大地測(cè)量中北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的運(yùn)用分析

王禹

摘 要：全球衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)（GNSS）于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)以及社會(huì)服務(wù)當(dāng)中的運(yùn)用愈來(lái)愈廣闊，已發(fā)展變成了一個(gè)龐大的行業(yè)。于當(dāng)前經(jīng)濟(jì)全球化過(guò)程當(dāng)中，擁有著自身衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)，逐漸成為國(guó)家其綜合實(shí)力方面重要的標(biāo)志。該篇文章經(jīng)過(guò)對(duì)于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)介紹，講述了該系統(tǒng)于大地測(cè)量當(dāng)中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：大地測(cè)量；北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)；運(yùn)用分析

中圖分類(lèi)號(hào)：P228 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）26-0175-02

Abstract： The global navigation satellite system （GNSS） has been used more and more widely in the construction of national economy and social services， and has developed into a huge industry. In the current process of economic globalization， with its own satellite navigation positioning system， has gradually become an important symbol of the comprehensive strength of the country. This paper introduces the positioning system of BeiDou Navigation Satellite System （BDS） and describes its application in geodetic survey.

Keywords： geodetic survey； BeiDou Navigation Satellite System （BDS）； operational analysis

1 概述

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)（Bei-Dou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem），為繼俄羅斯GLONASS、美國(guó)GPS之后，是第三個(gè)非常成熟的全球定位系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)以“開(kāi)放兼容、獨(dú)立自主、穩(wěn)定可靠、技術(shù)先進(jìn)、覆蓋全球”當(dāng)做目標(biāo)，促使衛(wèi)星導(dǎo)航的定位產(chǎn)業(yè)鏈得到形成，推進(jìn)其于交通測(cè)繪、海洋、運(yùn)輸、災(zāi)害預(yù)報(bào)海洋其他的特殊領(lǐng)域定位導(dǎo)航的服務(wù)。該篇文章首先是對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)的概念與組成以及主要的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了相關(guān)的介紹，接著又對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)于大地測(cè)量之中的運(yùn)用進(jìn)行了相關(guān)的闡述，最后對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)發(fā)展的前景進(jìn)行總結(jié)以及分析。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)方面的概述

2.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)的組成以及功能

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)（Compass）為中國(guó)獨(dú)立運(yùn)行、自行開(kāi)發(fā)研制全球衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)。和俄羅斯格洛納斯（GLONASS）、美國(guó)的GPS以及歐盟的伽利略（GALILEO）一起稱(chēng)做四大衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是由用戶(hù)終端、空間部分以及地面中心的控制系統(tǒng)這3個(gè)部分構(gòu)成的?？臻g部分涵蓋了5個(gè)靜止的軌道衛(wèi)星以及30個(gè)非靜止的軌道衛(wèi)星。其地面中心的控制系統(tǒng)為北斗導(dǎo)航的定位系統(tǒng)中樞部分，涵蓋監(jiān)測(cè)站、主控站以及注入站等多個(gè)地面站。其用戶(hù)端是由北斗的用戶(hù)終端還有與俄羅斯的“格洛納斯”、美國(guó)的GPS、以及歐盟的“伽利略”等多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)方面兼容終端組成的。它能夠于全球范圍之內(nèi)全天時(shí)、全天候?yàn)楦鞣N用戶(hù)供給高可靠、高精度定位、授時(shí)服務(wù)以及導(dǎo)航，而且兼具著短報(bào)文的通信功能。衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)能夠?yàn)楦鱾€(gè)行業(yè)供給高精度的定位以及測(cè)速的服務(wù)。

