歐盟2015年《GNSS市場報告》之測繪應用

歐盟2015年《GNSS市場報告》之測繪應用

2015年3月，歐洲全球導航衛星系統管理局（GSA）發布了《全球導航衛星系統（GNSS）市場報告》（第四版）（簡稱《報告》）。《報告》在概要闡述全球GNSS市場新進展的同時，分別從位置服務、道路、航空、鐵路、航運、農業、測繪和授時同步八大應用領域分析了GNSS市場發展現狀，并對2023年前的發展趨勢進行了預測。文章梳理了報告測繪應用部分的主要內容，供讀者參考。

一、GNSS在測繪中的應用

1.GNSS設備在土地測繪中的應用

·地籍測繪：建立產權邊界。征稅等財政政策很大程度上依賴于地籍測繪。

·建筑測量：覆蓋建筑或土木工程項目的不同建設階段，其中機床控制應用自動化建設活動尤其依賴于GNSS。

·機械控制應用采用GNSS定位，例如，采用3D數字化設計得到的信息自動控制施工設備的刀片和鏟斗。

·人本（Person-based）應用可實現多種定位任務，包括做調查、檢查水平、履行建筑檢查以及放樣參考點和標記。

·繪圖：在制圖、環境和城市規劃中，GNSS被用來設計感興趣的指定位置點。

·礦業：礦山勘測包括礦山開采各階段中的測量和計算，例如安全檢查。

2.GNSS設備在海洋測繪中的應用

海洋測繪：海床勘測、潮汐和海流估計、近海測繪等多種活動，這些活動的輸出對于海上航行非常重要。

二、主要趨勢

在成熟的和新興的市場中，GNSS支持土地和物業管理活動。

1.主要市場趨勢

·新興國家的強勁經濟增長和快速城市化刺激了世界新區域對于建筑和地籍測量活動的需求。

·機床控制的人本建筑應用和巨大市場價值驅動GNSS設備的使用。

·繪圖的大眾化：GNSS接收機價格的降低和精度的提高正將繪圖轉變為更加易使用的活動。

2.GNSS增加施工生產力

測繪可以用來精準的確定點的位置，點之間的距離以及角度。GNSS設備支持通過在人本操作和機械導航方面協助經營者以支持建筑工程，其優勢如下：

·GNSS設備可以更快的完成測繪任務，并減少平地機和挖掘機之間的傳遞次數，從而節省時間。

·GNSS設備可以降低機械磨損、減少錯誤、使機械利用的利潤最大化，并節省燃料消耗，從而節省投入和資金。

·GNSS設備可以提高設計和建造之間的數據交換，并且可以提供可重復和一致的數據記錄，從而提高建造的質量。

3.用戶需求的發展將促進市場成長

在土地和海洋測繪中，以GNSS為基礎的儀器滿足施工者、測量員、工程師、科學家等大范圍專業用戶的許多需求。

·精度：根據應用和區域的不同，精度需求從厘米級（例如，建筑的控制測繪）到米級（繪圖）不等。

·實用性：為提高采礦活動、城市峽谷地區地籍和建筑測繪事業中GNSS設備的實用性，需要多星座接收機。

·首次定位時間（TTFF）和時間收斂（TTC）：高生產力的需求要求快速TTFF和TTC。

·價格：成熟市場中的終端用戶依賴于貴的但同時高度精致的設備，精度通常為厘米級別。而大型新興市場中的終端用戶則相比于高精度，更傾向于花費更便宜的設備。

用戶需求的改變促進亞洲商家進入到新興產業當中產生規模經濟并累計專門知識。未來，已建立的北美/歐洲公司和亞洲制造商之間的競爭將更加激烈。這些競爭將同時發生在成熟市場中，而不僅是新興市場中，并可能重塑整個測繪行業。

