測繪工程中北斗衛星導航系統的優化運用論文
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摘要：
作為我國自主研發、獨立設計的高新技術成果，北斗衛星導航系統(BDS)廣泛應用于國防、水利、測繪等領域，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。
關鍵詞：
北斗衛星導航系統；測繪；應用；
引言：
長期以來，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。在高新技術持續發展的推動作用下，我國自主研發、獨立設計出的北斗衛星導航系統應運而生，在導航領域發揮出重要作用，成為我國國防軍事方面的核心技術力量，同時也被廣泛運用于測繪等領域，使得地理測繪方法也隨之發生改變，有利于實現國內基礎地理信息資源利用率的進一步提升。因此，本文立足于北斗衛星導航系統的功能、優勢進行分析，對北斗衛星導航系統在測繪領域的具體應用情況展開研究，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際價值，全面發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個導航系統之一，和GPS(美國)、GALILEO(歐盟)共同被聯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、地面和用戶三段組成。空間段包含35顆軌道衛星，其中有5顆屬于靜止軌道衛星。地面段包含若干個分別承擔主控、注入和監測等功能的站點。用戶段則由多種衛星導航系統兼容的終端共同組成，不僅包含北斗用戶終端，而且還兼容GPS、GLONASS、GALILEO等用戶終端。
三球交會測星原理是北斗衛星導航系統定位的核心內容，是定位功能開展的重要理論支柱。即北斗衛星導航系統定位是以兩個衛星和地心共同確定的，其中先確定兩個衛星球心至用戶的距離，并分別以兩個距離為半徑確定兩個球面，繼而確定地心至用戶的距離，并以距離為半徑確定球面，最終通過3個球面的交會點確定用戶的位置所在[1,2]。
1.2、系統特點
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勢，主要表現在以下方面:
1)具有通信功能，能夠將短信服務和導航結合起來，為用戶提供全天候、快速、精準、免費的定位服務。
2)兼容性強。BDS不限制無源定位導航和授時等服務的用戶數量及用戶來源，GPS用戶亦能夠使用。這就為集團用戶的大規模管理和全面監控提供了可能，同時也有利于打破地區數據采集對用戶數據傳輸的限制，能夠提供較為穩定的服務。
3)定位處理方式和用戶機設計別具匠心，能夠在中心節點定位與智慧型用戶機的共同作用下解決用戶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并使用的系統，具有極強的保密性，能夠為國防等關鍵部門提供安全、可靠、穩定的服務。
北斗衛星導航系統通過開放和授權兩種服務模式為全球用戶提供高質、高效的服務。其中，開放服務屬于免費服務，能夠為全球用戶提供精度在10m以內的定位服務、精度在0.2m/s以內的測速服務和10ns的授時服務。授權服務屬于高精度服務，能夠為用戶提供高質量的定位、測速、授時、通信服務，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、時間、地點的問題，精準度不亞于GPS、GLONASS、GALILEO等[3,4]。
1.3、系統進展
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，并根據我國具體實際提出了項目建設的三步走規劃，具體情況見表1。
表1北斗衛星導航系統三步走發展規劃
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射，為區域性導航功能的實現奠定了基礎。最終，在2003年的備份衛星發射完成后，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，我國已成功發射4顆試驗衛星和40顆北斗導航衛星，成功實現了亞太大部分地區的覆蓋，并開啟為用戶提供導航定位服務的進程[5]。
2、北斗衛星導航系統在測繪中應用的優化建議
2.1、在空間基準建設中應用的優化建議
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，能夠結合測繪行業的現行標準對北斗衛星導航系統的功能進行優化擴充，對系統沖突參數進行修改和改善，從而保證BDS在地理信息基準建設中發揮出更有效的價值。鑒于此，要保證北斗衛星導航系統應用范圍的不斷擴大，繼而實現在國際用戶層面的推廣，就必須以建立健全測繪地理信息基準建設類標準，從術語、時空坐標、CORS(連續運行參考站網)等方面對標準進行定義和規范，優化整體結構[6,7]。