2.2 北斗導(dǎo)航的定位系統(tǒng)和GPS方面異同剖析

2.2.1 衛(wèi)星數(shù)量和軌道分布之間的對(duì)比

GPS系統(tǒng)是由24個(gè)衛(wèi)星來(lái)構(gòu)成的，分別于六個(gè)地心的軌道面之內(nèi)，其每個(gè)面內(nèi)部有著四個(gè)衛(wèi)星在工作，當(dāng)中的一顆為備份星。其衛(wèi)星軌道周期是半太陽(yáng)日，其六個(gè)軌道都是圓軌道，于赤道面上為等間隔的60°分隔，和赤道呈現(xiàn)出55°的傾角。北斗導(dǎo)航的定位系統(tǒng)空間段具有5個(gè)靜止的軌道衛(wèi)星以及30個(gè)非靜止的衛(wèi)星，其地球靜止的軌道衛(wèi)星位于東經(jīng)的58.75°與80°以及110.5°還有140°與160°，還有非靜止的軌道衛(wèi)星是由27個(gè)中圓的軌道衛(wèi)星以及3個(gè)傾斜同步的軌道衛(wèi)星構(gòu)成。

2.2.2 定位原理以及精度方面的對(duì)比

GPS為被動(dòng)式的偽碼單向三維導(dǎo)航，是由用戶(hù)裝置獨(dú)立對(duì)自身三維定位的數(shù)據(jù)進(jìn)行解算。定位精度的P碼當(dāng)前已經(jīng)由16m提升到了6m，C/A碼當(dāng)前已經(jīng)由25～100m提升到了12m，授時(shí)的精度當(dāng)前約為20ns。北斗導(dǎo)航的系統(tǒng)為主動(dòng)式的雙向測(cè)距導(dǎo)航，其地面中心的控制系統(tǒng)進(jìn)行解算，對(duì)用戶(hù)提供三維定位的數(shù)據(jù)信息。定位的精度約是幾十米，其授時(shí)的精度約是100ns。二代“北斗”能夠稱(chēng)做“中國(guó)的GPS”。

2.2.3 功能方面的對(duì)比

GPS用戶(hù)裝置用于對(duì)來(lái)自衛(wèi)星的星座信號(hào)進(jìn)行接受，而且計(jì)算出所要的速度、位置以及時(shí)間信息。GPS供給標(biāo)準(zhǔn)定位的服務(wù)以及精密定位的服務(wù)這兩類(lèi)服務(wù)。但是北斗導(dǎo)航的定位系統(tǒng)運(yùn)用的是衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電的測(cè)定以及衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電的導(dǎo)航集成系統(tǒng)，不但可以像GPS系統(tǒng)為用戶(hù)供給衛(wèi)星無(wú)線(xiàn)電的導(dǎo)航工作，還有著位置報(bào)告與短報(bào)文的通信能力。

3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)于大地測(cè)量當(dāng)中的運(yùn)用

3.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)于地籍測(cè)量當(dāng)中的運(yùn)用

3.1.1 地籍測(cè)量含義

地籍測(cè)量主要指的是運(yùn)用當(dāng)代的測(cè)繪技術(shù)利用一定精度來(lái)對(duì)土地境界與土地權(quán)屬的位置以及土地面積進(jìn)行測(cè)量而且以反應(yīng)土地的運(yùn)用類(lèi)型、質(zhì)量等級(jí)還有分布情況的專(zhuān)業(yè)測(cè)量，其為國(guó)家的土地管理單位供給出有著現(xiàn)時(shí)性土地的詳查資料信息，而且對(duì)土地登記供給有效依據(jù)。地籍測(cè)量和普通地形測(cè)量是不一樣的，地籍的測(cè)量應(yīng)當(dāng)伴隨宗地土地登記方面的變更而持續(xù)地更新，需時(shí)刻確保地籍資料方面的現(xiàn)勢(shì)性。地籍測(cè)量為測(cè)繪工藝和法律綜合運(yùn)用，地籍的測(cè)量為一個(gè)基礎(chǔ)性有著政府行為測(cè)繪工作，為政府對(duì)土地行政的管理職能行使的有著法律效益行政性的技術(shù)做法；地籍測(cè)量對(duì)土地管理供給了可靠、精確地理的參考體系。

