北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在高速公路控制測量中的精度分析

□浙江省自然資源征收中心 張建民

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，以下簡稱BDS）是著眼于國家安全和經(jīng)濟發(fā)展需要，由中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也是繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后的第三個成熟的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

BDS 目前已廣泛應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域，如交通運輸、森林防護、消防救援，測繪與地理信息等。目前，關(guān)于BDS 系統(tǒng)測量精度的研究主要源于院校等科研機構(gòu)，結(jié)合具體測繪工程項目的BDS 精度和效率分析評價并不多見。本文結(jié)合義東高速公路勘測定界，對BDS在高速公路控制測量的可行性和精度進行分析。

一、項目背景

（一）項目概況

義東高速公路位于東陽市，線路長度31 公里，線路穿越市區(qū)，人口密集，交通便利。為滿足土地勘測定界1 ∶500 地形圖測繪、房籍?dāng)?shù)據(jù)采集、界樁放樣等需要，全線布設(shè)D 級GNSS 控制網(wǎng)。

（二）網(wǎng)型結(jié)構(gòu)

網(wǎng)型大致呈南北帶狀分布，全網(wǎng)由11 個控制點組成，其中起算點為3 個C 級GNSS 控制點（8201、A016 和7450），待求點為9 個D級GNSS 控制點。采用邊連結(jié)合網(wǎng)聯(lián)組網(wǎng)，網(wǎng)型形狀合理、結(jié)構(gòu)堅強。網(wǎng)型和各點位的分布大致如圖1 所示。網(wǎng)中最大邊長為9522.3 米，最短邊長為2375.5 米，平均邊長為51215.8 米。全網(wǎng)共觀測6 個時段，由33 條基線組成，重復(fù)基線11 條，重復(fù)設(shè)站1.8。

（三）數(shù)據(jù)采集

用于數(shù)據(jù)采集的GNSS 接收機可同時接受GPS、BDS 信號，測量時按D 級網(wǎng)的觀測要求觀測至少2個小時，衛(wèi)星高度截止角≥15°，采集間隔10 秒，同時觀測有效衛(wèi)星數(shù)和有效觀測衛(wèi)星總數(shù)≥4 顆。

（四）數(shù)據(jù)處理

采用HGO 軟件分別對BDS 和GPS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)解算。數(shù)據(jù)處理流程按照數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)傳輸→基線解算→三維無約束平差→二維約束平差模式進行。

二、平差結(jié)果及分析

為比較BDS 和GPS 的基線解算質(zhì)量，本文主要從基線長度、重復(fù)基線較差和約束平差后點位較差這三方面的指標(biāo)比較，并對結(jié)果進行比較分析。

▲圖1 控制網(wǎng)圖

（一）基線長度檢驗分析

解算完成后分別對三維無約束和二維約束條件下同名基線的長度進行比對，采用BDS 基線減去GPS 基線長，統(tǒng)計結(jié)果如圖2 和3所示。

▲圖2 無約束平差基線長度對比

▲圖3 三維約束平差基線長度對比

由上圖可知，無約束平差中BDS 和GPS 的同名基線長度較差全部集中在-15 毫米至5 毫米。其中最大較差為-13 毫米，最小為0 毫米，平均較差3.6 毫米。約束平差中同名基線全部集中在-10 毫米至5 毫米。其中最大較差-0.008 米，最小較差為0 毫米，平均較差0.027 毫米。

由統(tǒng)計結(jié)果可知，使用兩種軟件進行解算基線長度較差較小，較差結(jié)果大致呈正態(tài)分布。

（二）重復(fù)基線較差分析

按照 GB/T 18314-2009《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》要求，不同時段同一基線的重復(fù)基線較差，應(yīng)滿足下式的規(guī)定：。式中：σ—相應(yīng)級別規(guī)定的精度（按儀器標(biāo)稱精度及實際平均邊長計算的標(biāo)準(zhǔn)差，以下各式同，單位為毫米）。

對比11 條重復(fù)基線知，GPS的重復(fù)基線較差集中在0～20 毫米，最大較差為15.7 毫米；BDS 重復(fù)基線的較差相對分散，較差較大，最大較差為32.7 毫米。通過重復(fù)基線較差知，雖然BDS 重復(fù)基線較差精度滿足規(guī)范規(guī)定，但不同時段觀測同一條基線GPS 穩(wěn)定性優(yōu)于BDS。

（三）二維平差結(jié)果分析

導(dǎo)入已知點進行二維約束平差，對兩種衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)分別平差，將9 個D 級點全部比對，較差結(jié)果見下表。

由較差表可知D 級點平面精度平面較差最大為0.013 米，最小為0.002 毫米，本項目BDS 和GPS解算結(jié)果相差都是毫米級，精度相當(dāng)。

BDS和GPS定位測量平面精度坐標(biāo)較差表

三、結(jié)語

通過具體項目的數(shù)據(jù)處理和分析，可知BDS 與GPS 在靜態(tài)定位模式點位精度基本處于同一數(shù)量級，點位精度能滿足常規(guī)的控制測量要求。雖然通過重復(fù)基線的對比，得知BDS 較GPS 系統(tǒng)穩(wěn)定性有一定的差距，但隨著BDS 衛(wèi)星數(shù)量增多，性能會趨于更加穩(wěn)定，精度更加可靠。