我們乘坐租車(chē)從羅馬開(kāi)往托斯卡納，受到衛星導航系統的支配。第一次危機是它表明我們在出口匝道上，但我們知道我們還在高速公路上。所以我們忽略了它。幾百米之后，它無(wú)動(dòng)于衷地告訴我們，我們又回到了高速公路上。

人類(lèi)的判斷挽救了這一天 但如果這是一輛自動(dòng)駕駛汽車(chē)呢?問(wèn)題是大多數汽車(chē)實(shí)施的民用衛星導航系統有擺動(dòng)空間; 它只能精確到10米左右。

幸運的是，最先進(jìn)的技術(shù)升級正在進(jìn)行中。令人驚訝的是，提供更準確的測繪也將取決于古代希臘出生的古代大地測量科學(xué)，因為在荷馬認為世界是平坦的觀(guān)點(diǎn)與畢達哥拉斯認為它是球形的觀(guān)點(diǎn)之間作出決定。

今天我們知道畢達哥拉斯是正確的，但我們的星球遠非一個(gè)完美的領(lǐng)域。它還有另一個(gè)怪癖，這對于二十一世紀對精密衛星導航的需求來(lái)說(shuō)是個(gè)不利的預測。大陸不會(huì )留下來(lái)。

大地測量學(xué)不是我經(jīng)常想到的科學(xué)，但現在我想起了因為我擔任總理科學(xué)獎的選拔小組，2018年的獲勝者是大地測量學(xué)的世界領(lǐng)導者之一，Kurt Lambeck教授。

當他開(kāi)始作為一名年輕的測地科學(xué)家時(shí)，蘭貝克教授從未夢(mèng)想過(guò)他所選擇的科學(xué)學(xué)科將成為自動(dòng)駕駛汽車(chē)的關(guān)鍵推動(dòng)者。

駕駛是一項復雜的挑戰，自動(dòng)駕駛汽車(chē)需要一切為他們工作。他們使用視頻來(lái)幫助他們跟蹤車(chē)道，雷達和激光雷達(類(lèi)似于雷達，但使用光而不是微波)來(lái)測量與其他汽車(chē)和物體的距離。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)最終會(huì )與附近的所有其他汽車(chē)交談，以確定他們的位置，速度和意圖，以及控制交通信號，臨時(shí)限速和道路維修的城市計算機。

但是在沒(méi)有月亮的夜晚，在鄉間小路上下雪，潮濕的環(huán)境會(huì )發(fā)生什么?由于所有的傳感器都是盲目的，因此汽車(chē)將完全依賴(lài)其衛星導航系統。依靠今天的系統可能會(huì )看到許多自動(dòng)駕駛汽車(chē)在不知不覺(jué)中駛入溝渠。

明天的衛星導航會(huì )將那個(gè)扭動(dòng)的房間縮小一百倍到10厘米，一只手的寬度。這將使汽車(chē)遠離溝渠。

為了實(shí)現如此驚人的定位精度，自動(dòng)駕駛汽車(chē)將采用地面站來(lái)增加衛星位置數據。汽車(chē)接收器將通過(guò)結合來(lái)自美國和歐洲衛星系統以及俄羅斯和新興中國衛星系統的信號來(lái)提高其準確性。

這一切背后隱形的物理學(xué)是愛(ài)因斯坦的狹義相對論和原子鐘理論，使衛星能夠準確地知道它們相對于彼此的位置和地球的質(zhì)量。但愛(ài)因斯坦的物理學(xué)和非凡的技術(shù)是不夠的。如果您想確切知道物體在地球上的位置，您需要一張完美的地圖。

GPS衛星導航系統的原始設計基于與美國海軍合作的測地科學(xué)家的建議。測地科學(xué)家對地球形狀的數學(xué)建模對于準確了解地球上的網(wǎng)格點(diǎn)相對于軌道衛星的位置至關(guān)重要。

它的工作正好相反。通過(guò)觀(guān)察衛星軌道的微小變化，測地科學(xué)家已經(jīng)能夠準確地測量地球的扁平和凸起，因為它對不斷作用于月球內部的力量作出反應。

除了我們星球上的凹痕和凸起外，各大洲都在前進(jìn)。例如，澳大利亞每年向北移動(dòng)七厘米。這意味著(zhù)未來(lái)衛星導航系統的精確度將被浪費，除非地面地圖可以定期更新到同等的準確度。

測地科學(xué)家需要大量的工具和技能來(lái)實(shí)現這一目標，例如非常長(cháng)的基線(xiàn)干涉測量法來(lái)測量地球周?chē)孛嬲镜南鄬\動(dòng)，其精度優(yōu)于每年1毫米。

從古希臘自然哲學(xué)的根源出發(fā)，向愛(ài)因斯坦的狹義相對論致敬，今天的測地科學(xué)家呼吁一種引以為傲的基礎科學(xué)傳統，以生成精確的地球地圖，為明天的無(wú)人駕駛汽車(chē)奠定基礎。