測繪工程中北斗衛星導航系統的優(yōu)化運用論文
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摘要：
作為我國自主研發(fā)、獨立設計的高新技術(shù)成果，北斗衛星導航系統(BDS)廣泛應用于國防、水利、測繪等領(lǐng)域，打破了GPS對我國定位系統的壟斷。將北斗衛星導航系統應用于地理測繪之中，不僅能夠推動(dòng)我國測繪方法的革新，而且能夠提升國內地理信息資源的整體利用率和成果轉化率。
關(guān)鍵詞：
北斗衛星導航系統；測繪；應用；
引言：
長(cháng)期以來(lái)，我國致力于尋求打破GPS在定位系統中的壟斷地位的方式方法。在高新技術(shù)持續發(fā)展的推動(dòng)作用下，我國自主研發(fā)、獨立設計出的北斗衛星導航系統應運而生，在導航領(lǐng)域發(fā)揮出重要作用，成為我國國防軍事方面的核心技術(shù)力量，同時(shí)也被廣泛運用于測繪等領(lǐng)域，使得地理測繪方法也隨之發(fā)生改變，有利于實(shí)現國內基礎地理信息資源利用率的進(jìn)一步提升。因此，本文立足于北斗衛星導航系統的功能、優(yōu)勢進(jìn)行分析，對北斗衛星導航系統在測繪領(lǐng)域的具體應用情況展開(kāi)研究，探索其在地理信息基準建設、處理已得測繪數據、導航定位及應急處理、地籍測量及測繪成果等方面的實(shí)際價(jià)值，全面發(fā)揮北斗衛星導航系統在測繪中的作用。
1、北斗衛星導航系統概述
1.1、系統介紹
北斗衛星導航系統(BDS)是我國自行研制并投入使用的全球衛星導航系統，是全球應用成熟的3個(gè)導航系統之一，和GPS(美國)、GALILEO(歐盟)共同被聯(lián)合國衛星導航委員認定為供應商。從結構上看，北斗衛星導航系統是由空間、地面和用戶(hù)三段組成�？臻g段包含35顆軌道衛星，其中有5顆屬于靜止軌道衛星。地面段包含若干個(gè)分別承擔主控、注入和監測等功能的站點(diǎn)。用戶(hù)段則由多種衛星導航系統兼容的終端共同組成，不僅包含北斗用戶(hù)終端，而且還兼容GPS、GLONASS、GALILEO等用戶(hù)終端。
三球交會(huì )測星原理是北斗衛星導航系統定位的核心內容，是定位功能開(kāi)展的重要理論支柱。即北斗衛星導航系統定位是以?xún)蓚�(gè)衛星和地心共同確定的，其中先確定兩個(gè)衛星球心至用戶(hù)的距離，并分別以?xún)蓚�(gè)距離為半徑確定兩個(gè)球面，繼而確定地心至用戶(hù)的距離，并以距離為半徑確定球面，最終通過(guò)3個(gè)球面的交會(huì )點(diǎn)確定用戶(hù)的位置所在[1,2]。
1.2、系統特點(diǎn)
相較于其他全球衛星導航系統而言，北斗衛星導航系統具有較多的優(yōu)勢，主要表現在以下方面:
1)具有通信功能，能夠將短信服務(wù)和導航結合起來(lái)，為用戶(hù)提供全天候、快速、精準、免費的定位服務(wù)。
2)兼容性強。BDS不限制無(wú)源定位導航和授時(shí)等服務(wù)的用戶(hù)數量及用戶(hù)來(lái)源，GPS用戶(hù)亦能夠使用。這就為集團用戶(hù)的大規模管理和全面監控提供了可能，同時(shí)也有利于打破地區數據采集對用戶(hù)數據傳輸的限制，能夠提供較為穩定的服務(wù)。
3)定位處理方式和用戶(hù)機設計別具匠心，能夠在中心節點(diǎn)定位與智慧型用戶(hù)機的共同作用下解決用戶(hù)自身位置與對方位置信息的交互。
4)北斗導航系統屬于我國自主研發(fā)并使用的系統，具有極強的保密性，能夠為國防等關(guān)鍵部門(mén)提供安全、可靠、穩定的服務(wù)。
北斗衛星導航系統通過(guò)開(kāi)放和授權兩種服務(wù)模式為全球用戶(hù)提供高質(zhì)、高效的服務(wù)。其中，開(kāi)放服務(wù)屬于免費服務(wù)，能夠為全球用戶(hù)提供精度在10m以?xún)鹊亩ㄎ环⻊?wù)、精度在0.2m/s以?xún)鹊臏y速服務(wù)和10ns的授時(shí)服務(wù)。授權服務(wù)屬于高精度服務(wù)，能夠為用戶(hù)提供高質(zhì)量的定位、測速、授時(shí)、通信服務(wù)，并且能夠保證信息傳遞的完整性。北斗衛星導航系統能夠有效地解決人物、時(shí)間、地點(diǎn)的問(wèn)題，精準度不亞于GPS、GLONASS、GALILEO等[3,4]。
