1. 伽利略計劃簡介

2001年3月26日，歐盟15個成員國的交通部長在布魯塞爾決定開始啟動伽利略衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)計劃。27日，歐盟委員會主席普羅迪稱贊這一決定是個突破，認為伽利略計劃定會成功，為打破世界衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)美國獨霸天下的局面、開創(chuàng)歐盟航天事業(yè)的新階段向前邁出了堅實的一步。

伽利略計劃的資金預計為32億到36億歐元，由30顆高軌道衛(wèi)星組成，分布在軌道高度為2.4萬千米、傾角為56度的3個軌道面上?；A設施包括天基和地基兩部分。衛(wèi)星將為用戶提供精確的時間和誤差不超過一米的全球精確定位服務，與美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）和俄羅斯的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GLONASS）爭奪市場。

伽利略計劃分4個階段逐步實施。第一階段是系統(tǒng)可行性評估或定義階段（2000年前結束）；第二階段為開發(fā)和檢測階段（2001年至2005年）；第三階段是部署階段（2006年至2007年）；第四階段為商業(yè)運行階段（2008年以后）。

歐盟為何如此注重開發(fā)自己的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)呢？首先，衛(wèi)星導航定位可應用于人們生活的各個方面，伽利略計劃將創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，打破美國在這方面的壟斷地位，為歐盟贏得可觀的市場份額。權威部門預計，伽利略計劃將為歐盟創(chuàng)造15萬個高技術含量的就業(yè)崗位，每年經(jīng)濟收益有100億歐元之多。歐盟估計，僅出售航空和航海終端設備一項就可在2008年至2020年將150億歐元收入囊中。第二，歐盟開發(fā)此項目可為歐盟現(xiàn)在極力提倡的歐洲共同安全防御政策服務。歐盟近年來，一直主張要擁有獨立于北約的自己的安全體系。伽利略計劃可為實施歐洲共同安全防御政策提供必要的技術保障。第三，歐盟認為，21世紀是科技高速發(fā)展的世紀，歐盟要在今后世界上占有一個重要地位，占領世界高科技陣地是不可或缺的。沒有科技上的領先地位，歐盟在將來許多事務中就沒有主導權。

正如普羅迪所說，伽利略計劃對歐盟來說是一場技術革命，它將給人們帶來的自豪感絕不會亞于“空中客車”飛機和“阿麗亞那”火箭。當然歐盟發(fā)展航天事業(yè)遇到了許多困難，既有技術上困難，也有來自國外如美國的壓力。但歐盟深知，這是事關歐洲前途的大事，是一場壟斷和反壟斷的斗爭，是一場涉及政治、經(jīng)濟、軍事和國家利益的外交斗爭，所以在追求建立自己獨立的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)上的決心從來沒有動搖過。

2. GALILEO衛(wèi)星定位技術在海洋工程中的應用

伽利略計劃的啟動，無疑會對全球產(chǎn)生重大的影響，對我國而言，該技術將對我國的國民經(jīng)濟建設起到劃時代的影響。歐盟發(fā)展伽利略計劃，主要從商業(yè)、政治方面考慮，打破美國的壟斷，對于我國而言，由于關鍵技術被國外公司壟斷，我們主要從應用角度考慮，這里，我們在海洋方面加以論述。

海洋工程應用主要包括海岸工程（Coastal Works）以及近海工程支持（Offshore Support），前者主要應用范圍在40km以內(nèi)，便于建設自己的基站，包括疏浚工程、基礎建設及維護（碼頭、港口等）、土地改造、海灘養(yǎng)殖、海岸帶管理等；近海支持主要應用在近海（離岸約500公里范圍內(nèi)），一般需要建立廣域差分系統(tǒng)，包括石油天然氣、管道鋪設、通訊電纜以及光纜等相關的工程。此外，有關大洋調(diào)查，如礦產(chǎn)資源、大洋環(huán)境調(diào)查等。

2.1. 海岸工程

海岸工程活動發(fā)生在近岸一帶，包括港口和航道的建設和維護、土地改造、海岸防護和河堤保護等。一般根據(jù)國家或者當?shù)卣陌l(fā)展計劃，有計劃的對海岸資源進行開發(fā)和利用。

就定位服務而言，海岸工程項目執(zhí)行者一般以GPS為定位設備，少部分使用全站儀進行定位。海岸工程是一項高附加值的部分，在很多年里為了保證項目運行能產(chǎn)生最好的生產(chǎn)效率已經(jīng)廣泛利用定位技術和吸引大量高端新技術。這一工程項目已經(jīng)發(fā)生在世界五大洲的幾乎每一個國家。

