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

李雄飛

冀中能源股份有限公司邢臺礦地質(zhì)測量科 河北邢臺 054001

當(dāng)前運(yùn)輸、交通、災(zāi)害、海洋和一些特殊行業(yè)發(fā)展速度加快，與之匹配的測量重要數(shù)據(jù)信息需求隨之增加，而這一過程中對北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)加以應(yīng)用，能夠獲得良好的應(yīng)用效果。該定位系統(tǒng)的主要應(yīng)用目標(biāo)是穩(wěn)定可靠、技術(shù)先進(jìn)、獨(dú)立自主、覆蓋全球以及開放兼容，并且是世界上較為成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，在其他行業(yè)發(fā)展中北斗定位系統(tǒng)能夠發(fā)揮促進(jìn)作用，并且呈現(xiàn)出相輔相成的關(guān)系，在信息化建設(shè)中測量作為基礎(chǔ)條件，因此需要獲得準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。在我國測量事業(yè)以及科學(xué)技術(shù)發(fā)展不夠成熟的背景下，缺少很多基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，這將影響各行業(yè)的發(fā)展。而現(xiàn)階段測量衛(wèi)星成為獲取信息的重要基礎(chǔ)，衛(wèi)星系統(tǒng)具備全天候、全球以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察等優(yōu)勢。目前北斗定位系統(tǒng)可在大地測量中加以應(yīng)用，本文將主要對其應(yīng)用進(jìn)行分析，以供參考。

1 大地測量以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航概述

1.1 大地測量含義

大地測量指的是對將地球橢球體作為基準(zhǔn)地面點(diǎn)位置進(jìn)行測量，測量、明確地球橢球體大小，意味著大地測量主要為了在地球上獲得一個(gè)精確的地點(diǎn)位置。那么即可通過地面點(diǎn)沿法線方向?qū)崿F(xiàn)地球表面投影，這一點(diǎn)的水平位置由經(jīng)緯度表示，地面這一點(diǎn)與投影出的點(diǎn)距離能夠表示該點(diǎn)高程。通過空間直角坐標(biāo)系的形式獲得地球上精準(zhǔn)的位置，其中原心應(yīng)該確定為地球正中心。測繪學(xué)科中大地測量屬于基礎(chǔ)學(xué)科，使得我國很多行業(yè)中能夠直接運(yùn)用工程測繪，而大地測繪以及工程學(xué)科都是以基礎(chǔ)理論和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的形式發(fā)展起來的。

1.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)空間星座部分是由兩部分構(gòu)成，分別是靜止軌道衛(wèi)星、非靜止軌道衛(wèi)星，非靜止軌道衛(wèi)星主要是由3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星以及27顆中圓軌道衛(wèi)星所組成，此外，有5顆衛(wèi)星能夠構(gòu)成靜止軌道衛(wèi)星。在數(shù)十年的努力建設(shè)下，現(xiàn)階段我國已經(jīng)形成了比較完善的北斗定位系統(tǒng)空間星座結(jié)構(gòu)。即便在高大建筑物或是山體的遮擋下，北斗定位系統(tǒng)依舊具備良好應(yīng)用性，同時(shí)具備較高的精確性和可靠性[1]。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)概述

2.1 組成與功能

該系統(tǒng)由我國自行研制開發(fā)，能夠獨(dú)立運(yùn)行。該系統(tǒng)主要由3個(gè)部分構(gòu)成，分別是用戶終端、地面中心控制系統(tǒng)、空間部分等，空間涵蓋靜止軌道衛(wèi)星有5個(gè)，非靜止軌道衛(wèi)星有30個(gè)。在定位系統(tǒng)中地面中心控制系統(tǒng)位于中樞部分，其由多個(gè)地面站組成，分別有主控站、監(jiān)測站和注入站等。用戶端主要組成部分有北斗用戶端、俄羅斯“格格納斯”、歐盟“伽利略”、美國GPS等定位系統(tǒng)兼容終端[2]。這能夠在全球范圍內(nèi)向用戶提供有著較高精度、較高可靠程度的定位以及導(dǎo)航等服務(wù)，具備短報(bào)文通信功能。北斗定位系統(tǒng)能夠向各個(gè)行業(yè)提供有著較高精度的定位以及測速服務(wù)。

