中國北斗衛星導航系統在大地測繪中的應用

摘要：隨著社會的不斷發展，全球衛星導航系統（GNSS）在我國的國民經濟建設和社會服務中的應用越來越廣闊，已經發展成為一個巨大的產業，擁有自己的衛星導航系統，已成為一個國家綜合實力的重要標志。本文通過對中國北斗衛星導航系統的介紹，闡述了其在土地測繪中的應用。

關鍵詞：北斗衛星導航系統；地籍測量；工程測繪

北斗衛星導航定位系統（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國自行研制的全球衛星導航系統，是繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后，第三個成熟全球衛星導航系統。該系統以“獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠、覆蓋全球”為目標，促進衛星導航產業鏈的形成，推動衛星導航在交通測繪、運輸、海洋、災害預報及其他特殊行業的定位導航服務。作為獲取測繪數據的重要信息源，測繪是信息化建設的重要基礎。在我國測繪事業與科技發展中，基礎地理信息資源短缺、信息數據獲取能力不足，已成為制約發展的“瓶頸”問題。測繪衛星由于其全球、全天候、實時動態觀測等優點，越來越成為主要的對地觀測手段，成為測繪數據獲取的重要信息源。本文將首先介紹北斗衛星導航系統的概念、組成和主要技術特征，接著闡述北斗衛星導航系統在土地測繪中的應用，最后分析總結北斗衛星導航系統的發展前景。

一、北斗衛星導航系統概述

北斗衛星導航系統由我國自主研發，具有獨立的知識產權，遵循開放性、自主性、兼容性和漸進性的建設原則，旨在建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的覆蓋全球的衛星導航系統，以促進衛星導航產業鏈形成，形成完善的國家衛星導航應用產業支撐、推廣和保障體系，推動衛星導航在國民經濟社會各行業的廣泛應用。北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段3部分組成，共有基本型、通信性、授時性、指揮型和多模式幾種用戶機類型，以適應不同的應用環境和功能。

（1）北斗衛星導航系統的原理。北斗導航系統是主動式雙向測距二維導航。不同于GPS的被動式偽碼單向測距三維導航，北斗衛星導航系統定位由用戶設備獨立解算自己三維定位數據。地面中心站可以保留全部北斗用戶的位置及時間信息，因此可以負責整個系統的監控管理。即北斗衛星導航系統采用的是有源定位，這是與GPS和GLONASS等無源定位有本質上的不同。

（2）北斗衛星導航系統的發展歷程。按照“質量、安全、應用、效益”的總要求，堅持“自主、開放、兼容、漸進”的發展原則，北斗衛星導航系統的建設遵照“三步走”的發展戰略。第一步，2000年建成了北斗衛星定位試驗系統，使中國成為世界上繼美、俄之后第三個擁有自主衛星定位系統的國家。第二步，建設北斗衛星導航系統，2012年左右，系統將首先具備覆蓋亞太地區的定位、導航和授時以及短報文通信服務能力形成覆蓋亞太大部分地區的服務能力。第三步，2020年左右，北斗衛星GPS定位系統形成全球覆蓋能力。從2000年開始至2016年，我國已發射二十三顆北斗導航定位衛星，包括北斗一號衛星四顆，北斗二號衛星二十三顆。其中，北斗-1A、北斗-1B已停止工作，北斗-1D和北斗-G2失效，其他二十三顆衛星運行正常。

（3）北斗衛星導航系統的特點。發展至今，北斗衛星導航系統主要具有短報文通信、精密授時、高定位精度和同時容納大量用戶四大功能。相比于其他衛星導航定位系統，北斗衛星導航系統擁有以下優勢：定位精度和授時精度高；特有報文通信功能，一次可傳送多達120個漢字的信息；系統的導航定位用戶容量不再受到限制；覆蓋中國及中邊國家和地區；具備獨立的組網能力，不需要任何其他系統支持；具備與GPS、GALILEO廣泛的互操作性，實現多種原理的綜合定位，穩定性較高；可實現分類保障，即可劃分使用等級范圍，授權用戶與公開用戶分開，公開用戶也可隨時進行定位保障等級的調整、優先權調配和能力集成；國產品牌，安全、可靠、穩定、保密性強，具備一定的抗干擾和抗摧毀能力，適合關鍵部門應用。

