北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在測(cè)繪業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展

摘 要：本文簡(jiǎn)述了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的概念、組成部分、主要技術(shù)特點(diǎn)、規(guī)劃進(jìn)展、技術(shù)優(yōu)勢(shì)及測(cè)繪應(yīng)用等。闡明我國(guó)自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要作用，以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 系統(tǒng)特點(diǎn) 發(fā)展規(guī)劃

中圖分類號(hào)：P17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）07（b）-0040-02

1 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)介紹

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（COMPASS，中文音譯名稱BeiDou）[1]是中國(guó)正在實(shí)施的自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，縮寫為BDS，與美國(guó)的GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐盟的伽利略系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并稱全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是建成獨(dú)立自主、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠覆蓋全球的導(dǎo)航系統(tǒng)。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成?？臻g端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等若干個(gè)地面站組成。用戶端由北斗用戶終端以及與美國(guó)GPS、俄羅斯“格洛納斯”（GLONASS）、歐盟“伽利略”（GALILEO）等其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端組成[2]。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位采用3球交會(huì)測(cè)星原理進(jìn)行定位。其中以2個(gè)衛(wèi)星為球心，2個(gè)球心至用戶的距離為半徑可做出2個(gè)球面，再以地心為球心，用戶所在位置點(diǎn)至地心的距離為半徑做出1個(gè)球面，3個(gè)球面的交會(huì)點(diǎn)即可確定用戶的位置。

該系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)并兼具短報(bào)文通信能力。中國(guó)國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)定位服務(wù)設(shè)備的生產(chǎn)商，產(chǎn)品都將會(huì)提供對(duì)GPS和北斗系統(tǒng)的支持，會(huì)提高定位的精確度。而北斗系統(tǒng)特有的短報(bào)文服務(wù)功能將收費(fèi)，這個(gè)功能的實(shí)用性還有待觀察。

2 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)特點(diǎn)

北斗導(dǎo)航終端與GPS及“格洛納斯”相比，優(yōu)勢(shì)在于短信服務(wù)和導(dǎo)航結(jié)合，增加了通訊功能；全天候快速定位，極少的通信盲區(qū)，精度與GPS相當(dāng)。向全世界提供的服務(wù)都是免費(fèi)的，在提供無源定位導(dǎo)航和授時(shí)等服務(wù)時(shí)，用戶數(shù)量沒有限制，且與GPS兼容；特別適合集團(tuán)用戶大范圍監(jiān)控與管理，以及無依托地區(qū)數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用；獨(dú)特的中心節(jié)點(diǎn)式定位處理和指揮型用戶機(jī)設(shè)計(jì)，可同時(shí)解決“我在哪？”和“你在哪？”；自主系統(tǒng)，高強(qiáng)度加密設(shè)計(jì)，安全、可靠、穩(wěn)定，適合關(guān)鍵部門應(yīng)用[2]。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質(zhì)量的定位，導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，包括開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種方式。開放服務(wù)是向全球免費(fèi)提供定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度10 m，測(cè)速精度0.2 m/s，授時(shí)精度10 ns。授權(quán)服務(wù)是為有高精度、高可靠衛(wèi)星導(dǎo)航需求的用戶，提供定位、測(cè)速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。導(dǎo)航精度上不遜于歐美之外，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)解決了何人、何時(shí)、何地的問題，這就是北斗的特色服務(wù)，靠北斗一個(gè)終端你就可以走遍天下[3]。

3 目前北斗導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)展

“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)（也稱“雙星定位導(dǎo)航系統(tǒng)”）為我國(guó)“九五”列項(xiàng)，其工程代號(hào)取名為“北斗一號(hào)”，其方案于1983年提出。我國(guó)結(jié)合國(guó)情，科學(xué)、合理地提出并制訂自主研制實(shí)施“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的“三步走”規(guī)劃：第一步是試驗(yàn)階段，即用少量衛(wèi)星利用地球同步靜止軌道來完成試驗(yàn)任務(wù)，為“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)積累技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、培養(yǎng)人才，研制一些地面應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備等；第二步是到2012年，計(jì)劃發(fā)射10多顆衛(wèi)星，建成覆蓋亞太區(qū)域的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（即“北斗二號(hào)[6]”區(qū)域系統(tǒng)）；第三步是到2020年，建成由5顆地球靜止軌道和30顆地球非靜止軌道衛(wèi)星組網(wǎng)而成的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[4]。

中國(guó)目前已成功發(fā)射四顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星和十六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)東南亞區(qū)域的全覆蓋。今后北斗導(dǎo)航系統(tǒng)將在系統(tǒng)組網(wǎng)和試驗(yàn)基礎(chǔ)上，逐步擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2012年12月27日國(guó)家公布了北斗系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件（ICD）正式版。至此北斗系統(tǒng)在繼續(xù)保留北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)有源定位、雙向授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)基礎(chǔ)上，向亞太大部分地區(qū)正式提供連續(xù)無源定位、導(dǎo)航、授時(shí)等服務(wù)；民用服務(wù)與GPS一樣免費(fèi)。

