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导航定位的前世今生你了解多少


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  • 导航历史说


1.石器时代的导航


英国的史前人类利用石头山就能实现英国境内的导航,借助由石头山组成的环形标记,使他们能够在很远的地方凭借参照物找到自己想要去的目的地。




这种简单的导航仪建立在一个相互连接的等腰三角形网络基础之上,每一个等腰三角形指向下一个地点。很多石制标记彼此间的距离高达100英里(约合161公里)以上,GPS全球定位系统)坐标显示,这个原始导航仪的精确度却在100米之内。




通过这种简单的导航系统,当时的居民可以不借助任何道具,光凭自己的肉眼就能从地点A到地点B的导航,是不是很神奇。


2.中国人自豪的发明


罗盘,古称罗经、罗镜、经盘、子午盘、针盘等,是从事勘舆活动的重要工具。当然罗盘在当时不仅仅是作为指向使用,多层次的罗盘一般内容复杂从五行八卦、干支甲子、节气方位,到天文历法、州国分野均包括在内。


古代指南车


汉代司南


北宋水浮法指南针


元代指南龟


罗盘在我国历史上扮演者非常重要的角色,至今我们依旧还在使用指南针进行指向,所以说传统的器械不一定会落后,在关键时刻还很靠谱。



BDS/GNSS导航定位设备中同样也没有舍弃传统的定向硬件


在BDS/GNSS导航定位设备中其实也有加入地磁罗盘的功能,就算在没有卫星信号的情况下也依旧可以判断正确的方位。同理,气压高度计、陀螺仪都是为了进一步提高卫星定位精度与稳定性。


3.几块木板叠加导航


所谓牵星术,就是利用天上星宿尤其是北斗七星的位置及其与海平面的角高度,日影高度来确定航海中船舶所走位置及航行方向的方法,因此又称为天文航海术。早在秦汉时代,人们已经知道在海上乘船看北斗星就可以辨识方向。


牵星术的工具叫牵星板, 用优质的乌木制成。一共十二块正方形木板,最大的一块每边长约二十四厘米,以下每块递减二厘米,最小的一块每边长约二厘米。另有用象牙制成一小方块,四角缺刻,缺刻四边的长度分别是上面所举最小一块边长的四分之一、二分之一、四分之三和八分之一。比如用牵星板观测北极星,左手拿木板一端的中心,手臂伸直,眼看天空,木板的上边缘是北极星,下边缘是水平线,这样就可以测出所在地的北极星距水平的高度。高度高低不同可以用十二块木板和象牙块四缺刻替换调整使用。求得北极星高度后,就可以计算出所在地的地理度。



早期的影片中我们还能看到利用牵星术规划航海路线


虽然现在的航海技术已经有了很大的变化,但是一些渔民依旧会利用这一种方法,根据自己的经验马上判断出自己的方位。虽然比不上现在的雷达、卫星定位等高科技设备,但是依旧是很实用的判断方式。


4.不用卫星的车载导航


为了让司机双手摆脱地图,下面的这款导航仪据称是1930年的设计,并且还在欧洲国家上市过。通过一个简单的纸质地图就能够让老爷车拥有导航的功能。


这个看着非常山炮的东西,其实就是根据实际车速来卷动安装好的路线图的,安装在车内,前往一个陌生地方的时候就可以摆脱大幅的纸质地图,当然没有现在的车载卫星导航仪简单方便了。



实用性很差 但是设计很有趣的地图手表


后来又有了一些新的设计,比如说上面这种将地图嵌入手表中,也是非常有趣的东西。说到传统导航与卫星导航的区别,我们最直观的就看到了地图的性质发生了变化,从以往一步步拿在手上看,但现在可以自动随着汽车移动,准确的在各个路口进行提示。


