中国北斗卫星导航系统在大地测绘中的应用

摘要：随着社会的不断发展，全球卫星导航系统（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，拥有自己的卫星导航系统，已成为一个国家综合实力的重要标志。本文通过对中国北斗卫星导航系统的介绍，阐述了其在土地测绘中的应用。

关键词：北斗卫星导航系统；地籍测量；工程测绘

北斗卫星导航定位系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国GPS、俄罗斯GLONASS之后，第三个成熟全球卫星导航系统。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，促进卫星导航产业链的形成，推动卫星导航在交通测绘、运输、海洋、灾害预报及其他特殊行业的定位导航服务。作为获取测绘数据的重要信息源，测绘是信息化建设的重要基础。在我国测绘事业与科技发展中，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。本文将首先介绍北斗卫星导航系统的概念、组成和主要技术特征，接着阐述北斗卫星导航系统在土地测绘中的应用，最后分析总结北斗卫星导航系统的发展前景。

一、北斗卫星导航系统概述

北斗卫星导航系统由我国自主研发，具有独立的知识产权，遵循开放性、自主性、兼容性和渐进性的建设原则，旨在建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的卫星导航系统，以促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段3部分组成，共有基本型、通信性、授时性、指挥型和多模式几种用户机类型，以适应不同的应用环境和功能。

（1）北斗卫星导航系统的原理。北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。不同于GPS的被动式伪码单向测距三维导航，北斗卫星导航系统定位由用户设备独立解算自己三维定位数据。地面中心站可以保留全部北斗用户的位置及时间信息，因此可以负责整个系统的监控管理。即北斗卫星导航系统采用的是有源定位，这是与GPS和GLONASS等无源定位有本质上的不同。

（2）北斗卫星导航系统的发展历程。按照“质量、安全、应用、效益”的总要求，坚持“自主、开放、兼容、渐进”的发展原则，北斗卫星导航系统的建设遵照“三步走”的发展战略。第一步，2000年建成了北斗卫星定位试验系统，使中国成为世界上继美、俄之后第三个拥有自主卫星定位系统的国家。第二步，建设北斗卫星导航系统，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。第三步，2020年左右，北斗卫星GPS定位系统形成全球覆盖能力。从2000年开始至2016年，我国已发射二十三颗北斗导航定位卫星，包括北斗一号卫星四颗，北斗二号卫星二十三颗。其中，北斗-1A、北斗-1B已停止工作，北斗-1D和北斗-G2失效，其他二十三颗卫星运行正常。

（3）北斗卫星导航系统的特点。发展至今，北斗卫星导航系统主要具有短报文通信、精密授时、高定位精度和同时容纳大量用户四大功能。相比于其他卫星导航定位系统，北斗卫星导航系统拥有以下优势：定位精度和授时精度高；特有报文通信功能，一次可传送多达120个汉字的信息；系统的导航定位用户容量不再受到限制；覆盖中国及中边国家和地区；具备独立的组网能力，不需要任何其他系统支持；具备与GPS、GALILEO广泛的互操作性，实现多种原理的综合定位，稳定性较高；可实现分类保障，即可划分使用等级范围，授权用户与公开用户分开，公开用户也可随时进行定位保障等级的调整、优先权调配和能力集成；国产品牌，安全、可靠、稳定、保密性强，具备一定的抗干扰和抗摧毁能力，适合关键部门应用。

（4）北斗卫星导航系统的意义。北斗卫星导航系统及相应地面跟踪站的建设，对全球用户的贡献是显著的。由于卫星星座的不同，改善了DOP值；信号频谱的不同，削弱了多路径效应的影响，并有利于抵制信号干扰带来的影响；北斗自身的多频体制，削弱了电离层和对流层误差，从而弱化了基准站距离的限制，固定载波相位模糊度，缩短了首次定位时间[14]。此外，北斗卫星导航系统也带来巨大的经济效益和社会效益。北斗卫星导航系统在民用市场的应用不仅增加了国家税收，而且能接纳几千人甚至上万人的就业；北斗卫星导航系统的逐步完善提高了应用部门行业的工作效率，在社会多个领域的广泛应用，提高了人们的生活水平；北斗卫星导航系统是由我国自主研制，减少了对国外导航系统的依赖，提高了我国卫星导航定位的应用水平，推动国民经济信息化的进程，带动相关产业的结构调整、升级有着极为重要的意义。

二、北斗卫星导航系统在大地测绘中的应用

（1）地籍控制测量中的应用。近年来北斗卫星导航系统快速崛起，为测绘工作带来了根本性变革，同时也为地籍测量——尤其地籍控制测量——产生了深远影响。由于北斗卫星导航系统具有全天候、速度快、精度高等诸多优点，在运用北斗卫星导航系统进行地籍控制测量时不需要通视，有效避免了常规地籍控制工作中点位选取不利等诸多弊端。

在建设基于北斗卫星导航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系统的地籍控制测量网精度就完全能满足地籍规程要求。

（2）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），设标校站之后为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，确保大地利用现状调查的时效性。

作为我国自主研发、拥有完全知识产权的，新一代、全天候卫星导航系统，中国北斗卫星导航全球定位系统。那么，随着该系统不断地发展与完善，特别是与GPS、GIS、RS等技术相结合，将在国土资源测绘管理领域以及数字中国的建设中发挥重大作用。

参考文献

[1]侯柯屹，梁福全，张军.浅谈北斗卫星导航系统及在测绘中的应用.2010.

[2]廖志平，丁松年.GPS在土地测绘中的应用及前景.西部探矿工程.2003.

（作者單位：陕西康建建设工程有限责任公司）