4.UAV市場正在快速增長

無人機（UAV）的民用應用為采用空基活動提供了新的機會：

·無人機可用于快速、經濟和高度自動化的獲得小型或中型尺寸區域的地測數據；

·攝影和地形數據都可以通過無人機得到；

·在無人進入的情況下可以通過無人機測繪危險或難以接近的區域。

三、產業

依靠價值鏈環節的主要角色的列表。

1.測繪應用價值鏈

測繪應用價值鏈中的主要參與者如圖1所示。

圖1 測繪應用價值鏈

2.歐盟GNSS產品在全球市場中的份額

GNSS測繪方面的龍頭企業是多國的，并且服務于一個遠超它們原先領域的非常多樣化的市場。到目前為止，來自成熟市場的公司仍然主宰者接收機制造商市場。Trimble仍是該行業的領頭者，其后是Hexagon和Topcon公司。系統集成商方面，市場按照應用由不同的廠商構成（建筑機械的制造商，測量設備的制造商，海洋應用方面的專家等）。北美、亞洲和歐洲的市場地區產業份額分別為50%、25%和25%。

在組件、接收機和系統集成商方面，歐洲公司占市場份額的1/4。組件和接收機方面，領頭的歐洲公司為Hexagon（包括徠卡測量系統）和Laird。在系統集成商方面，歐洲公司占有市場的27%，其中前三名的歐洲公司分別為Hexagon、Kongsberg和J.C.B。

四、最新進展

房地產相關活動受到GNSS設備的出貨量刺激而增長。按照區域劃分的GNSS測繪設備安裝量如圖2所示。按照應用類別劃分的GNSS測繪設備出貨量如圖3所示。

由圖2可見，過去的8年間全球GNSS測繪設備的安裝量翻了3倍以上，從2006年的14萬臺增長到2013年的42.6萬臺。

尤其是亞太區域經歷了一個巨大的增長，這樣的增長正日益增多的重塑著市場的地區性分類。在2006年，北美占據GNSS測繪設備應用的44%，而2013年該比重降低至30%。相比之下，同樣的時期亞太占據GNSS測繪設備應用的比重由11%增長至30%。換句話說，GNSS測繪設備正以更快的步伐在西方以外的區域擴展應用。在這些區域，一個典型的特點是GNSS測繪設備不必與遺留系統進行競爭。

由圖3可見，GNSS測繪設備出貨量的增長主要依靠地籍測量、繪圖和建筑（機械控制）的支持。這三個應用占2013年安裝量的87%。地籍測量需求的部分原因是新興國家人口和收入的增長，以及成熟市場中公平稅負原則的應用。

建筑活動在推動發展方面也起到了重要的作用，主要原因是新興市場建筑的繁榮以及成熟市場中危機后的復蘇。在2013年，東南亞的建筑產業增長了7.5%，相比之下美國增長了4.5%，日本增長了4%，歐洲則減小了2.5%。

圖2 GNSS測繪設備安裝量（按區域劃分）

圖3 GNSS測繪設備出貨量（按應用劃分）

五、未來市場趨勢

亞太和北美區域的施工活動將促進GNSS的發展。按照區域劃分的GNSS測繪設備出貨量預測如圖4所示。按照應用類別劃分的GNSS測繪設備出貨量預測如圖5所示。按照區域劃分的GNSS測繪設備安裝量預測如圖6所示。按照應用類別劃分的GNSS測繪設備安裝量預測如圖7所示。

圖4 GNSS測繪設備出貨量預測（按區域劃分）

圖5 GNSS測繪設備出貨量預測（按應用劃分）

圖6 GNSS測繪設備安裝量預測（按區域劃分）

圖7 GNSS測繪設備安裝量預測（按應用劃分）

如圖4所示，亞太區域建筑業的持續發展將驅動GNSS測繪設備出貨量的增長，2013年到2023年期間預期的增長為世界范圍內每年平均11%。盡管到2023年亞太將占總出貨量的50%，但北美和歐洲預期仍將占有市場重要的份額（大約分別為20%和14%）。

由于不斷加劇的競爭和技術的進步，預期設備的平均價格將會下降。從2020年起，價格侵蝕和出貨量的增長將起到互補作用，從而穩固總的年度收入（見圖8）。

GNSS測繪設備的增長預期將主要由地籍測量和建筑活動驅動。在2023年，用于地籍應用的測繪設備預期將占每年50萬臺出產量的一半左右。

預計在下個10年，機械控制也將穩固的增長，并由2013年的3.5萬臺增長至2023年的15.5萬臺。該活動被認為是具有很高價值的，年度收入將超過10億歐元（見圖9）。