  • 有趣的定位


1.地理景观定位法


由于地理环境差异和人类活动的影响,不同地区在自然地理景观和人文地理景观上存在较大的差异,通过这些地理景观也可以正确地确定所在地区的位置。不同区域有不同的地貌景观,由于纬度位置和海陆位置的差异,它们的气候、植被和动物不同,形成了不同的自然地理景观,成为确定区域位置的重要依据。如日本的富土山,非洲热带草原上的长颈鹿、斑马,热带地区的椰子树、天然橡胶,南极洲的企鹅,干旱地区的仙人掌,沙漠地区的绿洲等。


2.无线电定位法


罗兰--C:工作在100KHZ,由三个地面导航台组成,导航工作区域2000KM,一般精度200-300M


Omega(奥米茄):工作在十几千赫。由八个地面导航台组成,可覆盖全球。精度几英里。


多卜勒系统:利用多卜勒频移原理,通过测量频移得到运动物参数(地速和偏流角),推算出飞行器位置,属自备式航位推算系统。误差随航程增加而累加。


  • 现代化导航定位(卫星定位,室内定位)


导航定位是一对孪生兄弟,一个是要解决我在哪里?一个是要解决如何去那里?现代技术让导航定位融为一起进行了解决,诸如BDS/GNSS定位技术和室内定位技术。关于此类技术,大家已经耳熟能详所以不再赘述。


但所有以上的技术成果,其定位导航基本上以人类个体发起为主体,真正应用时,许多时候需要人工的辅助判断和干预。


乔布斯将手机变为智能移动终端,解决人们一切活动中的问题。“智能”变成无所不能的概念贯穿方方面面,深入现代人类当中。现在人工智能的浪潮已经开始掀起,导航定位的继续更新势必将以智能化水平为衡量,那么我们就聊聊智能导航定位。


  • 智能导航定位


智能手机的概念很早就提及了,乔布斯的成功是在合适的时间、合适的条件推出了合适的产品,当时,3G无线通讯已经基本普及,通讯费用也降到了大众基本可以忍受的地步,加上非常吸引人的一些列图形化表达标记,流程的软件功能,直接引领手机的智能化革命。让人们对智能有了切实的体会,现在各行各业都在引用,各行各业已经是无智不能行。理所当然,导航定位也需要“智”,也需要“能”。


智什么?能什么?当然是越智就越能,如同孩子成长过程中的学习,智力随着知识的增多而提高,能力随着智力的提升而加强一样,导航定位的智能也因许许多多应用的需求和科研的满足而不断提升,那么接下来会发生什么事情呢?


1.无人机自主飞行


目前无人机虽然在军事和民用领域都得到了应用,但其智能化程度还远远不够,仍然需要人遥控操纵,尚未实现自主飞行。


设想一下你打开家里的窗子,一架无人机恰巧停在窗外,你从无人机上取下自己购买的物品,然后拿出手机确认收到,无人机才缓缓飞走,去寻找下一个客户。或者,下午你要去某咖啡馆与客户交流,恰巧有一个快递要送来。你提前通知快递公司,让无人机指挥中心更改送货路线,通知无人机将快递送到咖啡馆。物流体系使用无人机取代人工,实现货物派送的设想一旦实现,将大大提高配送效率,减少人力、运力成本,可以说承载了人们对于未来物流的梦想。但这一梦想如果要得以实现,必须要使无人机具备感知和规划的智能,必须拥有导航的智能判断能力。


2.空间定位智能化


空间定位卫星定位作为一种全新的现代定位方法,已逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子仪器。80年代以来,尤其是90年代以来,北斗GNSS卫星定位导航技术现代通信技术相结合,在空间定位技术方面引起了革命性的变化。


用北斗GNSS同时测定3维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间,从静态扩展到动态,从单点定位扩展到局部与广域差分,从事后处理扩展到实时(准实时)定位与导航,绝对和相对精度扩展到米级、厘米级乃至亚毫米级,从而大大拓宽它的应用范围和在各行各业中的作用。不久的将来,人人可以戴上北斗手表,加上智能电话,你的活动就可以自动进入数字地球中去。


将来导航和位置的使用就象电视或收音机,打开就能用,不需要有专业的知识,它将会主动的配合方方面面的动作。


「来源:导航圈┆计量资讯速递编辑整理」

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