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全球定位系统在澳门之应用与发展
文章来源：博能科技 发布时间：2017-12-25 访问量：人摘要：介绍了全球定位系统GPS技术在澳门的应用起源，应用的历程与将来澳门GPS跟GIS结合的发展与应用的方向。简述了各阶段所展开工作的成果，从初期应用GPS静态卫星定位技术，发展到实时动态卫星定位技术应用的过程，并且介绍了澳门特别行政区全球定位系统参考站的建立，以及所遇到的问题。而GPS参考应用在RTK以及陆上导航的实时广播所使用的方式，仍须进一步探讨和深入研究。
1 前言
随着社会不断的变迁跟科技日益的进步，全球定位系统（GPS）接收技术的发展为民用已经有多年了。以测量角度而言，GPS测量的操作便捷、高精度、全天候，测区范围大小均宜，并且测量点间无通视，来建立点间的互相关系。澳门虽为弹丸之地，但是GPS所起的作用却是无可置疑的，近年来，配套多功能的计算软件，通过跟其他新科技的配合，GPS已经逐渐取代传统三角测量作为平面控制网的施测方法，并且随着接收仪收讯功能不断更新改良，GPS应用发展趋势也跨越控制测量领域，迈进了崭新的年代。
随着社会不断的变迁跟科技日益的进步，全球定位系统（GPS）接收技术的发展为民用已经有多年了。以测量角度而言，GPS测量的操作便捷、高精度、全天候，测区范围大小均宜，并且测量点间无通视，来建立点间的互相关系。澳门虽为弹丸之地，但是GPS所起的作用却是无可置疑的，近年来，配套多功能的计算软件，通过跟其他新科技的配合，GPS已经逐渐取代传统三角测量作为平面控制网的施测方法，并且随着接收仪收讯功能不断更新改良，GPS应用发展趋势也跨越控制测量领域，迈进了崭新的年代。
2 应用的起源
早在于1981年，由香港皇家制图总署的“512 Specialist Team Royal Engineers(STRE)”工程人员利用了GPS测量技术为澳门地区三角网的其中两个控制点：妈阁山(Monte da Barre)、路环最高（Coloand Alto）进行观测并建立了以WGS72为参考椭球体的坐标资料。并世界性登录与香港多普勒站（Doppler Station）相关连的编号分别为No.31386、No.31397的多普勒站。开始了全球定位系统技术在澳门的应用。
早在于1981年，由香港皇家制图总署的“512 Specialist Team Royal Engineers(STRE)”工程人员利用了GPS测量技术为澳门地区三角网的其中两个控制点：妈阁山(Monte da Barre)、路环最高（Coloand Alto）进行观测并建立了以WGS72为参考椭球体的坐标资料。并世界性登录与香港多普勒站（Doppler Station）相关连的编号分别为No.31386、No.31397的多普勒站。开始了全球定位系统技术在澳门的应用。
1986年该两个多普勒站有葡萄牙热带科学研究学院大地测量中心（Centro de Geodesia do Instituto de Investigacao Cientifica Tropical de Portugal）转换成用作天文观测的拉普拉斯站。此后在1987-1990年间曾多次对这些点进行检测。
1991年香港皇家制图总署的512 STRE人员再度来进澳进行GPS测量，把澳门的三角点与香港的控制点进行GPS的精密联测和平差，建立了以WGS 84参考基准、包括“妈阁山”和“路环最高”，以及分别在澳门半岛和离岛增加了4个，总共六个多普勒站。组成澳门地区的首个GPS控制网，亦是其后于1994年高明政府测绘部门进行控制网GPS观测的基准。
1991年香港皇家制图总署的512 STRE人员再度来进澳进行GPS测量，把澳门的三角点与香港的控制点进行GPS的精密联测和平差，建立了以WGS 84参考基准、包括“妈阁山”和“路环最高”，以及分别在澳门半岛和离岛增加了4个，总共六个多普勒站。组成澳门地区的首个GPS控制网，亦是其后于1994年高明政府测绘部门进行控制网GPS观测的基准。
3 应用的历程
1994年，完成澳门地区十四个控制点的GPS静态测量，并且把WGS 84坐标配合原有的直角坐标系统建立一套转换的参数。根据此次工作的经验，获取在澳门地区进行GPS测量的初步的成果。