2.2 北斗定位系統(tǒng)和GPS的異同分析

2.2.1 衛(wèi)星數(shù)量以及軌道分布方面的異同

構(gòu)成GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星有24顆，這些衛(wèi)星位于六個(gè)地心軌道面內(nèi)，每一面運(yùn)行的衛(wèi)星有4顆，其中有一顆星的作用是備份星。衛(wèi)星軌道的周期是半個(gè)太陽日，其中六個(gè)軌道都是圓軌道，赤道面上等間隔是60°分隔，和赤道呈現(xiàn)出55°傾角。北斗定位系統(tǒng)空間段存在5個(gè)靜止軌道衛(wèi)星以及30個(gè)非靜止衛(wèi)星，地球靜止軌道衛(wèi)星處于東經(jīng)58.75°、80°、110.5°、140°、160°，非靜止衛(wèi)星包括27個(gè)圓軌道衛(wèi)星、3個(gè)傾斜同步軌道衛(wèi)星。

2.2.2 定位原理以及精度的異同

GPS為被動(dòng)式、偽碼單向的3D導(dǎo)航，用戶裝置可以對三維定位數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立解算，現(xiàn)階段定位精度P碼從16m提升到6m，C/A碼現(xiàn)階段從25～100m提升到12m，授時(shí)精度大約是20ns[3]。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是一種主動(dòng)式、雙向測距的導(dǎo)航，可進(jìn)行地面中心控制系統(tǒng)解算，為用戶提供3D定位數(shù)據(jù)信息。定位精度可達(dá)到幾十米，授時(shí)精度處于100ns左右。二代“北斗”又稱作“中國GPS”。

2.2.3 功能方面的異同

GPS用戶裝置可以接受衛(wèi)星星座信號，能夠?qū)ξ恢?、時(shí)間、速度這些信息進(jìn)行計(jì)算，GPS主要進(jìn)行精準(zhǔn)定位服務(wù)和精密定位服務(wù)。北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用衛(wèi)星無線電測定與導(dǎo)航集成系統(tǒng)，同樣能夠發(fā)揮出向用戶提供無線電導(dǎo)航的功能，并且具備短報(bào)文通信以及位置報(bào)告等能力。

3 大地測量中應(yīng)用北斗定位系統(tǒng)

3.1 在地籍測繪中的應(yīng)用

3.1.1 地籍測繪含義

運(yùn)用現(xiàn)代測繪技術(shù)，確定土地界限、面積以及所有權(quán)時(shí)，保證其準(zhǔn)確程度，同時(shí)將反映土地的利用類型、分布以及質(zhì)量水平。土地管理部門可以依此開展測繪工作，使土地調(diào)查數(shù)據(jù)更加的詳盡，保證土地登記工作依此順利開展。地籍測繪與普通地形測繪存在很大的差異，土地注冊不斷變化，地籍測繪將會(huì)隨之更新，保證地籍材料展現(xiàn)出的內(nèi)容和實(shí)際相統(tǒng)一。地籍測繪技術(shù)作為政府行為，可與技術(shù)及法律相結(jié)合；其還是一種有關(guān)于行政事務(wù)的技術(shù)，可幫助政府準(zhǔn)確掌握國土資源信息；在地籍調(diào)查中，地籍測繪能夠獲得準(zhǔn)確地籍信息，支持政府做好地籍決策工作。地籍測繪還具備法律特征，主要指的是勘察取證，需要其與相關(guān)法律要求相符，地籍測繪的現(xiàn)實(shí)性傾向比較強(qiáng)烈[4]。

