北斗卫星导航定位系统在大地测量中的应用

北斗卫星导航定位系统在大地测量中的应用

作者：王文华

来源：《城市建设理论研究》2013年第47期

摘要：近年来随着我国社会经济建设迅猛发展，综合国力显著增强，为我国各项科技事业迈向更高点提供了有力基础保障。全球卫星导航定位系统（GNSS）在我国的国民经济建设和社会服务中的应用越来越广阔，已经发展成为一个巨大的产业。在当今世界经济全球化进程中，拥有自己的卫星导航定位系统，已成为一个国家综合实力的重要标志。本文通过对北斗卫星导航定位系统的介绍，阐述了其在大地地测量中的应用。 关键词：北斗卫星导航定位系统（BDS）；地籍测量；工程测量 中图分类号： P271 文献标识码： A 文章编号：

引言：北斗卫星导航定位系统（Bei-Dou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem），是继美国GPS、俄罗斯GLONASS之后，第三个成熟全球卫星导航定位系统。该系统以“独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠、覆盖全球”为目标，促进卫星导航定位产业链的形成，推动其在交通测绘、运输、海洋、灾害预报及其他特殊行业的定位导航服务。作为获取测量数据的重要信息源，测量是信息化建设的重要基础。在我国测量事业与科技发展中，基础地理信息资源短缺、信息数据获取能力不足，已成为制约发展的“瓶颈”问题。测绘卫星由于其全球、全天候、实时动态观测等优点，越来越成为主要的对地观测手段，成为测绘数据获取的重要信息源。本文首先介绍北斗卫星导航定位系统概念、组成和主要技术特征，接着阐述北斗卫星导航定位系统在大地测量中的应用，最后分析和总结北斗卫星导航定位系统的发展前景。 一、北斗卫星导航定位系统概述 1、北斗卫星导航定位系统组成及功能

北斗卫星导航定位系统（Compass）是我国自行研制开发、独立运行的全球卫星导航系统。与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）、欧盟伽利略（GALILEO）并称全球四大卫星导航系统。该系统由空间部分、地面中心控制系统和用户终端3个部分组成。空间部分包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面中心控制系统是北斗导航定位系统的中枢，包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”、欧盟“伽利略”等其他卫星导航定位系统兼容的终端组成。它可以在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。卫星导航定位系统可以为各行各业提供高精度定位、测速服务。 2、北斗卫星导航定位系统与GPS的异同分析

（1）卫星数量与轨道分布的对比

GPS系统由24颗卫星构成，分别在六个地心轨道面内，每个面内有四颗卫星工作，其中一颗是备份星。卫星的轨道周期为半个太阳日，六个轨道均为圆轨道，在赤道面上是等间隔60 °分隔，与赤道呈55 °倾角。北斗卫星导航定位系统的空间段有5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地球静止轨道卫星分别位于东经58.75 °、80 °、110.5 °、140 °和160 °，非静止轨道卫星由27颗中圆轨道卫星和3颗倾斜同步轨道卫星组成。 （2）定位原理和精度的对比

GPS是被动式伪码单向测距三维导航，由用户设备独立解算自己三维定位数据。定位精度P码目前已由16 m提高到6 m，C/A码目前已由25～100 m提高到l2 m，授时精度日前约20 ns。北斗导航系统是主动式双向测距二维导航，地面中心控制系统解算，供用户三维定位数据。定位精度约几十米，授时精度约100 ns。二代“北斗”可以称为“中国的GPS”。 （3）功能的对比

GPS用户设备用于接收来自卫星星座信号，并计算出所需的位置、速度和时间信息。GPS提供标准定位服务（SPS）和精密定位服务（PPS）两种服务。而北斗卫星导航定位系统采用卫星无线电测定（RDSS）与卫星无线电导航（RNSS）集成体制，既能像GPS系统一样为用户提供卫星无线电导航服务，又具有位置报告及短报文通信功能。 二、北斗卫星导航定位系统在大地测量中的应用 1、北斗卫星导航定位系统在地籍测量中的应用 （1）1.1地籍测量的含义