1994年，完成澳门地区十四个控制点的GPS静态测量，并且把WGS 84坐标配合原有的直角坐标系统建立一套转换的参数。根据此次工作的经验，获取在澳门地区进行GPS测量的初步的成果。
1995年，应国际民航界的要求，世界各地的机场定于1998年，全面采用了WGS 84作为飞机导航的标准坐标系统。在澳门国际机场进行制定范围内的卫星测量系统，为配合澳门民用航空局不同的点位精度要求，除了应用高精度的静态卫星测量外，还初次利用了快速静态方法来测得点位的WGS 84坐标，往后，因机场发展的工程需要，还多次应澳门国际机场管理公司（CAM）的要求，在澳门国际机场进行GPS测量。
随着澳门城市建设的迅速发展，高耸的建筑物到处林立，再者，由于环境的变化，致使用三角测量方法的观测条件每况愈下，导致原有十四个三角点的通视情况不大如前；亦因城市发展使个别三角点必须放弃使用，现在三角网图形强度大为降低。但这些三角点沿用多年，且必须不断地进行检测工作。现今，建立了这些点位的WGS 84座标资料后，GPS接受仪的（静态卫星定位测量）精度高达5mm±1ppm，在大气环境下利于三角测量的观测条件下，可利用GPS加以补足，并且减省了传统三角测量的工作量及人员的耗用，使本地区的控制测量时效更佳！随着澳门地区城市建设的发展，应用GPS的机会逐渐增加，从1995年起，已分阶段为澳门半岛和离岛的一百多个测量控制点进行了GPS测量。
在1999年，随着全球定位系统技术的普及、载波相位整周待定值（Ambiguity）解算的优化，配合无线点通讯设备，澳门开始了实时动态卫星测量（Real Time Kinematics，PTK）技术的应用，研究了在不同卫星数目、GDOP及各种外在环境的影响下，分析了点位坐标偏差情况、定位精度，藉此确保测量成果可靠性。其中，亦仪器厂商设定CQ（Coordiate quality）值为一衡量RTK精度指标，这都受到卫星数目及GDOP、无线通讯期信号的强弱、无线电视频道清晰程度等重要因素的影响。由于所使用的是小功率无线电传输设备，因此以基线长度不大于4km，对已知坐标点进行测试，经分析结果显示，对于短基线测量，需在5颗卫星以上及GDOP<4.5的环境下，才能得到较稳定和理想的结果。
近年来，一方面由于澳门的大型基建项目的逐渐增加，尤其是在土地不稳定时，难以用传统测量方法去建立测量控制网的两离岛之间的填海区，GPS的应用更不可缺。而且正在完善的澳门地理信息系统，也需要大量地采集数据，因此利用RTK技术快速收集各专集各专题资料的点位坐标数据更是有实际需求，另外，GPS在协助智能交通系统中的陆上导航应用，或者在大型建筑的监测研究等方面，有待相关机构、专家、学者作多方面的探讨和合作。
为此，鉴于GPS的日渐普及，配合多年来GPS的应用，于2000年8月，构思了在澳门特别行政区建立一个24小时连续施测的全球定位系统参考站系统，建筑起一个为支援综合GPS应用和GIS发展基础设备的框架。
在同年10月，地图绘制暨地藉局参与了PCGIAP机构组织的亚太地区联合GPS观测计划项目－“APRGP2000”。期间包括中国大陆、香港特别行政区、日本、澳大利亚以及其他亚太地区的国家同时进行连续114小时的联合观测。经过这次联测经验，加强了建立一个GPS参考站的推动力。
为此，在2001年，得到有关领导的支持和鼓励，结合澳门的实际情况，吸收香港在这方面的实际经验，以优先考虑的测量上的应用为前提，经过对参考站系统的规模和功能进行了可行性研究和分析，终于在2001年12月在大炮台澳门博物馆侧建立了第一个，具有RTK功能、利用(35瓦)大功率UHF频道无线电发送资料的GPS参考站-“大炮台全球定位系统参考站”。
在拟定建立GPS参考站的时候，主要考虑以下问题：
发展GPS车辆导航，配合电子地图提供ITS基础资料构架。具备这些高精度的仪器，更有利于澳门进行大型建设前期控制测量的实施，尤以澳门与邻近地区合作的规划工程，但是澳门特别行政区与邻近地区的坐标系统不同。在坐标转换的过程中出现一定误差，因此必须切合GPS测量及全球性的坐标基准（WGS84）的特性，共同进行GPS卫星定位测量，与邻近区域建立统一的坐标系统，以及具有同一误差标准的坐标值。GPS参考站更能及时提供数据予其他公、私人实体及政府部门，利于开展工作，或作学术研究的用途。