1.3、系統進(jìn)展
在20世紀80年代初期，我國就提出了“北斗一號”項目，將北斗衛星導航試驗系統列為我國“九五”計劃之中，并根據我國具體實(shí)際提出了項目建設的三步走規劃，具體情況見(jiàn)表1。
表1北斗衛星導航系統三步走發(fā)展規劃
1994年，我國正式邁入“北斗一號”的研制之中，并在21世紀初完成了靜止軌道衛星的發(fā)射，為區域性導航功能的實(shí)現奠定了基礎。最終，在2003年的備份衛星發(fā)射完成后，成功完成了北斗一號項目的組建，北斗衛星導航試驗系統正式確立。
截至2018年10月15日，我國已成功發(fā)射4顆試驗衛星和40顆北斗導航衛星，成功實(shí)現了亞太大部分地區的覆蓋，并開(kāi)啟為用戶(hù)提供導航定位服務(wù)的進(jìn)程[5]。
2、北斗衛星導航系統在測繪中應用的優(yōu)化建議
2.1、在空間基準建設中應用的優(yōu)化建議
北斗衛星導航系統在空間基準建設中的應用主要體現在標準化設計之上，能夠結合測繪行業(yè)的現行標準對北斗衛星導航系統的功能進(jìn)行優(yōu)化擴充，對系統沖突參數進(jìn)行修改和改善，從而保證BDS在地理信息基準建設中發(fā)揮出更有效的價(jià)值。鑒于此，要保證北斗衛星導航系統應用范圍的不斷擴大，繼而實(shí)現在國際用戶(hù)層面的推廣，就必須以建立健全測繪地理信息基準建設類(lèi)標準，從術(shù)語(yǔ)、時(shí)空坐標、CORS(連續運行參考站網(wǎng))等方面對標準進(jìn)行定義和規范，優(yōu)化整體結構[6,7]。
新制定的北斗衛星導航系統測量術(shù)語(yǔ)包括一些通用性概念及其使用范圍的規定等。時(shí)空坐標參照系的修改則需要將BDS的時(shí)空坐標與GPS系統進(jìn)行對比分析，繼而實(shí)現不同坐標之間的轉換與數據處理，保證各項過(guò)程的流程性。新制定的CORS建設規范則規定了BDS的通信功能實(shí)施范圍、領(lǐng)域和級別，有利于實(shí)現全國范圍內CORS建設的規范和標準，繼而為BDS的國際化CORS建設奠定基礎。
2.2、在處理已得測繪數據中應用的優(yōu)化建議
在對既有測繪數據進(jìn)行處理時(shí)，必須根據測繪標準及北斗衛星導航系統測繪規范進(jìn)行優(yōu)化和調整，立足于全新的、有針對性的標準系統進(jìn)行數據的獲取。由于測量結果在較大程度上會(huì )受到測量方式等級的影響，因此，在處理已得數據的過(guò)程中，應該注重以差分方式為指導，對不同的技術(shù)要求指標進(jìn)行分類(lèi)研究，全面分析了解應急測繪數據的科學(xué)性和準確性，從而提升數據質(zhì)量，為高質(zhì)高效信息測繪模式的建立奠定基礎。在測繪生產(chǎn)過(guò)程中，應該充分考慮通用數據采集、終端設備及面向地理國情監測服務(wù)的數據標準等與GPS相關(guān)數據的差異，并以此為基礎設計符合BDS技術(shù)指標及參數的數據采集、加工和處理的標準。從數據采集終端來(lái)看，需要保證與BDS技術(shù)指標及參數的一致性，以BDS技術(shù)特點(diǎn)為基礎進(jìn)行數據終端標準的制定。從數據服務(wù)來(lái)看，隨著(zhù)測繪行業(yè)的發(fā)展，信息服務(wù)測繪已經(jīng)成為測繪行業(yè)現代化趨勢中的重要體現，測繪數據的應用范圍逐漸擴大，這就需要在應用過(guò)程中以BDS為基礎進(jìn)行檢測手段和方法的探索和確定，保證檢測數據及服務(wù)能夠有效地滿(mǎn)足地理國情檢測的需要，并為其他領(lǐng)域數據及服務(wù)標準的設立留足相應的技術(shù)空間。
2.3、在導航定位及應急處理中應用的優(yōu)化建議