3.1.2 在地籍控制測繪中應(yīng)用

地籍測控網(wǎng)絡(luò)在構(gòu)建中，是將北斗定位系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，結(jié)合國土局所發(fā)布的《城鎮(zhèn)地籍測繪程序》規(guī)定可知，能夠?qū)⒌丶疁y繪應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)劃分為幾種類型，例如有二三四的三角、三邊以及邊角網(wǎng)。在一些監(jiān)測地區(qū)中還可使用一二級導(dǎo)線網(wǎng)和一二級變交往，對各級別地籍平面出口進(jìn)行有效控制。實(shí)際開展地籍控制工作時(shí)主要是應(yīng)用北斗定位系統(tǒng)，那么在常規(guī)三角測繪中無需選用與等邊三角相近的測繪，如果沒有良好的精度估計(jì)時(shí)，能夠避免有對角線、起始邊增添等相關(guān)的要求出現(xiàn)，應(yīng)該保證準(zhǔn)確度與分級控制精度相匹配，選取的控制點(diǎn)能夠與選點(diǎn)要求相符，四級網(wǎng)絡(luò)之中，相鄰點(diǎn)誤差率最弱的需要在5cm以下，四等以下網(wǎng)絡(luò)最弱點(diǎn)和起點(diǎn)誤差需要在5cm以下。從而能夠知道，基于北斗定位系統(tǒng)獲取的地籍控制測繪網(wǎng)絡(luò)精度能夠完全匹配地籍測繪規(guī)范。

3.1.3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測應(yīng)用到大地利用中

平板儀補(bǔ)測法、簡單補(bǔ)測法是常規(guī)現(xiàn)場監(jiān)測經(jīng)常使用的方法，輔助測繪方法主要是利用變化地物與周圍地物之間存在的位置關(guān)系，使用鋼尺以及卷尺等測繪工具，應(yīng)用的方法有比較法、延長線攔截法、截距法等幾何法[5]。而補(bǔ)充測繪方法更適合應(yīng)用在變化范圍小，并且變化特征周圍目標(biāo)點(diǎn)較為明顯的情況下，當(dāng)變化范圍大、目標(biāo)物體較少，主要是應(yīng)用平板儀測繪法。因?yàn)槠桨鍦y繪法效率低、速度慢，使用中會(huì)受到客觀因素影響，使其精度不斷降低，這會(huì)對監(jiān)測質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。雖然近些年我國開展土地利用監(jiān)測過程中使用遙感技術(shù)，能夠在大規(guī)模應(yīng)用中凸顯出明顯的優(yōu)勢，然而會(huì)受到一些不良的客觀因素影響，遙感技術(shù)很難講土地動(dòng)態(tài)變化情況及時(shí)、準(zhǔn)確、全面的反映出來，很難擺脫傳統(tǒng)的技術(shù)手段。因?yàn)楸倍范ㄎ幌到y(tǒng)單向傳輸時(shí)間能夠達(dá)到100ns以及有著200ns雙向傳輸時(shí)間，通常平面位置精度處于100m左右，大多時(shí)候可以將校準(zhǔn)表設(shè)置為20m，一般高程控制精度處于10m左右，這就能夠滿足土地利用調(diào)查、動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確監(jiān)測等要求。在地球監(jiān)測中應(yīng)用該導(dǎo)航定位系統(tǒng)，能夠使監(jiān)測速度以及精度不斷提升，合理應(yīng)對傳統(tǒng)監(jiān)測方法中存在的弊端，與其中復(fù)雜變化相適應(yīng)，確保監(jiān)測動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性以及準(zhǔn)確性，保證能夠及時(shí)調(diào)查土地使用情況。

