又被導航帶跑偏瞭!電子地圖定位為何老不準?

電子地圖定位不準的尷尬事常有。近日,互聯網出行巨頭滴滴宣佈進軍地圖測繪領域,未來高精度地圖能成為放心出行的“拯救者”嗎?

文/記者 趙天宇 編輯/吉菁菁

新媒體編輯/房永珍

采訪專傢>>>

王大成(中國科學院遙感與數字地球研究所副研究員)

劉亞嵐(國傢遙感應用工程技術研究中心空間信息綜合集成技術研究室主任)

科學“答”人隨堂測

GPS是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的新一代空間衛星導航定位系統,目前由多少顆衛星組成?

A.20顆

B.24顆

C.28顆

D.30顆

(答案見文末)

陳先生的遭遇如今並不鮮見。隨著人們出行需求不斷增加,地圖也逐漸變小變薄,從紙質變為電子,最終裝進瞭人們的手機中。然而,經常性出現的“定位不準”“導航失靈”等狀況則讓人尷尬不已。最近,傢住北京朝陽某小區的陳先生遇到瞭一件煩心事:自從傢門口的寫字樓蓋起來以後,叫外賣時送餐員就開始找不到路:“按照外賣地圖上導航規劃的線路走,就會被直接定位到200米外的隔壁小區。還得再通過電話聯系,這麼一進一出,得耽誤不少工夫。”

又被導航帶跑偏瞭!電子地圖定位為何老不準?

10月30日,來自國傢測繪地理信息局一則公示引起瞭社會的廣泛關註,互聯網出行巨頭滴滴的全資子公司滴圖科技拿到瞭導航地圖的甲級測繪資質,滴滴也因此正式成為第14傢進軍地圖測繪領域的企業,並宣稱開始向高精度地圖發起“挑戰”。那麼,電子地圖“定位不準”“導航失靈”的尷尬狀況是由哪些因素導致的?升級高精度地圖的意義何在?隨著科技發展與進步,在未來,電子地圖如何才能“更精確”?

底層數據是繪制基礎 確定位置依靠GPS衛星測距

在瞭解電子地圖為何會出現“定位不準”之前,有必要先知道它是如何進行測繪的。

據國傢遙感應用工程技術研究中心空間信息綜合集成技術研究室主任劉亞嵐博士介紹,我們平時使用的電子地圖,實際上是多層數據的“疊加”綜合體:包括底層數據、POI數據、以及諸如交通狀況圖層、街景圖、三維圖等其他數據圖層。

劉亞嵐表示,在電子地圖的測繪中,底層數據是重要的基礎,也叫做基礎測繪信息。在我國,這個基礎測試信息由國傢測繪地理信息局負責繪制、更新,比如道路、河流、山脈的名稱等。當然地圖廠商也可以自己進行采集,比如說高德地圖就擁有甲級航空攝影測繪資質,可以自行進行外采。

又被導航帶跑偏瞭!電子地圖定位為何老不準?

▲目前,地球上空共有24顆GPS衛星,全球覆蓋率已經達到瞭94%以上

而我們平時在電子地圖上看到的數據,大多都是POI(Point of Interest)數據,是基於位置服務的最核心數據。其在底層數據的基礎上添加,像電子地圖上的景點、商店、加油站、銀行、醫院等常用設施,都屬於POI。在移動互聯網時代,人們出行都以POI為目的地,這也是百度、高德等企業測繪地圖中最看重的一部分資源。

“我們在街頭經常能看到掛著導航軟件公司的車輛,這就是導航公司在進行POI數據的采集。”劉亞嵐說。

那麼電子地圖是如何定位的?中國科學院遙感所副研究員王大成博士告訴記者,以手機地圖為例,目前,普通的民用導航軟件的主流定位方式有三種,即GPS定位、基站定位和混合定位。

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▲圖為GPS定位的工作原理

GPS是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的新一代空間衛星導航定位系統,目前由24顆衛星組成,全球覆蓋率已經達到瞭94%以上,主要原理是通過計算天上4顆衛星到GPS接收機的距離感得到準確位置,這與立體幾何中的已知位置求距離有些類似。

基站定位則是依靠運營商的電信基站進行定位,通過算法和基站數據能夠得到比較理想的定位精度,但基站定位精度對基站分佈程度要求較高,基站密集的地區定位精度較高,基站分散的地區定位精度會下降。因此,目前手機地圖大多使用的是混合定位,也就是“GPS定位+基站差分定位”,這雖然在一定程度上增加瞭手機的功耗,但相對於單純的GPS定位,精度提升瞭不少。