目前，在建的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)除空間段衛(wèi)星系統(tǒng)、地面運(yùn)控系統(tǒng)外，用戶應(yīng)用系統(tǒng)也在大力建設(shè)之中。我國(guó)已經(jīng)把北斗系統(tǒng)用戶終端機(jī)的開發(fā)作為推廣應(yīng)用的重要內(nèi)容，不少國(guó)內(nèi)廠商都在積極研制基于北斗系統(tǒng)的輕便、實(shí)用的用戶終端設(shè)備。

4 國(guó)家規(guī)劃及終端用戶發(fā)展

科技部印發(fā)《導(dǎo)航與位置服務(wù)科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》提出，“十二五”末，導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)要形成1000億元以上的規(guī)模，初步建立5個(gè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地，培育30家創(chuàng)新型企業(yè)。這意味著國(guó)家對(duì)導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)相關(guān)扶持政策的進(jìn)一步落實(shí)。

科技部等部委將以企業(yè)為主體，加大國(guó)家科技引導(dǎo)投入，統(tǒng)籌多渠道資源，多種資助模式相結(jié)合，以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，加強(qiáng)部門聯(lián)合、軍民結(jié)合、科技計(jì)劃與北斗系統(tǒng)建設(shè)的協(xié)同攻關(guān)，持續(xù)推動(dòng)以北斗應(yīng)用為核心的導(dǎo)航與位置服務(wù)技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)。作為科技含量極高、人力資本密集的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化的市場(chǎng)空間極富想象力。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星總指揮李長(zhǎng)江說：“系統(tǒng)建成后，最重要的當(dāng)然是應(yīng)用了。在民用領(lǐng)域，我估計(jì)2012年完成區(qū)域系統(tǒng)的衛(wèi)星發(fā)射后，到2013年，老百姓就可以開始使用北斗系統(tǒng)。我國(guó)已經(jīng)把北斗系統(tǒng)用戶終端機(jī)的開發(fā)作為推廣應(yīng)用的重要內(nèi)容，不少國(guó)內(nèi)廠商都在積極研制基于北斗系統(tǒng)的輕便、實(shí)用的用戶終端設(shè)備。”國(guó)內(nèi)擁有國(guó)家授權(quán)的企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高精度北斗芯片。如南方測(cè)繪推出的北斗系列產(chǎn)品和北斗高精度應(yīng)用解決方案，取得了階段性的進(jìn)展；中海達(dá)測(cè)繪推出的北斗系列產(chǎn)品，在礦山測(cè)繪及城市測(cè)繪等方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

孫家棟院士撰文指出，在與國(guó)外導(dǎo)航系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)的情況下，在較短時(shí)間內(nèi)完成北斗在國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全領(lǐng)域的推廣應(yīng)用和在大眾市場(chǎng)的迅速擴(kuò)展，還面臨不少挑戰(zhàn)：首先就是必須擁有核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的接收機(jī)芯片—— 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的挑戰(zhàn)是不言而喻的。

其次，必須提出有競(jìng)爭(zhēng)力的應(yīng)用解決方案和規(guī)模推廣策略—— 目前，GPS已占據(jù)我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用絕大部分市場(chǎng)，在這種情況下，北斗系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化面臨巨大挑戰(zhàn)。我國(guó)擁有全球衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用的最大市場(chǎng)，緊緊抓住應(yīng)用的基礎(chǔ)市場(chǎng)，充分發(fā)揮北斗服務(wù)特色，創(chuàng)造性地提出應(yīng)用解決方案和規(guī)模化推廣策略，是北斗系統(tǒng)應(yīng)用推廣和產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