圖8 GNSS測繪設備銷售及服務的主要收入預測（按區域劃分）

圖9 GNSS測繪設備銷售及服務的主要收入預測（按應用劃分）

六、用戶技術

1.攜帶附加傳感器的多GNSS和多頻率接收器增強了測繪能力

測繪在所有分塊市場中對于精度的要求最為苛刻，同時由于其具有高的購買力，測繪通常是技術創新的早期采用者。一旦測繪設備費用降低，其他應用將采用已經在測繪中測試過的很多特性。在測繪領域GNSS接收機中四大全球系統占比見圖10。

圖11表明目前提供的GNSS測繪設備的絕大多數（超過85%）使用兩個以上的星座。另外，接近40%的接收機已經支持4個星座。事實表明，采用額外的衛星可以在可靠性、首次定位時間（TTFF）和實用性方面，改善服務的整體性能。

圖10 測繪領域GNSS接收機中四大全球系統占比

圖11 測繪領域接收機支持的星座數目

2.測繪應用中精密單點定位技術的發展

精密單點定位（PPP）研制于20世紀90年代，是依靠單一GNSS接收機提供精確定位的技術，采用的手段為利用詳細的物理模型和修正，精密軌道以及時鐘發生器。

在過去，相比于差分GNSS技術，例如實時動態測量（RTK），精密單點定位技術收斂時間長的特性破壞了其作為實時應用的吸引力。

近期，修正產品的實時分布的發展已經導致了數項先進的技術。這些先進技術使得歧義—解決實時解（PPPRTK）具有與RTK可匹敵的可實現精度，并且測繪應用中的收斂時間更短。

測量員可以得益于伽利略的3倍頻率容量進一步減少收斂時間，從而將PPP作為一項可能備選技術提供給差分GNSS定位技術。

七、歐洲的GNSS測繪應用

1.EGNOS和伽利略滿足入門級和高級應用需求

EGNOS可以在最小投入下提供亞米（sub-metre）級精度，作為劃算的和入門級的設備是一個好的選擇。它可以免費的提供附加值，從而滿足需要增強型GPS定位的繪圖應用的需求。例如，法國的光纖到戶（FTTH）網絡發展利用EGNOS價格—質量比的優勢促使接收機完成野外數據的收集。

高端的要求高的測繪應用追求測量精度的最大化和惡劣環境的信號可用性。例如，伽利略雙頻率和商業服務高精度（HP）將滿足地籍、建筑和礦山測量中許多應用所需求的精度級別。

一般而言，伽利略將在多個頻率提供信號，并在視野范圍內提供額外的衛星，從而提供增強性能。伽利略的額外優勢包括商業服務認證，確保定位信息的可信度，以及更強的信號和更高的衛星。

2.歐洲EGNSS 研發計劃為歐盟產業帶來競爭力

（1）GALIBRA論證GNSS在快速發展市場中的價值

Brazil坐落在磁赤道上，并暴露于電磁層的擾動中。這些擾動削弱了高精度應用廣泛使用的GNSS—激活技術（例如，RTK和PPP）的效力。

GALIBRA（抵制Brazil的電磁層擾動所造成的GNSS高精度應用局限性）計劃發展，實施和驗證算法以減緩這些破壞性的電離層擾動。

（2）MapKITE計劃為走廊繪圖設計雙系統

走廊這類難以接近的繪圖區域目前依賴昂貴的、分開的陸地和空中任務。MapKITE計劃的目標為證明這些活動可以在更少的花費下實施。該計劃試圖通過創造一個雙繪圖系統實現目標。其中，雙繪圖系統結合一個陸地車輛（TV）和一個無人飛機（UAV）提供定向的、標刻度的和綜合的圖像。

結果將整合EGNOS和E5 AltBOC伽利略信號進入一個導航有效載荷中，從而改進魯棒性和完整性。該多星座（GPS/伽利略）陸地—空中感測系統最終目標為提供劃算的、高分辨率的繪圖。計劃還將測試概念的技術以及其商業可用性。

● 王帥 譯