3.2 在工程測繪中的應(yīng)用

3.2.1 工程測繪重要性

測繪學(xué)這一學(xué)科有著較為悠久的歷史，在人類發(fā)展過程中做出了突出的共享，測繪技術(shù)能夠支撐各種項(xiàng)目的發(fā)展，這和項(xiàng)目類型以及大小不相關(guān)，工程測繪能夠應(yīng)用在各種各樣的工程中，并且能夠發(fā)揮出非常重要的作用，為工程后期順利開展打下基礎(chǔ)，并且能夠在工程整個(gè)流程實(shí)現(xiàn)工程測繪的貫穿，提升工程的質(zhì)量。施工工作開始前，應(yīng)該仔細(xì)調(diào)查施工地址，并且掌握地貌信息以及水文信息等內(nèi)容，確保設(shè)計(jì)過程有相關(guān)的地形數(shù)據(jù)以及尺度圖作為依據(jù)；施工這一環(huán)節(jié)能夠轉(zhuǎn)變測繪設(shè)計(jì)成為物理對象。從開始到結(jié)束，項(xiàng)目計(jì)量和項(xiàng)目建設(shè)有著密切的關(guān)系，任何工程項(xiàng)目的建設(shè)都需要做好預(yù)先規(guī)劃工作，并且應(yīng)該做好中期建設(shè)以及后期檢查工作。其中初步規(guī)劃主要指的是定位建筑物、測繪地形以及周圍環(huán)境，保證施工設(shè)備順利進(jìn)入施工現(xiàn)場，施工工作完全結(jié)束后，對項(xiàng)目各項(xiàng)指標(biāo)加以評估，保證施工工藝與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符。工程測繪在建筑運(yùn)營環(huán)節(jié)也能夠發(fā)揮非常重要的作用，對建筑物實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行測繪，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)其存在的異常情況，從而使用補(bǔ)救措施防止發(fā)生事故。

3.2.2 在工程測繪中的具體應(yīng)用

北斗定位系統(tǒng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，需要起始參考點(diǎn)準(zhǔn)確性進(jìn)行檢查，起點(diǎn)處于高層控制點(diǎn)，起點(diǎn)、觀測點(diǎn)間位置分布較為良好。利用該導(dǎo)航定位系統(tǒng)開展觀測工作時(shí)，結(jié)合《工程測繪規(guī)范》（GB500262007）中明確提出了測繪精度、誤差相關(guān)要求，參考站精度需要經(jīng)過3~5個(gè)高位控制點(diǎn)的測繪、評估，確保獲得一致、準(zhǔn)確的中基站坐標(biāo)各方位角觀測數(shù)據(jù)。結(jié)合定位系統(tǒng)工作安排來觀察，接著開展靜態(tài)相對定位測繪，選擇的衛(wèi)星仰角為15°，時(shí)間45min，采樣間隔大約10s。除此之外，三個(gè)點(diǎn)放置居中、水平、定向形式的三個(gè)接收天線，對天線高度以及氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行測繪，同時(shí)開展觀測工作[7]。如果指標(biāo)與具體要求相符，在接收方提示下將有關(guān)數(shù)據(jù)將輸入，該定位系統(tǒng)處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)主要有兩個(gè)階段，第一階段是解決基線方案，第二階段是網(wǎng)絡(luò)調(diào)整。該定位系統(tǒng)控制點(diǎn)獲取要經(jīng)過3D坐標(biāo)基線分辨率、現(xiàn)場重新測試、質(zhì)量檢查、網(wǎng)絡(luò)調(diào)整等過程。

4 結(jié)語

當(dāng)前我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度較快，各個(gè)領(lǐng)域與行業(yè)開始運(yùn)用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，使人們的生活更加便利，生產(chǎn)工作質(zhì)量以及效率更高，同時(shí)能夠促進(jìn)全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)更好的發(fā)展，空間衛(wèi)星定位技術(shù)也將隨之不斷發(fā)展。現(xiàn)階段大地測量中的衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)合理應(yīng)用，能夠?qū)y量精度以及效率提升，保證大地測量工作穩(wěn)定開展。北斗定位系統(tǒng)由我國自主研發(fā)、具有完整知識產(chǎn)權(quán)，其主要特點(diǎn)是全天候、全球覆蓋、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測。我國大地測量中北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用范圍比較廣泛，在結(jié)合RS、GPS、GIS后，可充分將其自身作用充分發(fā)揮出來，這能夠積極促進(jìn)大地測量技術(shù)發(fā)展，同時(shí)促進(jìn)我國社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展。