在海岸工程市場中，和定位系統(tǒng)有關的價值同項目全部開支相比較是很有限的。然而，海岸工程生產(chǎn)生產(chǎn)力的獲得絕大部分取決于定位設備的性能。因此，定位系統(tǒng)方案的選擇不但受制于技術因素，而且經(jīng)濟因素對它的影響也不容忽視。

在海岸工程市場部分，一直以來都是通過設備購買而很少通過租用定位服務來獲得在定位技術中的利益。從上世紀80年代開始，前一種依托地面無線電傳輸?shù)亩ㄎ患夹g已經(jīng)被日益增長的差分GPS所代替。近年來，為了得到精確定位應用，在實時動態(tài)（Real Time Kinematic，簡稱RTK）技術方面呈現(xiàn)出較大的發(fā)展趨勢。

因此，海岸工程將可能利用GALILEO衛(wèi)星定位技術提供的方案，這個方案是真正經(jīng)濟和技術的，它替代了現(xiàn)有以GPS為基礎的方案。

2.1.1. 我國目前海岸工程現(xiàn)狀

在我國，海岸工程大多由政府參與管理或直接實施的行為。在海岸40km范圍內(nèi)，海岸工程多數(shù)為石油開發(fā)，如勝利油田、遼河油田、萊州灣油田、北部灣天然氣開發(fā)等，還有近海電廠建設，如福建核電廠、山東海陽核電廠等，另外，包括海岸帶調(diào)查與利用，內(nèi)海整治工程，港口碼頭等基礎建設與維護，航道疏浚，漁業(yè)養(yǎng)殖等。

使用的定位系統(tǒng)而言，95%以上使用DGPS，差分數(shù)據(jù)主要使用交通部設立的海岸信標臺，這套系統(tǒng)為地方差分系統(tǒng)(Local Area Differential GPS)，精度為5m以內(nèi)，信號無償使用，使用的坐標系統(tǒng)為WGS84坐標系統(tǒng)。對于高精度用戶，厘米級的RTK定位技術已經(jīng)越來越多的部門使用，特別是航道疏浚方面，可以大大提高作業(yè)效率，并且節(jié)約成本。

另外，海岸工程不只是考慮航道或水道測量、堤防建造、土地改造、沙灘營養(yǎng)化等等海岸工程項目，甚至人工島建造都是正常航道疏?；顒拥囊徊糠帧Ｃ恳环N不同種類的工作需要一系列專業(yè)的支持工具：吸入式或旋槳式挖泥船、橫向卸貨船、駁船以及可以利用起重機裝卸的浮橋碼頭。對所有這些應用領域，高質(zhì)量、高效率完成工作是海岸工程主要的要求，與此同時還必須考慮其費用問題。

商業(yè)上的成本促使航道疏浚工業(yè)使用最先進的定位技術，這樣做是為了使投資得到盡可能高的回報。由于在海岸工程市場上，無線電定位設備的實用性，大量的基于地面信標的定位設備得到廣泛應用。特別是近年來，RTK GPS由于它的快速動態(tài)測量方案的優(yōu)異性能已經(jīng)得到較廣泛應用，與此同時，RTK GPS在精確性方面也在穩(wěn)步提高。例如，在精密要求的疏浚工程中，使用實時動態(tài)定位技術提供的厘米級精度，在裝填土石方過程中可以進行實時的水位變化觀測和潮位改正，工程可以在較短的時間里高精度的完成。這些應用可以完全利用雙頻衛(wèi)星定位接收機和令人驚訝的RTK/LRK性能完成。[!--empirenews.page--]

2.1.2. 海岸工程應用

進入二十一世紀以來，我國政府在海洋開發(fā)方面，加大了資金投入力度，因此很多基礎設施的建造使得海岸工程市場呈現(xiàn)出一派繁榮景象，例如為新機場建設進行的土地改造工程、為港口做的航道疏通、為河流航運進行的河道加深、島嶼之間的橋梁建造、陸島工程、內(nèi)海整治、新的海岸帶調(diào)查等等工程。這意味著海岸工程在定位設備上有很大投資，并且在今后仍然可能會有較大增長。