5 測(cè)繪行業(yè)中的應(yīng)用

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，隨著不斷完善將成為繼GPS及GLONASS后的第三套覆蓋全球的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。其高精度的導(dǎo)航定位設(shè)備，如測(cè)繪領(lǐng)域經(jīng)常使用的RTK設(shè)備，可依靠北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高達(dá)厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的高精度差分定位，這已廣泛應(yīng)用于測(cè)繪領(lǐng)域。北斗系統(tǒng)特有的，有利于亞太地區(qū)用戶應(yīng)用的靜止軌道衛(wèi)星及傾斜軌道衛(wèi)星等，更可以實(shí)現(xiàn)在亞太地區(qū)的全覆蓋，大大增強(qiáng)和改善了以往應(yīng)用中只借助GPS或GLONASS系統(tǒng)所導(dǎo)致的諸多信號(hào)盲區(qū)的問題。在以往諸如管網(wǎng)、水務(wù)、城管等行業(yè)用戶作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜惡劣的應(yīng)用中，以前由于只依賴GPS或GLONASS衛(wèi)星系統(tǒng)，高樓聳立的城市環(huán)境無疑是巨大的障礙。無論是搜星情況還是解算精度，都受制于樓房建筑的遮擋和復(fù)雜環(huán)境等的干擾而不盡人意。南方測(cè)繪全新推出的該系列基于高精度北斗導(dǎo)航定位的GIS手持機(jī)產(chǎn)品，依靠北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的特點(diǎn)，大多數(shù)時(shí)候都保證了高空中的衛(wèi)星密度，良好的衛(wèi)星截止角和衛(wèi)星信號(hào)路徑，使地理信息用戶可以快速高效地獲得衛(wèi)星信號(hào)，并保證其作業(yè)精度。讓用戶暢游城市峽谷，穿越鋼鐵森林，真正享受到便捷精準(zhǔn)的北斗應(yīng)用，高效自如地完成作業(yè)，及時(shí)準(zhǔn)確地把握地理信息。

2013年北斗導(dǎo)航將對(duì)北京全市范圍內(nèi)的1141個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，完成地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警全覆蓋。北斗導(dǎo)航技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警已在密云設(shè)立了32個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，作為北京市完成“全覆蓋”前的示范工程。隨著預(yù)警系統(tǒng)的建成和完善，北斗導(dǎo)航將能實(shí)現(xiàn)對(duì)5 mm以上地面變動(dòng)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警，讓有關(guān)部門和市民提前做好防災(zāi)準(zhǔn)備[5]。

7月14日在北京召開的基于我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查應(yīng)用高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目工作會(huì)議消息，北斗雙星野外地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查服務(wù)與管理系統(tǒng)基本研發(fā)完畢，并試運(yùn)行成功。應(yīng)用此系統(tǒng)在野外，無論身處高原雪山、大漠戈壁，還是莽莽林海，地質(zhì)工作者都能夠通過掌上移動(dòng)終端直接檢索下載遙感數(shù)據(jù)、地質(zhì)資料，實(shí)時(shí)與野外同伴進(jìn)行遠(yuǎn)程交流，甚至與家人視頻聊天；指揮部能夠隨時(shí)與身處通信盲區(qū)的野外地質(zhì)人員取得聯(lián)系，并準(zhǔn)確確定其所在位置和地調(diào)作業(yè)路線，實(shí)時(shí)掌握全國(guó)各地在野外工作的人員狀況和整體態(tài)勢(shì)，有效保障地質(zhì)人員人身安全[6]。

6 結(jié)語

我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，為確保北斗導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)發(fā)展目標(biāo)，促進(jìn)北斗應(yīng)用質(zhì)量效益，有關(guān)部門將積極推動(dòng)各項(xiàng)政策舉措，促進(jìn)系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用又好又快發(fā)展。在系統(tǒng)服務(wù)方面，北斗系統(tǒng)將按計(jì)劃建成，為全球用戶提供免費(fèi)、高質(zhì)量、高可靠服務(wù)，并持續(xù)提升性能。在應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化方面，將逐步發(fā)布北斗公開服務(wù)接口控制文件，加大核心芯片等基礎(chǔ)產(chǎn)品技術(shù)攻關(guān)力度，加快推進(jìn)北斗行業(yè)和區(qū)域示范項(xiàng)目，推進(jìn)以北斗為核心的位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)。在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)方面，持續(xù)推動(dòng)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用技術(shù)攻關(guān)，形成產(chǎn)、學(xué)、研、用體系，進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)學(xué)科研究和學(xué)術(shù)交流；在國(guó)際合作方面，積極參與全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能監(jiān)測(cè)研究，推動(dòng)北斗與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容與互操作，逐步融入國(guó)際民航、海事等標(biāo)準(zhǔn)體系[7]。

參考文獻(xiàn)

[1]北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)今日正式提供區(qū)域服務(wù)[EB/OL].新京報(bào)網(wǎng)，2012-12-27.

[2]北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[J].北斗衛(wèi)星導(dǎo)航論壇，2013-2-1.

[3]伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星昨發(fā)射北斗系統(tǒng)組網(wǎng)速度仍領(lǐng)先[EB/OL].軍事窩，2012-10-14.

[4]中國(guó)發(fā)射北斗導(dǎo)航衛(wèi)星[J].參考消息， 2012-9-19.

[5]北斗導(dǎo)航將對(duì)1141個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)全覆蓋[EB/OL].物聯(lián)網(wǎng)智庫，2012-12-12.

[6]國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星為野外地質(zhì)調(diào)查護(hù)航[EB/OL].新華網(wǎng)，2012-7-17.

[7]中國(guó)發(fā)射第16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，將實(shí)現(xiàn)亞太組網(wǎng)[EB/OL].搜狐門戶，2012-10-26.