新制定的北斗衛星導航系統測量術語包括一些通用性概念及其使用范圍的規定等。時空坐標參照系的修改則需要將BDS的時空坐標與GPS系統進行對比分析，繼而實現不同坐標之間的轉換與數據處理，保證各項過程的流程性。新制定的CORS建設規范則規定了BDS的通信功能實施范圍、領域和級別，有利于實現全國范圍內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化建議
在對既有測繪數據進行處理時，必須根據測繪標準及北斗衛星導航系統測繪規范進行優化和調整，立足于全新的、有針對性的標準系統進行數據的獲取。由于測量結果在較大程度上會受到測量方式等級的影響，因此，在處理已得數據的過程中，應該注重以差分方式為指導，對不同的技術要求指標進行分類研究，全面分析了解應急測繪數據的科學性和準確性，從而提升數據質量，為高質高效信息測繪模式的建立奠定基礎。在測繪生產過程中，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的數據標準等與GPS相關數據的差異，并以此為基礎設計符合BDS技術指標及參數的數據采集、加工和處理的標準。從數據采集終端來看，需要保證與BDS技術指標及參數的一致性，以BDS技術特點為基礎進行數據終端標準的制定。從數據服務來看，隨著測繪行業的發展，信息服務測繪已經成為測繪行業現代化趨勢中的重要體現，測繪數據的應用范圍逐漸擴大，這就需要在應用過程中以BDS為基礎進行檢測手段和方法的探索和確定，保證檢測數據及服務能夠有效地滿足地理國情檢測的需要，并為其他領域數據及服務標準的設立留足相應的技術空間。
2.3、在導航定位及應急處理中應用的優化建議
在當前信息網絡時代背景下，物聯網、智慧地球等成為全社會爭相關注的焦點，時空信息的重要性逐漸凸顯出來，位置信息服務成為當今社會發展的必然趨勢。在測繪地理信息技術中，導航定位功能及位置信息服務是其核心熱點技術，是測繪行業發展的重點方向。而BDS所具有的雙向通信功能能夠為測繪行業發展賦予更多的活力，推動行業改革進程。為了進一步滿足當前社會需要，保證導航定位及位置服務功能的實效性，打破時空對智能服務的限制，就必須綜合考量BDS技術要點及社會發展需求、應用領域及信息精準度要求、點對點位置信息服務技術要求、實施路徑導航技術特征、全息位置信息的疊加原理、定位信息統一編碼等技術特點，滿足用戶泛在精準定位、全息位置地圖及智能信息服務需求。具體應用標準如下:首先，在獲取信息的過程中，BDS及時有效的對數據精度及位置關系進行分析，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性和準確性。其次，在向使用者提供相關信息數據時，通過BDS可以減少因描述等因素造成的技術模糊，從而縮減信息誤差，減少信息誤判發生機率。最后，BDS在應急處理中也能夠發揮出相應的作用和價值，能夠充分考慮應急環節的各種情況，并在此基礎上對標準進行重新制定，從而確保為測繪地理信息應急處理提供服務的安全性和可靠性。
2.4、在地籍測量及測繪成果中應用的優化建議
在以BDS為基礎建立地籍測控網絡的過程中，可以按照國土局的相關要求，將地籍測繪使用網絡劃分成三角、三邊、邊角網等。一二級邊角網和一二級導線網通常可以被用于完成對不同級別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BDS進行地籍測量，可以減少常規三角測繪要求，無需采用近似等邊三角、添加起始邊、增加對角線等方式進行測繪，僅需要保證控制點選取的科學性和合理性，達到準確度與分級控制精度匹配的目的，從而實現四級網絡中最弱相鄰點、四級網絡以下最弱網絡點與起始點之間的相對誤差保持在5cm范圍以內。由此可見，在地籍測量中應用BDS能夠實現對網絡精度的有效控制，更好地適應地籍測繪規范要求。
以BDS為基礎對測繪成果進行管理時，可以從項目管理的角度實現對相關操作人員等行為的規范，在科學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，能夠對測繪成果進行及時、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行奠定基礎，以實現測繪流程的完整性和系統性，促進測繪工作整體效率的提升。
3、結束語
總而言之，作為我國自主研發的全球定位導航系統，BDS能夠為用戶提供穩定、高效、全面的服務，其在測繪行業中的應用也日趨廣泛，在一定程度上推動了測繪行業的變革。本文立足于現代測繪相關要求及測繪標準，對北斗衛星導航系統進行介紹，并在此基礎上總結BDS在測繪中的具體應用，從而推動我國測繪服務標準化進程。
參考文獻
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