2.1.3. 當前和將要出現(xiàn)的新技術

n 廣域差分技術

廣域差分技術，使得GPS定位精度進一步提高，作用范圍進一步擴大，現(xiàn)在投入運行的主要有：Fugro公司的StarFix，Racal(Thales)公司的SkyFix，NavCom、C&C公司聯(lián)合美國JPL試驗室開發(fā)的StarFire（RTG）等廣域差分系統(tǒng)，系統(tǒng)結合Internet技術，使用雙頻GPS有效的消除電離層、大氣層、軌道、時鐘等誤差，水平定位精度提高到分米級，垂直精度達到70cm，差分數(shù)據(jù)通過海事通訊衛(wèi)星播發(fā)，除兩極之外覆蓋全球范圍。Trimble公司推出的虛擬RTK技術，使得RTK技術作用范圍進一步擴大，而保持厘米級的高精度定位。

n 精密定位技術

海洋工程的發(fā)展趨勢向精密工程發(fā)展，而高精度定位扮演著主要角色。高精度定位技術主要是RTK、LRTK(Racal)、虛擬RTK技術等。海岸工程中的精密工程已經(jīng)超過普通的海岸工程。

n “Galileo+GPS”混合定位系統(tǒng)

在測繪應用領域，沒有人懷疑GPS和Galileo的聯(lián)合使用，定位設備硬件制造商很快將制造出“Galileo+GPS”的接收機。盡管俄羅斯的全球軌道導航衛(wèi)星系統(tǒng)（Global Orbiting Navigation Satellite System，簡稱GLONASS）的運營狀況不好，但是現(xiàn)在“GPS+GLONASS”接收機且能廣泛應用在測量和科研領域。這樣的組合至少有兩個主要優(yōu)點：首先，可以得到更多的可視衛(wèi)星（為單獨使用其中一種衛(wèi)星定位系統(tǒng)的兩倍）；其次，由于是GPS和GLONASS是兩個獨立系統(tǒng)，所以有更好的可靠性和完整性。這里存在一個巨大的影響，就是在海岸工程定位設備選擇中可能將會是這樣（或者部分這樣），即使用混合的“Galileo+GPS”接收機，而不是單獨使用Galileo或單獨使用GPS接收機。

為了減弱同時利用GPS和Galileo系統(tǒng)的這種發(fā)展趨勢，加速GALILEO衛(wèi)星定位系統(tǒng)的市場占有率，Racal公司在其研究報告中，建議GALILEO計劃共同采用GPS定位系統(tǒng)的部分成果（相同的WGS84地心坐標系統(tǒng)和相同的發(fā)射頻率）。

2.2. 近海工程

近海工程通常發(fā)生在海洋近海一帶，通常同海洋石油和天然氣工業(yè)緊密相關。除了地震勘探部分的應用外，近海工程在海洋上的應用主要同石油和天然氣工業(yè)有關。定位技術作為近海工程支撐技術，應用領域主要包括：井場測量、浮動的產(chǎn)品存儲、裝卸裝置（Floating Production Storage Offload，簡稱FPSO）定位、鉆井平臺定位/拋錨船只定位/水上建筑建造、補給船只、管道鋪設、水下機器人（Remotely Operated Vehicles，簡稱ROV）等。

近海支持部分是一個全球市場，它的業(yè)務遍及世界各地。它被控制在許多私人商家手中，這些活動參與者受近海支持的經(jīng)濟利益所驅使。在近海支持部分大多數(shù)定位服務由服務提供商完成，他們不但提供具有差分改正功能的定位設備或者其他儀器設備，甚至他們還將提供專業(yè)人員來完成工程要求的所有配置。因此，根據(jù)服務提供商的不同服務對象，他們所使用的儀器設備可以從這個工程用到另一個工程。

在近海支持市場，相對于整個工程項目的費用支出，定位系統(tǒng)的費用只占其中的百分之幾的很小部分；但是，工程項目的可靠性和生產(chǎn)力絕大多數(shù)依賴于定位設備性能的好壞。因此，只要有一種先進技術能產(chǎn)生較高的生產(chǎn)效率，儀器設備的價格就不應該限制新技術的產(chǎn)生和發(fā)展。

近海支持市場在過去很長一段時間里是通過投資購買儀器設備和出租定位設備從定位技術中獲得效益。從80年代開始，基于應用地面無線電傳輸?shù)腟YLEDIS技術或其他地面無線電傳輸技術已經(jīng)被現(xiàn)有的DGPS技術所取代，DGPS技術現(xiàn)在是一種主要的定位技術。但是，近海支持應用通過不同的質(zhì)量評價（Quality Assessment，簡稱QA）/質(zhì)量控制（Quality Control，簡稱QC）導向程序的使用把技術重點放在考慮定位的完整性方面。例如，它需要使用另一個并行的可供選擇的系統(tǒng)，如另外的DGPS系統(tǒng)、或者地面無線電傳輸系統(tǒng)、甚至考慮由GLONASS系統(tǒng)來解決定位完整性問題。