地籍测量主要是指利用现代测绘技术以一定的精度测定土地境界、土地权属位置、土地面积并以反映土地利用类型、分布状况以及质量等级的专门测量，它为国家土地管理部门提供具有现时性的土地详查资料，并为土地登记提供依据。地籍测量不同与普通的地形测量，地籍测量应随着宗地的土地登记的变更而不断地更新，时时保证地籍资料的现势性。地籍测量是测绘技术与法律的综合应用，地籍测量是一项基础性的具有政府行为的测绘工作，是政府行使土地行政管理职能的具有法律意义的行政性技术行为；地籍测量为土地管理提供了精确、可靠的地理参考系统；地籍测量是在地籍调查的基础上进行的；地籍测量具有勘验取证的法律特征；地籍测量的技术标准必须符合土地法律的要求；地籍测量工作有非常强的现势性。 （2）、地籍控制测量中的应用

在建设基于北斗卫星导航定位系统的地籍控制测量网时，依据国家土地管理局颁布的《城镇地籍调查规程》要求：可把地籍平面控制网分为二、三、四等三角网、三边网和边角网,一、二级小三角网(锁),一、二级导线网,并且根据城镇规模各等级地籍平面控制网点均可作首级控制。由于在利用北斗卫星导航定位系统进行地籍控制时,没有常规三角网(锁)布设时要求近似等边及精度估算偏低时应加测对角线或增设起始边等繁琐的要求,只要所配备的仪器精度与等级控制精度匹配,控制点位的选取符合点位选取要求,即可实现四等网中最弱相邻点的相对点位中误差率≤5cm，同时四等以下网最弱点(相对于起算点)的点位中误差≤5cm。从而所布设的基于北斗卫星导航定位系统的地籍控制测量网精度就完全能满足地籍规程要求。 （3）、大地利用动态监测中的应用

常规野外监测一般采用简易补测法或平板仪补测法。其中，简易补测法是利用变更地物与周围明显地物之间的相对位置关系,使用皮尺、钢尺等简易测量工具，运用比较法、截距法、延长线截距法等几何方法进行实地测量。简易补测法仅仅适用于变更范围小，变更地物周围存在明显地物点的情况。但如果变更范围较大,且已知明显地物点较少,则通常采用平板仪补测法。平板仪补测法由于速度慢、效率低,而且在实施过程中易受主观因素干扰,致使精度低,严重影响监测质量。虽然近年来遥感技术在土地利用现状监测中得到广泛应用,对宏观变化有很强的适用性,但因成像、地形环境影响,还不足以及时、全面、准确反映土地动态变化,尤其在微观监测中仍然以传统技术方法为主。

由于北斗卫星导航定位系统单向传递时间为100ns，双向传递时间为20ns；平面位置精度通常为100m(1)，設标校站之后为20m，高程控制精度为10m，可以满足土地利用状况调查及动态监测的精度要求。将北斗卫星导航定位系统应用在土地监测中，会使监测速度和精度大大提高,克服传统监测方法的种种弊端，适应各种复杂的变更情况,真正地实现了动态监测的实时性、数值化,确保土地利用现状调查的时效性。 2、北斗卫星导航定位系统在工程测量中的应用 （1）工程测量重要性分析

测量学是人类进化史所积累出来的一门学科，人类在自然界中为了生存和发展所探索出来的一项本领。各项工程的开展都离不开测量技术，这与工程大小和类型无关，工程测量在工程项目里扮演了一个非常重要的角色。工程测量贯通整个工程过程，施工前需要对施工地址进行勘测，将地貌信息、水文信息等数据做好，为设计提供比例地图和地形资料；施工阶段则是将测量好的设计转变为实物的依据，从开始到结束工程测量都与工程建设息息相关。工程的建设是需要经过前期规划、中期建设、后期检查这些部分的，前期规划包括对建筑物进行定位，对其地形地貌和周边环境进行勘测，以保证施工设备可以进入施工场地。施工完成后对工程的各项指标进行评估，以保证工艺的达标。在建筑物运营阶段，工程测量也同样起着作用，通过对建筑物的运行状况进行测量，如有异常现象则进行补救措施，避免事故出现。