结合现今资讯导向的新时代，地理信息系统（Geographic Information System,GIS）已成为测量的新兴科技及积极发展的一个方向。其中，强大的资料库则成为GIS的重要一环，而能为配合大量资料的采样、记录和存储则是系统操作者所需面对的问题。因此，GPS现已成为与GIS结合的新趋势，市场上亦有以GPS来收集GIS数据的产品。可见，两者相结合的可应用范围将是全方位社会性的，因为其结合可以成为各种具有专业行为意义的动态实时信息系统。而GPS则可测定点位的地理位置，并按其相应的题材而绘制成各种专题地图；例如公共汽车路线图、排水沟分布图等，使用实时地图卫星测量在现场加上适当的属性资料，通过相关软件换坐标及属性资料至会谈软件或GIS，从而提供了不同行业、政府、团体进行各种业务策划所需的资料。
环顾香港特别行政区及其他城市，全球定位系统参考站在大型基建控制测量、桥梁形状监测、智能交通系统等不同领域的应用。对着力不在久的将来，与邻近地区的GPS卫星定位测量合作，及GPS与其他应用技术的发展下，GPS接收讯号的数据资料量继而不断增多，将来，全球定位系统参考站网的建立，有助完善导航系统，紧急救护系统，以至普及澳门特别行政区应用GPS在大型建筑的监测方面的研究。
现今澳门特别行政区对GPS的应用已趋成熟，为达到资料共享及节省人力、物力的前提下，24小时全天侯施测GPS参考站的建立已初步实现。但由于现代通讯发达，造成无线电频道非常拥挤，特别对于使用无线电频道的RTK测量影响更为严重，往往因无线电号被干扰而无法正常运作，或者对视频信号产生干扰而造成居民生活不便。因此，对于GPS参考站设立，不但要考虑卫星讯号的接收条件，而且对于由于在RTK以及陆上导航的实时信息广播，所使用的方式更是一个需要深入探讨的课题。
随着澳门城市建设的迅速发展，高耸的建筑物到处林立，再者，由于环境的变化，致使用三角测量方法的观测条件每况愈下，导致原有十四个三角点的通视情况不大如前；亦因城市发展使个别三角点必须放弃使用，现在三角网图形强度大为降低。但这些三角点沿用多年，且必须不断地进行检测工作。现今，建立了这些点位的WGS 84座标资料后，GPS接受仪的（静态卫星定位测量）精度高达5mm±1ppm，在大气环境下利于三角测量的观测条件下，可利用GPS加以补足，并且减省了传统三角测量的工作量及人员的耗用，使本地区的控制测量时效更佳！随着澳门地区城市建设的发展，应用GPS的机会逐渐增加，从1995年起，已分阶段为澳门半岛和离岛的一百多个测量控制点进行了GPS测量。
在1999年，随着全球定位系统技术的普及、载波相位整周待定值（Ambiguity）解算的优化，配合无线点通讯设备，澳门开始了实时动态卫星测量（Real Time Kinematics，PTK）技术的应用，研究了在不同卫星数目、GDOP及各种外在环境的影响下，分析了点位坐标偏差情况、定位精度，藉此确保测量成果可靠性。其中，亦仪器厂商设定CQ（Coordiate quality）值为一衡量RTK精度指标，这都受到卫星数目及GDOP、无线通讯期信号的强弱、无线电视频道清晰程度等重要因素的影响。由于所使用的是小功率无线电传输设备，因此以基线长度不大于4km，对已知坐标点进行测试，经分析结果显示，对于短基线测量，需在5颗卫星以上及GDOP<4.5的环境下，才能得到较稳定和理想的结果。
近年来，一方面由于澳门的大型基建项目的逐渐增加，尤其是在土地不稳定时，难以用传统测量方法去建立测量控制网的两离岛之间的填海区，GPS的应用更不可缺。而且正在完善的澳门地理信息系统，也需要大量地采集数据，因此利用RTK技术快速收集各专集各专题资料的点位坐标数据更是有实际需求，另外，GPS在协助智能交通系统中的陆上导航应用，或者在大型建筑的监测研究等方面，有待相关机构、专家、学者作多方面的探讨和合作。
为此，鉴于GPS的日渐普及，配合多年来GPS的应用，于2000年8月，构思了在澳门特别行政区建立一个24小时连续施测的全球定位系统参考站系统，建筑起一个为支援综合GPS应用和GIS发展基础设备的框架。
在同年10月，地图绘制暨地藉局参与了PCGIAP机构组织的亚太地区联合GPS观测计划项目－“APRGP2000”。期间包括中国大陆、香港特别行政区、日本、澳大利亚以及其他亚太地区的国家同时进行连续114小时的联合观测。经过这次联测经验，加强了建立一个GPS参考站的推动力。