3.1.2 地籍控制的測(cè)量之中的運(yùn)用

于以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)地籍控制的測(cè)量網(wǎng)進(jìn)行建設(shè)的時(shí)候，依照國(guó)家的土地管理單位所頒發(fā)《城鎮(zhèn)地籍的調(diào)查規(guī)程》需要：能夠?qū)⒌丶矫娴目刂凭W(wǎng)分成二、三、四等的三角網(wǎng)與三邊網(wǎng)以及邊角網(wǎng)，一、二級(jí)的小三角網(wǎng)，一、二級(jí)的導(dǎo)線(xiàn)網(wǎng)，而且依照城鎮(zhèn)規(guī)模的各個(gè)等級(jí)其地籍平面的控制網(wǎng)點(diǎn)都能夠作為首級(jí)把控。因?yàn)樵谶\(yùn)用著北斗導(dǎo)航的定位系統(tǒng)實(shí)施地籍控制的時(shí)候，沒(méi)有常規(guī)的三角網(wǎng)布設(shè)的時(shí)候需要近似等邊與精度估算較低的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)加測(cè)上對(duì)角線(xiàn)或者是增加起始邊等多個(gè)繁瑣的需要，只要所備置的設(shè)備精度和等級(jí)控制的精度相匹配，其控制點(diǎn)位選擇與點(diǎn)位的選取要求相符合，就能夠使得四等網(wǎng)之中最弱的相鄰點(diǎn)其相對(duì)點(diǎn)位的中誤差率小于等于5cm得到實(shí)現(xiàn)，而且四等以下的網(wǎng)最弱點(diǎn)的點(diǎn)位的中誤差小于等于5cm。進(jìn)而所布設(shè)出的以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)地籍控制的測(cè)量網(wǎng)的精度就可以使得地籍規(guī)程的要求得到滿(mǎn)足。

3.1.3 大地運(yùn)用該動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)當(dāng)中的運(yùn)用

常規(guī)的野外監(jiān)測(cè)通常是采取簡(jiǎn)易補(bǔ)測(cè)方法或者是平板儀的補(bǔ)測(cè)方法。簡(jiǎn)易補(bǔ)測(cè)方法是運(yùn)用著變更地物和周?chē)怀龅匚镩g相對(duì)的位置聯(lián)系，運(yùn)用鋼尺以及皮尺等較為簡(jiǎn)單的測(cè)量工具，應(yīng)用截距法與比較法以及延長(zhǎng)線(xiàn)的截距方法等多種幾何方式實(shí)施實(shí)地的測(cè)量。簡(jiǎn)單補(bǔ)測(cè)方法只適用在變更的范圍較小，其變更地物的周?chē)嬖谕怀龅匚稂c(diǎn)狀況。平板儀的補(bǔ)測(cè)方法因?yàn)樾实鸵约八俣容^慢，并且于實(shí)施的進(jìn)程當(dāng)中容易受到主觀原因的干擾，使得精度較低，對(duì)監(jiān)測(cè)的質(zhì)量帶來(lái)嚴(yán)重的影響。雖近幾年來(lái)的遙感工藝于土地運(yùn)用的現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)當(dāng)中獲得了廣泛的運(yùn)用，對(duì)于宏觀改變有著非常強(qiáng)適用性，不過(guò)由于地形環(huán)境、成像方面的影響，這還不足以準(zhǔn)確、全面以及及時(shí)的對(duì)土地的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行反應(yīng)，特別是于微觀監(jiān)測(cè)當(dāng)中依舊是憑借傳統(tǒng)技術(shù)辦法為主。

