北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及在測繪中的應(yīng)用研究

王浩然　羅峰誼

摘 要：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）是我國獨立自行開發(fā)的一種衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是一種獨立運(yùn)行在太空中的新式導(dǎo)航工具，并且和其他國家的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也可以做到完美的兼容工作。本文在對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）進(jìn)行介紹的同時，也對其衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)行了一定的分析和整合，從技術(shù)原理上對衛(wèi)星的情況做出了前景介紹，同時對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）對公路測距等方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究，對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）在地理測繪方面的應(yīng)用和優(yōu)勢進(jìn)行了分析介紹。最后針對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇進(jìn)行了分析，在道路測繪方面給出了一定的建議。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；公路測量；RTK應(yīng)用

中圖分類號：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0108-02

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）是我國獨立自行開發(fā)出的一套衛(wèi)星定位系統(tǒng)，處于獨立運(yùn)行在太空中的一套新型導(dǎo)航工具。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）是全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一，其他三個導(dǎo)航系統(tǒng)分別是美國的GPS、俄羅斯的格格納斯（GLONASS）和歐盟共同研究開發(fā)的伽利略（Galileo）衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）的出現(xiàn)，從根源上改變了我國依賴國外衛(wèi)星定位系統(tǒng)的缺陷，打破了衛(wèi)星定位系統(tǒng)的屏障。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）不僅對定位的精確度進(jìn)行了提高，同時也對車輛得導(dǎo)航功能進(jìn)行了改進(jìn)，并且進(jìn)一步的發(fā)展了各行各業(yè)的測繪技術(shù)。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）由三大部分組成，分別是空間端、地面端和用戶端。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）可以全天候的進(jìn)行工作，并且能夠覆蓋整個地球的表面，能夠進(jìn)行全天候并且實時準(zhǔn)確的定位服務(wù)，而且可以進(jìn)行實時的通信，向地面的指揮中心發(fā)送準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)報告。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）目前已經(jīng)能夠完成即時通信的功能，而且在定位、導(dǎo)航等方面的能力也非常出眾，定位精度可以達(dá)到20米，時間精度可以達(dá)到100納秒。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）不僅僅在定位方面有著實際的應(yīng)用和發(fā)展前景，而且在相關(guān)的測繪方面也有著顯著的應(yīng)用。除此之外，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）還可以對海洋的情況進(jìn)行收集，也可以對自然災(zāi)害進(jìn)行一定的預(yù)報，減少人員財產(chǎn)的傷亡。伴隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）的不斷發(fā)展，導(dǎo)航的性能也在不斷提升，而且對于接收到的數(shù)據(jù)處理的功能也非常顯著，能夠得到更深層次的提升。本文對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）的功能和原理進(jìn)行了介紹，并且在分析原理的基礎(chǔ)上對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）在公路測量領(lǐng)域的應(yīng)用做出了一定的分析，對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）的獨特技術(shù)優(yōu)勢和技術(shù)特點給出了一定的建議。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)對比GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)越性

GPS是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）還未投入使用時我國測繪行業(yè)使用的定位系統(tǒng)，地質(zhì)勘探等行業(yè)也有著利用GPS進(jìn)行定位的相關(guān)任務(wù)和技術(shù)。隨著我國獨立開發(fā)研究的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）的出現(xiàn)，先進(jìn)的優(yōu)越性會是將來代替美國GPS的重要力量。從目前北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）發(fā)展的情況來看，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)已經(jīng)能夠做到對整個亞太地區(qū)的范圍進(jìn)行覆蓋，并且也已經(jīng)為亞太地區(qū)提供著精確的定位以及即時通信服務(wù)，預(yù)計在2020年北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）就可以對全球進(jìn)行覆蓋，從而保證形成一個完整的全球的定位導(dǎo)航系統(tǒng)。