在當前信息網(wǎng)絡(luò )時(shí)代背景下，物聯(lián)網(wǎng)、智慧地球等成為全社會(huì )爭相關(guān)注的焦點(diǎn)，時(shí)空信息的重要性逐漸凸顯出來(lái)，位置信息服務(wù)成為當今社會(huì )發(fā)展的必然趨勢。在測繪地理信息技術(shù)中，導航定位功能及位置信息服務(wù)是其核心熱點(diǎn)技術(shù)，是測繪行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)方向。而B(niǎo)DS所具有的雙向通信功能能夠為測繪行業(yè)發(fā)展賦予更多的活力，推動(dòng)行業(yè)改革進(jìn)程。為了進(jìn)一步滿(mǎn)足當前社會(huì )需要，保證導航定位及位置服務(wù)功能的實(shí)效性，打破時(shí)空對智能服務(wù)的限制，就必須綜合考量BDS技術(shù)要點(diǎn)及社會(huì )發(fā)展需求、應用領(lǐng)域及信息精準度要求、點(diǎn)對點(diǎn)位置信息服務(wù)技術(shù)要求、實(shí)施路徑導航技術(shù)特征、全息位置信息的疊加原理、定位信息統一編碼等技術(shù)特點(diǎn)，滿(mǎn)足用戶(hù)泛在精準定位、全息位置地圖及智能信息服務(wù)需求。具體應用標準如下:首先，在獲取信息的過(guò)程中，BDS及時(shí)有效的對數據精度及位置關(guān)系進(jìn)行分析，建立相對完善的統一編碼系統，從而保證測繪地理信息數據的科學(xué)性和準確性。其次，在向使用者提供相關(guān)信息數據時(shí)，通過(guò)BDS可以減少因描述等因素造成的技術(shù)模糊，從而縮減信息誤差，減少信息誤判發(fā)生機率。最后，BDS在應急處理中也能夠發(fā)揮出相應的作用和價(jià)值，能夠充分考慮應急環(huán)節的各種情況，并在此基礎上對標準進(jìn)行重新制定，從而確保為測繪地理信息應急處理提供服務(wù)的安全性和可靠性。
2.4、在地籍測量及測繪成果中應用的優(yōu)化建議
在以BDS為基礎建立地籍測控網(wǎng)絡(luò )的過(guò)程中，可以按照國土局的相關(guān)要求，將地籍測繪使用網(wǎng)絡(luò )劃分成三角、三邊、邊角網(wǎng)等。一二級邊角網(wǎng)和一二級導線(xiàn)網(wǎng)通�？梢员挥糜谕瓿蓪Σ煌墑e地籍平面控制出口的控制以及對不同規模地區的監測。通過(guò)BDS進(jìn)行地籍測量，可以減少常規三角測繪要求，無(wú)需采用近似等邊三角、添加起始邊、增加對角線(xiàn)等方式進(jìn)行測繪，僅需要保證控制點(diǎn)選取的科學(xué)性和合理性，達到準確度與分級控制精度匹配的目的，從而實(shí)現四級網(wǎng)絡(luò )中最弱相鄰點(diǎn)、四級網(wǎng)絡(luò )以下最弱網(wǎng)絡(luò )點(diǎn)與起始點(diǎn)之間的相對誤差保持在5cm范圍以?xún)�。由此可�?jiàn)，在地籍測量中應用BDS能夠實(shí)現對網(wǎng)絡(luò )精度的有效控制，更好地適應地籍測繪規范要求。
以BDS為基礎對測繪成果進(jìn)行管理時(shí)，可以從項目管理的角度實(shí)現對相關(guān)操作人員等行為的規范，在科學(xué)管理的基礎上保證測繪成果的安全、合理、可靠、準確。不僅如此，BDS具備歸檔處理功能，能夠對測繪成果進(jìn)行及時(shí)、高效的歸檔處理，保證測繪結果留存的完整性，為后期測繪工作的進(jìn)行奠定基礎，以實(shí)現測繪流程的完整性和系統性，促進(jìn)測繪工作整體效率的提升。
3、結束語(yǔ)
總而言之，作為我國自主研發(fā)的全球定位導航系統，BDS能夠為用戶(hù)提供穩定、高效、全面的服務(wù)，其在測繪行業(yè)中的應用也日趨廣泛，在一定程度上推動(dòng)了測繪行業(yè)的變革。本文立足于現代測繪相關(guān)要求及測繪標準，對北斗衛星導航系統進(jìn)行介紹，并在此基礎上總結BDS在測繪中的具體應用，從而推動(dòng)我國測繪服務(wù)標準化進(jìn)程。
參考文獻
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