因此，近海支持毫無疑問地將利用GALILEO系統(tǒng)，只要獲得可用的和可得到的GALILEO特征，這些特征是基于GPS解決方案的真正選擇的規(guī)范。

2.2.1. 我國的近海工程現(xiàn)狀

在我國，在近海支持方面，特別是遠離信標臺站和難于自設基站的地方，一般租用專門的定位服務公司差分數(shù)據(jù)進行定位，如Fugro公司，使用過程中又有諸多的限制，例如不能參與商業(yè)化的海洋工程，只能用于研究以及普通海洋調(diào)查項目，而且局限調(diào)查的范圍和只提供標準定位服務，現(xiàn)在，有的公司，如C&C公司可以提供精密定位服務。在我國，特別是海洋石油方面，定位服務幾乎全部由國外公司，如Racal、Fugro公司壟斷經(jīng)營，用于精密海洋工程測量和鉆井平臺移動、就位、管線鋪設等，在南海、東海、渤海的石油天然氣開發(fā)項目上尤其明顯。

近海支持應用的特征是短期工作的多樣性，因此，我們國家的許多項目是通過向租借公司或定位服務提供商租用定位設備，但是這些定位設備展現(xiàn)出更適合長期作業(yè)的接收機性能，它們中任意一臺都連續(xù)地使用在不同的工程項目中。

2.2.2. 近海工程支持應用

近海支持一般級別現(xiàn)在主要都是一些近海支持應用（超過所有近海支持工作的95%以上）。在近海支持一般應用中，主要有：典型的1到3米精度級別、通過服從RAIM（由UKOOA建立并推薦使用）規(guī)定，強調(diào)為項目實施安全進行的質(zhì)量評價和質(zhì)量控制方面。

現(xiàn)在有穩(wěn)定增長趨勢是，絕大多數(shù)項目需求利用RTK精密級別技術來完成，例如在高精度海洋工程測量中、鉆井平臺的精確就位和FPSO工程中。

在近海支持精密級別的精度要求中，點位位置精度可以降到優(yōu)于0.1m，根據(jù)定位技術情況，較低程度的定位信息完整性和可靠性也是能夠接受的。然而，由于RTK精密定位技術的發(fā)展，這種情況將有所改觀，通過RTK技術可以得到和近海支持一般級別同樣的數(shù)據(jù)完整性和可靠性的保障。[!--empirenews.page--]

近海工程中，海洋石油和天然氣的開發(fā)、開采，需要專業(yè)船只、駁船、產(chǎn)品儲存和裝卸裝置（FPSO）以及鉆井平臺移動等。因此，獲得可靠的和精確的位置是保證這些工程項目實施效率和可行性的必須前提條件。面對這些迫切需要，近海支持定位經(jīng)?；谕瑫r和多余的2到3個不同定位系統(tǒng)；特殊情況下，采用差分GPS、激光跟蹤系統(tǒng)和超短基線聲學定位系統(tǒng)聯(lián)合組成動態(tài)定位系統(tǒng)進行聯(lián)合作業(yè)。另外，越來越多的增長需求轉向深水海域—1000米水深或更深，在這種作業(yè)環(huán)境下，怎樣應用差分GPS確定水下定位船只位置是關鍵技術所在。

絕大多數(shù)遙控操作裝置和海洋工程建設支持工作、海底測量、管線鋪設或者鉆井平臺移動應用一般只需要米級精度。但除了考慮精度外，作業(yè)者應該特別關注通過并行使用不同的定位系統(tǒng)或者定位裝置進行質(zhì)量控制程序的同時應用。

然而，在近海工程中，需要進行水準測量的要求每日劇增，這是否是為了滿足空間控制，或者是為了進行水上建筑物傾斜和沉降觀測，甚至為更重要的鉆井平臺移動作業(yè)而進行的？精密水準測量技術的逐漸發(fā)展，將完全支持解決這些應用領域的方案，它能保證在最困難的環(huán)境下仍能得到可靠的RTK數(shù)據(jù)。

毫無疑問，近海工作要滿足現(xiàn)在和未來的需要，同時利用GALILEO和GPS定位系統(tǒng)，將是技術發(fā)展的必然。

2.2.3. 伽利略計劃與我國的近海工程

伽利略計劃的實現(xiàn)，對于我國的近海工程，多了定位技術手段的選擇，但是，根據(jù)衛(wèi)星定位技術的發(fā)展，差分定位技術，特別是廣域差分技術，已經(jīng)被越來越多的部門應用，所以，我們應該致力于建設我國的基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)的廣域差分系統(tǒng)，滿足我國國民經(jīng)濟建設的需要。