3.2 北斗導(dǎo)航的定位系統(tǒng)于工程測(cè)量當(dāng)中的運(yùn)用

3.2.1 工程測(cè)量的重要性剖析

測(cè)量學(xué)為人類(lèi)的進(jìn)化史中所積累出的科目，人們于自然界當(dāng)中為了發(fā)展與生存而探索出來(lái)一個(gè)本領(lǐng)。各個(gè)工程的進(jìn)行都離不開(kāi)測(cè)量技術(shù)，這和工程的類(lèi)型以及大小是無(wú)關(guān)的，工程的測(cè)量于工程項(xiàng)目?jī)?nèi)扮演一個(gè)極為關(guān)鍵的角色。工程測(cè)量貫通于全部的工程進(jìn)程中，施工之前需對(duì)于施工的地址實(shí)施勘測(cè)，把水文信息、地貌信息等信息數(shù)據(jù)給做好，對(duì)設(shè)計(jì)供給比例地圖以及地形資料；在施工時(shí)期則是把測(cè)量好設(shè)計(jì)給轉(zhuǎn)變成實(shí)物的證據(jù)，在開(kāi)始至結(jié)束過(guò)程內(nèi)工程測(cè)量皆和工程的建設(shè)是相關(guān)的。工程建設(shè)需通過(guò)前期的規(guī)劃與中期建設(shè)以及后期檢查，前期的規(guī)劃涵蓋對(duì)于建筑物實(shí)施定位，對(duì)于地形地貌以及周?chē)h(huán)境實(shí)施勘測(cè)工作，以確保施工裝置能夠進(jìn)到施工場(chǎng)地中。在施工完成之后對(duì)于工程各個(gè)指標(biāo)實(shí)施評(píng)估，從而確保工藝達(dá)標(biāo)。

3.2.2 BDS于工程測(cè)量之中的運(yùn)用

運(yùn)用BDS技術(shù)應(yīng)當(dāng)首先對(duì)算基準(zhǔn)點(diǎn)精度進(jìn)行復(fù)核，其起算點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是高等級(jí)控制點(diǎn)，而且起算的基準(zhǔn)點(diǎn)與觀測(cè)點(diǎn)間有著較好位置分布。在運(yùn)用動(dòng)態(tài)BDS實(shí)施觀測(cè)的時(shí)候，依照《工程測(cè)量規(guī)范》當(dāng)中所規(guī)定測(cè)量精度以及誤差需要，基準(zhǔn)站精度需要通過(guò)3-5個(gè)較高等級(jí)的控制點(diǎn)之間連測(cè)以及復(fù)核，才可以保證基準(zhǔn)站的坐標(biāo)于各方位的觀測(cè)狀況下有著一致精度。依照BDS作業(yè)其調(diào)度表方面的安排實(shí)施觀測(cè)，采用靜態(tài)相對(duì)的定位測(cè)量，其衛(wèi)星的高度角是15°，且時(shí)段長(zhǎng)度是45min，還有采樣間隔著10s。于3點(diǎn)上面一起安置了3個(gè)接收機(jī)的天線(xiàn)，對(duì)天線(xiàn)高進(jìn)行量取，對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，并且開(kāi)機(jī)進(jìn)行觀察，在各個(gè)指標(biāo)達(dá)到要求的時(shí)候，依照接收機(jī)提示來(lái)輸進(jìn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，該BDS網(wǎng)數(shù)據(jù)的處理分成基線(xiàn)解算與網(wǎng)平差這兩階段，采取隨機(jī)軟件來(lái)使得經(jīng)基線(xiàn)的解算與質(zhì)量檢核以及外業(yè)重測(cè)還有網(wǎng)平差得到完成后，獲得BDS控制點(diǎn)三維的坐標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為中國(guó)自主研發(fā)以及擁有完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全天候、新一代的導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的定位系統(tǒng)持續(xù)的進(jìn)步發(fā)展，尤其是和RS、GIS、GPS等多種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，于國(guó)土資源的測(cè)繪管理方面發(fā)揮了關(guān)鍵的作用，而且產(chǎn)出巨大經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。

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