從目前測繪行業(yè)的整體情況來看，經(jīng)常采用的GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)利用的是二頻定位技術(shù)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）卻與之不同的采用了三頻定位技術(shù)來進(jìn)行定位和導(dǎo)航，這樣可以達(dá)到厘米級別的準(zhǔn)確度。比如湖北省的一處實驗基地定位精度就達(dá)到了2厘米的誤差，可謂是非常的精確。而且北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）在定位時對于環(huán)境的要求并不是很高，這點與GPS相比可謂是一大優(yōu)勢。美國的GPS定位系統(tǒng)在位于偏遠(yuǎn)山區(qū)時的定位能力比較差，信號的強(qiáng)度不夠或者是根本收不到信號的情況極為常見，所以美國的GPS對于地質(zhì)的勘探和測繪有著一定的難度和不足。地質(zhì)勘探工作經(jīng)常開展在山區(qū)的深部或者是一些茂密的森林里，對于定位信號的弱化嚴(yán)重影響到了地質(zhì)勘探的正常工作。

目前北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）采用的三頻定位技術(shù)就可以很好的解決這個問題，因為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）針對于亞太地區(qū)的定位和覆蓋非常高，特別是國內(nèi)的覆蓋情況，同時三頻定位技術(shù)非常的先進(jìn)，能夠?qū)γ艿纳忠部梢赃M(jìn)行很好的信號覆蓋，并且能夠高精度的進(jìn)行地理位置的確定，這對于山區(qū)的地質(zhì)勘探來說，具有非常深遠(yuǎn)的意義。

3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在公路測量中的應(yīng)用分析

3.1 RTK技術(shù)基本原理

RTK技術(shù)是GPS其中一個部分的簡稱，其實就是GPS的實時載波相位差分，這是一種能夠?qū)PS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕据d波，并且能夠做到實時的信息接收和即時信息通信的功能，這樣的高速度計算能力可以讓我們在短時間內(nèi)得到地理坐標(biāo)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行高精度的定位和及時的導(dǎo)航工作。

RTK系統(tǒng)由很多分支組成，其中有三部分是整個系統(tǒng)的核心，分別是基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈和移動接收機(jī)。正常工作情況下，都是兩臺或者兩臺以上的RTK接收機(jī)在同時工作，對于衛(wèi)星信號進(jìn)行共同的接收，其中選取一臺作為基準(zhǔn)點，剩余的其他機(jī)器對未知量進(jìn)行測量，追蹤移動的信號源，這被稱為移動信息收集站，從而結(jié)合起來進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，進(jìn)一步得到數(shù)據(jù)的最終結(jié)果。

3.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在公路測量中的應(yīng)用

3.2.1 在公路勘測方面的應(yīng)用

公路的勘探測繪工作強(qiáng)度非常高，而且覆蓋的范圍廣和長度非常高，雖然已經(jīng)有部分電子測繪儀器投入了使用，但是限于地理環(huán)境的影響和天氣環(huán)境的干擾，電子測繪儀器的效果并不是很理想，而且對測繪的效率也不是很高，造成了勘探周期的延長等負(fù)面反應(yīng)。與傳統(tǒng)的地質(zhì)測繪方法相比較而言，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）有著顯著的優(yōu)勢。首先是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）具有非常高的定位精度，而且不會受到地理環(huán)境的限制，這一點是傳統(tǒng)的地質(zhì)測繪手段所不具備的，可以在環(huán)境復(fù)雜的地理條件下進(jìn)行測繪。其次，對于山脈地區(qū)的道路建設(shè)工作，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）可以對道路的情況進(jìn)行詳細(xì)的勘探，高精度的采集道路建設(shè)的基本數(shù)據(jù)，從而準(zhǔn)確進(jìn)行道路的建設(shè)工作。

3.2.2 在公路變形監(jiān)測方面的應(yīng)用

傳統(tǒng)北斗RTK技術(shù)在實際的架設(shè)工程中需要一定的基站作為輔助，這種基站的架設(shè)需要的前期準(zhǔn)備工作過多，而且環(huán)境的干擾非常高，并且隨著距離的增加，誤差也會隨之變大，不利于測繪工作的進(jìn)行。為了對傳統(tǒng)的RTK技術(shù)進(jìn)行改良，可以通過架設(shè)一個RTK網(wǎng)絡(luò)來對于誤差進(jìn)行修改，從而保證測量值的準(zhǔn)確性，可以不受到基站和測量點之間距離的影響，這樣就能夠進(jìn)一步提高測量值的準(zhǔn)確性，從而更加真實準(zhǔn)確的描繪道路的整體情況。