伽利略系統(tǒng)的出現(xiàn)，打破了美國GPS壟斷市場的局面，對于以應用為主的我國海洋工程定位市場，項目執(zhí)行成本會因此降低許多，這是一件好事，但是，我們應該注意到國外的海洋勘探公司，在隨著我國加入WTO后，大舉進入中國市場，無疑增加了國內(nèi)工程公司的競爭對手，我們必須借助伽利略計劃，抓住機遇，把我們的技術充分發(fā)揮出來，致力于廣域差分系統(tǒng)的建設和技術研究，依靠國內(nèi)的優(yōu)勢，使得我們自己的海洋勘探公司發(fā)展壯大，占領國內(nèi)市場。

3. 建議與結論

我國是一個人口眾多，國土面積較大的海洋大國，開發(fā)海洋資源是今后我國經(jīng)濟建設的重點發(fā)展方向之一。衛(wèi)星定位技術作為海洋開發(fā)的關鍵技術，我們必須加以重視，不僅海洋方面，涉及到其他領域的定位應用，在技術開發(fā)以及系統(tǒng)建設方面，必須納入到政府的行為中，著眼于未來，我們需要開發(fā)自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，可喜的是，我國政府已經(jīng)批準研發(fā)北斗星導航系統(tǒng)，這也意味著將來我們會擁有自己的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。

在現(xiàn)用的衛(wèi)星定位系統(tǒng)中，GPS系統(tǒng)應用最為廣泛，GLONASS系統(tǒng)在用的星已經(jīng)很少，但是，作為民用，我們只能使用GPS的標準定位服務，其精碼定位服務只為美國的盟國提供，GPS第三代系統(tǒng)將在2030年前后幾年取代現(xiàn)有GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，第三代系統(tǒng)中增加了L3波段，并且在L2波段上增加A/C碼，為了得到更高的可靠性，新系統(tǒng)將增加更多的可視衛(wèi)星（30到36顆衛(wèi)星），但是美國政府從來沒有承諾GPS始終提供給民用，也就是說，美國政府可以根據(jù)需要隨時關閉信號。伽利略系統(tǒng)的出現(xiàn)無疑會打破美國的壟斷，伽利略計劃側重于民用，當然考慮歐盟的軍事利益，伽利略計劃考慮三種不同的定位服務方式，一是免費的標準定位服務，類似于GPS的A/C碼；二是收費的高精度定位服務；三是軍用定位，但是歐盟成員國中，有的國家堅持伽利略系統(tǒng)純粹為民用。不管如何，伽利略系統(tǒng)的出現(xiàn)，會對我國的國民經(jīng)濟建設起到重大的影響。

面對多種衛(wèi)星定位系統(tǒng)，我們作為用戶，必須做出相應的策略，真正的使衛(wèi)星定位技術為我國的國民經(jīng)濟建設服務。無論是海洋工程、還是國土測繪以及其它領域，我們建議政府應該考慮以下幾點：

n 無論使用哪種衛(wèi)星定位系統(tǒng)，要想得到精密的定位服務，必須要采用其它技術加以消除誤差。特別是實時定位服務，采用差分技術得到高精度定位，我們需要發(fā)展自己的定位技術，此外，為了減少不必要的重復投資，建議我國發(fā)展自己的廣域差分定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)要基本滿足我國海洋、陸地的定位需要。

n 由于存在使用不同定位精度的用戶，政府在制定發(fā)展計劃方面，要考慮到伽利略系統(tǒng)出現(xiàn)后，我們計劃的定位服務系統(tǒng)建設投資是否且實可行，會不會投資建設后系統(tǒng)成為廢品？特別隨著陸地交通、物流、地理信息系統(tǒng)、智能交通的發(fā)展，各地爭相發(fā)展基于GPS的服務系統(tǒng)，而且出現(xiàn)同一個城市有多種GPS服務系統(tǒng)存在，這種重復建設不僅現(xiàn)在看來是浪費，而且一旦伽利略系統(tǒng)開通，有的系統(tǒng)會成為廢品。因此，政府必須從長遠利益出發(fā)，制定相應的定位服務系統(tǒng)發(fā)展計劃。

總之，伽利略系統(tǒng)的出現(xiàn)，對我們開發(fā)和利用海洋，提供了新的技術支撐手段，我們的有關科研機構必須抓住機遇，使我國的衛(wèi)星定位應用技術更進一步，滿足我國國民經(jīng)濟建設的需要。