（4）北斗衛星導航系統的意義。北斗衛星導航系統及相應地面跟蹤站的建設，對全球用戶的貢獻是顯著的。由于衛星星座的不同，改善了DOP值；信號頻譜的不同，削弱了多路徑效應的影響，并有利于抵制信號干擾帶來的影響；北斗自身的多頻體制，削弱了電離層和對流層誤差，從而弱化了基準站距離的限制，固定載波相位模糊度，縮短了首次定位時間[14]。此外，北斗衛星導航系統也帶來巨大的經濟效益和社會效益。北斗衛星導航系統在民用市場的應用不僅增加了國家稅收，而且能接納幾千人甚至上萬人的就業；北斗衛星導航系統的逐步完善提高了應用部門行業的工作效率，在社會多個領域的廣泛應用，提高了人們的生活水平；北斗衛星導航系統是由我國自主研制，減少了對國外導航系統的依賴，提高了我國衛星導航定位的應用水平，推動國民經濟信息化的進程，帶動相關產業的結構調整、升級有著極為重要的意義。

二、北斗衛星導航系統在大地測繪中的應用

（1）地籍控制測量中的應用。近年來北斗衛星導航系統快速崛起，為測繪工作帶來了根本性變革，同時也為地籍測量——尤其地籍控制測量——產生了深遠影響。由于北斗衛星導航系統具有全天候、速度快、精度高等諸多優點，在運用北斗衛星導航系統進行地籍控制測量時不需要通視，有效避免了常規地籍控制工作中點位選取不利等諸多弊端。

在建設基于北斗衛星導航系統的地籍控制測量網時，依據國家土地管理局頒布的《城鎮地籍調查規程》要求：可把地籍平面控制網分為二、三、四等三角網、三邊網和邊角網，一、二級小三角網（鎖），一、二級導線網，并且根據城鎮規模各等級地籍平面控制網點均可作首級控制。由于在利用北斗衛星導航系統進行地籍控制時，沒有常規三角網（鎖）布設時要求近似等邊及精度估算偏低時應加測對角線或增設起始邊等繁瑣的要求，只要所配備的儀器精度與等級控制精度匹配，控制點位的選取符合點位選取要求，即可實現四等網中最弱相鄰點的相對點位中誤差率≤5cm，同時四等以下網最弱點（相對于起算點）的點位中誤差≤5cm。從而所布設的基于北斗衛星導航系統的地籍控制測量網精度就完全能滿足地籍規程要求。

（2）大地利用動態監測中的應用。常規野外監測一般采用簡易補測法或平板儀補測法。其中，簡易補測法是利用變更地物與周圍明顯地物之間的相對位置關系，使用皮尺、鋼尺等簡易測量工具，運用比較法、截距法、延長線截距法等幾何方法進行實地測量。簡易補測法僅僅適用于變更范圍小，變更地物周圍存在明顯地物點的情況。但如果變更范圍較大，且已知明顯地物點較少，則通常采用平板儀補測法。平板儀補測法由于速度慢、效率低，而且在實施過程中易受主觀因素干擾，致使精度低，嚴重影響監測質量。雖然近年來遙感技術在土地利用現狀監測中得到廣泛應用，對宏觀變化有很強的適用性，但因成像、地形環境影響，還不足以及時、全面、準確反映土地動態變化，尤其在微觀監測中仍然以傳統技術方法為主。

由于北斗衛星導航系統單向傳遞時間為100ns，雙向傳遞時間為20ns；平面位置精度通常為100m（1），設標校站之后為20m，高程控制精度為10m，可以滿足土地利用狀況調查及動態監測的精度要求。將北斗衛星導航系統應用在土地監測中，會使監測速度和精度大大提高，克服傳統監測方法的種種弊端，適應各種復雜的變更情況，真正地實現了動態監測的實時性、數值化，確保大地利用現狀調查的時效性。

作為我國自主研發、擁有完全知識產權的，新一代、全天候衛星導航系統，中國北斗衛星導航全球定位系統。那么，隨著該系統不斷地發展與完善，特別是與GPS、GIS、RS等技術相結合，將在國土資源測繪管理領域以及數字中國的建設中發揮重大作用。

參考文獻

[1]侯柯屹，梁福全，張軍.淺談北斗衛星導航系統及在測繪中的應用.2010.

[2]廖志平，丁松年.GPS在土地測繪中的應用及前景.西部探礦工程.2003.

（作者單位：陜西康建建設工程有限責任公司）