3.2.3 在公路施工放樣中的應(yīng)用

施工放樣要求利用儀器來完成，通過一定的數(shù)據(jù)算法等工作，用儀器對人為標(biāo)定的測量點進(jìn)行實地測繪。常規(guī)的施工放樣方式需要對目標(biāo)的位置進(jìn)行多方面的調(diào)整和變動，而且需要兩者之間的視野清晰，能夠進(jìn)行直接的通信，采用這種施工放樣的方式進(jìn)行工作，效率比較低下，并且需要很高的施工成本。但是如果采用實時RTK技術(shù)進(jìn)行測量，僅僅建立一個RTK數(shù)據(jù)電子手冊就可以滿足需求，將采集到的數(shù)據(jù)坐標(biāo)存儲奧RTK數(shù)據(jù)電子手冊中，系統(tǒng)軟件可以根據(jù)事先存儲好的數(shù)據(jù)施工放樣點坐標(biāo)進(jìn)行核對。

從目前的使用情況來看，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）的RTK技術(shù)已經(jīng)得到了行業(yè)的認(rèn)可和應(yīng)用，并且對道路的測繪等工作可以很好的完成，通過三維坐標(biāo)系的建立，來定位道路施工中的各種施工放樣點，能夠達(dá)到很高的精確度和準(zhǔn)確度，同時也對道路工程的施工效率記性了大幅度的提升。

4 對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在測繪領(lǐng)域應(yīng)用的建議

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）填補(bǔ)了我國在衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域的空白，這是我國測繪方面的重要技術(shù)力量部分。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）除了在公路測量領(lǐng)域有著非常顯著的成就，應(yīng)用前景廣泛之外，還對于我國通過地理情況監(jiān)測環(huán)境，對于數(shù)字化城市和社會的建設(shè)工作帶來了更進(jìn)一步的飛躍。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）對于我國測繪地理方面的發(fā)展有著不可磨滅的貢獻(xiàn)，加快測繪強(qiáng)國建設(shè)具有重大意義。

4.1 進(jìn)一步突破關(guān)鍵技術(shù)

沒有關(guān)鍵技術(shù)的突破，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和空間必然受到限制。以公路測量為例，為保證北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在該領(lǐng)域的應(yīng)用程度更為范圍，要突出解決的關(guān)鍵技術(shù)主要包括基于“北斗”的實時動態(tài)高精度定位技術(shù)研究，多功能精密單點定位軟件系統(tǒng)的研制與開發(fā)，基于“北斗”的單基準(zhǔn)站差分、多基準(zhǔn)站局部區(qū)域差分和廣域差分技術(shù)等，從而提高定位結(jié)果的可靠性與精度，進(jìn)而保證工程質(zhì)量。

4.2 加大政策引導(dǎo)力度

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主發(fā)展的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，與GPS相比，其發(fā)展歷程還較短，服務(wù)領(lǐng)域也相較GPS不夠廣泛，這就需要在應(yīng)用領(lǐng)域，加大對該系統(tǒng)的政策引導(dǎo)力度。對于公路測量等測繪領(lǐng)域而言，“北斗”是我國地理信息產(chǎn)業(yè)的重要支撐。在推動“北斗”產(chǎn)業(yè)化過程中，各級測繪地理信息行政主管部門應(yīng)該在市場準(zhǔn)入、安全監(jiān)管、產(chǎn)品認(rèn)證和質(zhì)量檢測等方面發(fā)揮好主管和引導(dǎo)作用。

5 結(jié)語

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）是我國獨立研究開發(fā)的自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并且在公路測繪等行業(yè)有著非常廣闊的應(yīng)用空間，發(fā)展?jié)摿薮?。本文對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（COMPASS）的功能和原理進(jìn)行了介紹，并且在分析原理的基礎(chǔ)上對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在公路測量領(lǐng)域的應(yīng)用做出了一定的分析，對衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的獨特技術(shù)優(yōu)勢和技術(shù)特點給出了一定的建議，希望我國的公路測繪實力能夠得到一定的提升，位于世界前列。

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