断增长。无人机可以对露天矿区作业进行详查，并生成高分辨率图像。处理后的图像和数据可以记录库存、站点等信息随时间的变化情况，确定作业的最佳区域，监视管理车辆流动。这些任务过去都要大量时间人力，而无人机巡航和数据处理工具大大缩短了时间、提高了效率，使决策更迅速、有效。

在战场监视侦查方面，军用无人机是最主要的应用。目前，美国陆军、空军、海军陆战队和特种部队的军火库中有约1.9万架无人机，其有效载荷有彩色摄像机、红外夜视摄像机等。这些无人机低空飞行、射程有限，由静音电机提供动力，在搜集前沿情报上非常重要。一些无人机可超高空飞行、长时间监视、大范围侦察，飞行长达20小时，高达1.5万英尺，距离超过60英里。这些无人机也正向民用领域扩展。

在邮件投递派送方面，是无人机的一个突破性的应用。亚马逊公司有几个全球运行的试用版投递无人机。美国国家民用航空部门正筹划将无人机整合到民用空域，以便逐步全面展开行动，达到30分钟从订购到交付的目标。

在精准农业服务方面，四轴飞行器和混合固定翼/直升机无人机，被广泛用于捕获航拍农作物的图像数据，然后处理数据并构建农作物分析。图形结果指出如何管理农作物以提高其产量。这一工作依靠传感器有效载荷，收集视觉、视频、激光雷达、热和高光谱数据等各类信息。关键能处理数据并呈现给用户。许多公司为农民提供优化农作物管理服务。

此外，在设施、传输线和管道的检查方面，无人机也可以显著提高效率并降低成本。

GNSS/INS在运输与控制领域表现突出

辅助GNSS，是运输与控制领域进行导航定位的关键技术。在众多方法中，72%的受访者最青睐GNSS/INS组合系统。特别是在自动驾驶方面，包括谷歌在内的汽车制造商目前都在努力解决精确定位的问题。GNSS定位有其本身的局限性，特别是在隧道、楼间和停车场等区域。而INS技术填补了这一空白，使其能够应对自主导航的挑战。惯性测量单元通常是由精密的陀螺仪、加速度计和磁力仪的组合而成，使用航位推算算法来确定位置和方向。其中，陀螺仪测量角速度，加速度计测量整体加速度，磁力仪提供磁场方向。微系统(MEMS)技术大大降低了INS系统的体积、功耗和成本，使其在无人机等应用领域广泛应用。目前，GNSS/INS组合产品层出不穷。据悉，INS市场预计将从2017年的118.9亿美元增长到2023年的196.7亿美元，复合年增长率8.76%。

新的软/硬件助推GNSS行业增长

硬件方面主要是运输工具的多样性，如SUV、游艇、全地形车、无人机等。其有效载荷主要为RGB高分辨率静像相机、激光雷达和摄像机等。一些专业相机可收集红外或热图像；专业传感器可收集温度、压力、甲烷水平等信息。无论是安装在无人机、车辆还是固定在地面上的相机或传感器，都已被应用于森林管理、灾害应对和基础设施规划等处。如城市规划部门依赖土地评估、地形和水电资源的测绘数据，林业专家还用红外线来检测疾病或死亡的早期区域。尽管这些新运输工具已投入使用并有很好前景，但一些受访者认为，人工手动实地采集数据仍具价值。他们认为这些运输工具用途广泛但也有局限。

软件方面主要是云软件。云存储、开源程序和订阅平台的发展正不断改变地理信息系统(GIS)的面貌。丰富的地理信息数据和GNSS数据可以从谷歌地图、苹果地图、OpenStreetMap和其他应用程序中获得。专业应用软件包括Esri ArcGIS, Maptitude,Surfer等。在未来几年，预计3D建模、数字高程模型（DEM）和增强现实技术将会继续增加。汽车行业一直在采用数字地图应用程序，用于自动驾驶汽车，以及车队管理、物流控制系统和先进的驾驶员辅助系统（ADAS）。每年都有更多的卫星发射并用于测绘和地理信息数据收集，例如，美国国家航空航天局（NASA）的Aqua卫星，探测并绘制了大量一氧化碳从美国西部向东部扩散的影像，作为公共卫生规划的重要信息，但并不是所有卫星都提供图像信息。

干扰与抗干扰GNSS在国防领域的棘手问题

在所有受访者中，18％表示他们曾在国防安全和政府部门(DSG)工作，该人数仅次于高精度测量部门。测量与国防是GNSS行业的主要部门，也是最古老、最重要的部门。国防是GPS起源的首因。但也有些人认为，在美军实际GPS前，测量部门可能已经在用GPS进行测量了。对DSG部门来说，排在首位的是导航定位性能的无缝衔接。“什么技术将完全实现与GNSS结合的室外/内无缝导航？”最常见的解决方法是辅助GNSS以及其他两种或更多的技术，包括基站发射塔的三角测量、接近信标、射频模式匹配、基于传感器的航位推算、地面测距系统和Wi-Fi等，这些回答占34％；选择GNSS外加1项技术的占23％；辅助GNSS和无需辅助的占9％。

在多数DSG部门的人员看来，至少集成3类传感器可能是对无处不在的导航定位需求来说，是最佳的解决方案。“什么是除GNSS外首选的备份系统？ ”回答增强罗兰系统（eLoran）的占26％，回答低轨卫星的占23％，回答基于传感器的航位推算的占17％。

在抗干扰方面，对于40%的受访者认为GNSS抗干扰/防欺骗是研发工作的首要重点。在所有工业部门中，国防部门对干扰技术的关注程度最高。20%认为“这是一个重要的问题，但不是主要的问题”，17%认为“这是众多问题中的一个”，也有23%认为“目前根本不关注抗干扰/防欺骗的措施”。

最后，被问及对DSG行业GNSS产品/服务市场的状况时，将近一半人认为“相对健康、适度增长”，26%表示“非常健康、强劲增长”，23%认为市场与2017年基本持平。

来源：《中国测绘》2019年第2期

译者：黎奇，清华大学土木工程系研究生。本文部分数据和资料取材于《GPS世界》2018年11月第29卷第9期《2018年GNSS行业状况》一文。

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