天氣因素、數據缺失幹擾定位,“二次加工”失誤影響數據準確

盡管GPS定位系統已經有40多年歷史,在全球的覆蓋率也已經超過瞭90%,但是這種定位方法局限性其實不小;首先衛星軌道有時會有偏差。其次無線電波的傳播速度也有誤差,即使誤差在0.00001秒,距離也差出不少。第三,無線電波在空氣中傳播也受到天氣的影響,比如說雲層較厚的多雲天氣就沒有晴天定位精準。

“視野不夠開闊,電磁信號復雜都會影響GPS定位的準確性,因此城市裡特別是高樓大廈之間的定位往往沒有開闊的平地上好。甚至在鋼筋混凝土的樓房內,有時候GPS信號受到墻體的阻隔或反射根本無法進入室內,也會經常出現信號傳輸無法定位的情況。”王大成博士說。

除瞭GPS定位失誤的技術因素,不少人為因素也是造成定位不準確的重要原因之一。劉亞嵐認為,從目前的情況來看,定位不準與數據的缺失和二次加工數據中的失誤有不可推卸的責任。

劉亞嵐告訴北京科技報 | 科學加客戶端記者,由於人力、成本等、多方面原因,基礎測繪信息包含的內容相對較少,並且通常更新時間為2年左右,這就需要地圖運營商自行采集核對數據信息,進行“二次加工”。“但這些二次加工數據是失誤的,有的甚至嚴重失誤,特別是在農村地區和偏遠山區,這種失誤就更加明顯,因此給人們造成瞭‘定位不準’的‘假象’。”

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▲左圖為某地圖軟件標註的張北縣安固裡淖湖,右圖為已經幹涸的湖面和廢棄的碼頭(攝影/趙天宇)

例如河北省張北縣的安固裡淖湖,由於氣候變化和過度放牧,這個曾經的華北第一大高原內陸湖,早在十年前就已經完全幹涸,但地圖軟件上卻依然顯示這裡“碧波蕩漾”,甚至連湖水的界限都清楚的標出,讓人瞬間迷失瞭方位。

此外,所有地圖廠商在二次繪制地圖的過程中,對於一些軍用、涉密的信息都需要進行加密,一些部隊駐地、軍用設施以及保密單位都需要被“抹去”,在這個過程中,可能也會有一定數據缺失從而造成定位不準或者導航路徑的規劃失誤。

遠離強磁場、發展衛星技術可提升定位精準度

哪些手段可以提高定位精準度?首先,用戶在手機設置上可以同時利用GPS、WLAN和移動網絡這三種定位方式進行定位,並確保手機網絡處於開啟狀態。另外,在使用時也要遠離一些強磁場設備,例如電吹風、電磁爐等,這些設備也會對手機定位產生不小的幹擾。

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▲差分GPS技術也可以彌補GPS定位精度不足的問題,圖中的小圓點就是地面差分站,在生活中並不少見

而差分GPS技術也可以彌補GPS定位精度不足的問題,這種技術利用地面已被精確測定位置的差分站的信息,接收機可以利用它的數據,大幅消除信號上不確定的時間延遲,從而獲得更高的定位精度“就像光線到水中有折射一樣,這種差分儀相當於在水裡又安一面鏡子,糾正瞭這種錯誤。”王大成博士表示,提高差分儀建設的密度,是提高GPS精準度的有效手段之一。

但是,受制於人不如自力更生,王大成博士解釋說,目前GPS提供的定位服務實際上有兩種,即標準定位服務和精準定位服務,普通民用的是標準定位服務。盡管標準定位服務(SPS)可提供優於30m(2dRMS)的定位精度,但出於美國國傢的利益,美國國防部人為地將定位精度降低至100m,加之信號傳輸過程中的一些損失,定位精度的范圍往往更大。

隨著北鬥三號一星、二星的發射,中國的衛星導航全球組網系統正在不斷完善當中。據瞭解,建成後的北鬥全球導航系統將為民用用戶免費提供約10米精度的定位服務、0.2米/秒的測速服務。並且相比較於GPS系統,北鬥衛星北鬥系統還可以將用戶的位置信息發送出去,讓其他人可以知道用戶的情況,靠北鬥衛星的一個終端,就可以兼備導航和通信兩大功能。

未來衛星技術的發展,也將為使用者提供更多可能,目前世界上有“美國GPS”“中國北鬥”“歐洲伽利略”“俄羅斯格洛納斯”四大衛星導航系統,等這些系統完全建成以後,全世界的導航衛星數量將超過100顆。“到時候用戶可接受到更多衛星信號,導航精準性將大大提升”,王大成說。