为此，在2001年，得到有关领导的支持和鼓励，结合澳门的实际情况，吸收香港在这方面的实际经验，以优先考虑的测量上的应用为前提，经过对参考站系统的规模和功能进行了可行性研究和分析，终于在2001年12月在大炮台澳门博物馆侧建立了第一个，具有RTK功能、利用(35瓦)大功率UHF频道无线电发送资料的GPS参考站-“大炮台全球定位系统参考站”。
在拟定建立GPS参考站的时候，主要考虑以下问题：
（1）参考站选址需考虑具有土质稳定、地势较高、卫星收讯良好的净空、保安容易和交通方便的环境，同时还要考虑电源及通信（讯）设施是否容易铺设；
（2）参考站的功能首要定位于RTK测量工作，选择利用无线电传输资料方式，主要是优先考虑配合现有的GPS接受仪及GPS接受仪及RTK无线电传输设备，使用符合以最低投入而得最佳效果的原则。所以参考站选址也要考虑受到无线电电波干扰的程度，因此事先得到澳门特别行政区的电信管理部门协助测试和提供使用频道；
（3）根据过去测试RTK的经验，若使用单独一台GPS参考站作为RTK测量时，由于没有多余观测而造成精度难以保证；
（4）因此测量成果精确性具有保证的条件下，需要建立一个系统，该系统至少具有2各GPS参考站，这不但在进行RTK测量时，对测量结果有一个检核的作用，而且利用在控制中心计算机的应用软件，也可对各GPS参考站之间互相进行监察，以确保参考站自身的点位精度。
（5）最后，确定GPS参考站系统计划分别建立于澳门半岛及离岛共三个参考站所组成。参考站的选址按上述条件要求，经过实地踏勘、测试及研究分析后所确定。在得到政府一些相关部门的协助下，首个参考站的选址，坐落于澳门半岛大炮台澳门博物馆东侧原气象仪所在位置。由于该位置属于旅游景点，且在受保护文物范围内，因此，大炮台全球定位系统参考站的设计不但要求符合实用上的技术要求，而且也要配合大炮台的整体景观设计，必须时与大炮台澳门博物馆融为一体的设计方案。
现在，这GPS参考站仍在进行RTK的精度和覆盖范围的测试，以作下一阶段建立的依据。
4 应用的发展路向
发展GPS车辆导航，配合电子地图提供ITS基础资料构架。具备这些高精度的仪器，更有利于澳门进行大型建设前期控制测量的实施，尤以澳门与邻近地区合作的规划工程，但是澳门特别行政区与邻近地区的坐标系统不同。在坐标转换的过程中出现一定误差，因此必须切合GPS测量及全球性的坐标基准（WGS84）的特性，共同进行GPS卫星定位测量，与邻近区域建立统一的坐标系统，以及具有同一误差标准的坐标值。GPS参考站更能及时提供数据予其他公、私人实体及政府部门，利于开展工作，或作学术研究的用途。
结合现今资讯导向的新时代，地理信息系统（Geographic Information System,GIS）已成为测量的新兴科技及积极发展的一个方向。其中，强大的资料库则成为GIS的重要一环，而能为配合大量资料的采样、记录和存储则是系统操作者所需面对的问题。因此，GPS现已成为与GIS结合的新趋势，市场上亦有以GPS来收集GIS数据的产品。可见，两者相结合的可应用范围将是全方位社会性的，因为其结合可以成为各种具有专业行为意义的动态实时信息系统。而GPS则可测定点位的地理位置，并按其相应的题材而绘制成各种专题地图；例如公共汽车路线图、排水沟分布图等，使用实时地图卫星测量在现场加上适当的属性资料，通过相关软件换坐标及属性资料至会谈软件或GIS，从而提供了不同行业、政府、团体进行各种业务策划所需的资料。
环顾香港特别行政区及其他城市，全球定位系统参考站在大型基建控制测量、桥梁形状监测、智能交通系统等不同领域的应用。对着力不在久的将来，与邻近地区的GPS卫星定位测量合作，及GPS与其他应用技术的发展下，GPS接收讯号的数据资料量继而不断增多，将来，全球定位系统参考站网的建立，有助完善导航系统，紧急救护系统，以至普及澳门特别行政区应用GPS在大型建筑的监测方面的研究。
现今澳门特别行政区对GPS的应用已趋成熟，为达到资料共享及节省人力、物力的前提下，24小时全天侯施测GPS参考站的建立已初步实现。但由于现代通讯发达，造成无线电频道非常拥挤，特别对于使用无线电频道的RTK测量影响更为严重，往往因无线电号被干扰而无法正常运作，或者对视频信号产生干扰而造成居民生活不便。因此，对于GPS参考站设立，不但要考虑卫星讯号的接收条件，而且对于由于在RTK以及陆上导航的实时信息广播，所使用的方式更是一个需要深入探讨的课题。