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▲在中科院遙感所,王大成向記者展示瞭遙感衛星數據庫,從1984年以來的地圖數據,可以為地圖測繪提供有利支持

此外,王大成表示,目前遙感技術可以通過衛星影像的方式以極高的效率獲得地球的地表信息,通過分析遙感技術所獲取的衛星影像,可以很方便的獲取豐富的地表信息。從而極大的提升繪制的準確性。

高精度地圖瞄準自動駕駛,未來實時更新“精確到厘米”

“甲級測繪資質的含金量很高,直接拿到並很不容易,滴滴這次在地圖測繪方面的動作不小,蘊含著更大的商業意圖”王大成分析說,在滴滴之前,UBER也曾嘗試自行繪制高精度地圖,這一切都指向瞭一個陌生又熟悉的領域——無人駕駛。

何為“電子地圖測繪甲級資質”?《互聯網地圖服務專業標準》中明確表示,取得互聯網地圖服務甲級測繪資質的單位,可以從事地圖搜索、位置服務;地理信息標註服務;地圖下載、復制服務;地圖發送、引用服務等四類服務;取得互聯網地圖服務乙級測繪資質,可以從事前兩類服務,但不得從事後兩類。

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▲目前,總共有十三傢公司具有電子地圖制作甲級測繪資質,如今,滴滴成為第十四傢。據瞭解,百度和騰訊的甲級測繪資質,都是通過“買殼”的方式獲得的

王大成告訴記者,盡管百度、騰訊地圖使用用戶數量很多,但實際上百度和騰訊並沒有真正拿到“甲級測繪”資質,而是通過“買殼”的方式實現的;百度全資收購瞭具有甲級測繪資質的長地萬方公司,騰訊則通過股權轉讓的方式成為圖商四維圖新公司的第二大股東。

業內人士也指出,如今,滴滴佈局無人車、無人駕駛的目標已經十分明確,而自行繪制的高精度地圖,則是重中之重。事實上,隨著自動駕駛成為汽車廠商比拼未來的新維度,一場圍繞高精度地圖的爭奪戰,已經在各大汽車廠商和科技公司中展開。

又被導航帶跑偏瞭!電子地圖定位為何老不準?

▲海外高精度地圖的領導者Here的高精度地圖測繪車。車上的激光雷達傳感器可以一秒內感知約60萬個掃描點(包括周邊建築物、樹木等);測繪車一天內能夠收集和處理超過100G的數據。作為全球最主要的數字地圖供應商之一,Here掌握瞭歐美車載導航儀地圖領域80%的市場份額。(圖片來自網絡)

高精度地圖對於自動駕駛有多重要?據瞭解,與普通的數字地圖不同,高精度地圖最大的特點是,除瞭將地圖精度進化到瞭“厘米級別”,包括車道線類型、車道寬度,以及路邊地標、防護欄、樹木、道路邊緣類型等數據都一應俱全;同時,與普通地圖幾個月甚至幾年更新一次不同,高精度地圖還必須實現事故、擁堵情況以及周邊車輛、行人及信號燈等瞬息萬變的動態信息數據實時更新。

對應到自動駕駛汽車,有高精度地圖相助,車輛能精確獲知自己的位置,車載傳感器的能力也就大大提升瞭。“高精度地圖就像自動駕駛汽車的記憶,離開瞭記憶,無論眼睛和思考(攝像頭+控制系統)有多麼發達,還是無法對事件有全局的把控。”

又被導航帶跑偏瞭!電子地圖定位為何老不準?

▲高精度地圖繪制與完善在全球范圍內都存在著一些共性難題。除瞭不斷突破技術障礙提高測繪水平、完善道路基礎設施(如道路標識和標線等)方便車輛系統辨識之外,高精度地圖在信息數據方面還存在著數據開放與分享;數據隱私與安全兩大難題。(圖片來自網絡)

值得一提的是,在無人駕駛技術和高精度地圖的發展推動下,隨之而來的高精度定位也將極大解決目前電子地圖定位不準的問題。高精度定位除瞭一般常用的相對定位外,還有絕對定位。而絕對定位系統結合基站還有慣導系統,在隧道、地下車庫等衛星信號無法覆蓋的地方,也能實現很好的效果。屆時,例如定位點將不再是“目的地附近”這類的提示,而是精準到每一個車位。

科學“答”人隨堂測

答案:B

解析:GPS是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的新一代空間衛星導航定位系統,目前由24顆衛星組成,全球覆蓋率已經達到瞭94%以上,主要原理是通過計算天上4顆衛星到GPS接收機的距離感得到準確位置

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