測繪工程中北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)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(shè)計的高新技術(shù)成果，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)廣泛應(yīng)用于國防、水利、測繪等領(lǐng)域，打破了GPS對我國定位系統(tǒng)的壟斷。將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)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(nèi)地理信息資源的整體利用率和成果轉(zhuǎn)化率。
關(guān)鍵詞：
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；測繪；應(yīng)用；
引言：
長期以來，我國致力于尋求打破GPS在定位系統(tǒng)中的壟斷地位的方式方法。在高新技術(shù)持續(xù)發(fā)展的推動作用下，我國自主研發(fā)、獨立設(shè)計出的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)運而生，在導(dǎo)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，有利于實現(xiàn)國內(nèi)基礎(chǔ)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的功能、優(yōu)勢進行分析，對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在測繪領(lǐng)域的具體應(yīng)用情況展開研究，探索其在地理信息基準建設(shè)、處理已得測繪數(shù)據(jù)、導(dǎo)航定位及應(yīng)急處理、地籍測量及測繪成果等方面的實際價值，全面發(fā)揮北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在測繪中的作用。
1、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述
1.1、系統(tǒng)介紹
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)是我國自行研制并投入使用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是全球應(yīng)用成熟的3個導(dǎo)航系統(tǒng)之一，和GPS(美國)、GALILEO(歐盟)共同被聯(lián)合國衛(wèi)星導(dǎo)航委員認定為供應(yīng)商。從結(jié)構(gòu)上看，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是由空間、地面和用戶三段組成�？臻g段包含35顆軌道衛(wèi)星，其中有5顆屬于靜止軌道衛(wèi)星。地面段包含若干個分別承擔(dān)主控、注入和監(jiān)測等功能的站點。用戶段則由多種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位的核心內(nèi)容，是定位功能開展的重要理論支柱。即北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位是以兩個衛(wèi)星和地心共同確定的，其中先確定兩個衛(wèi)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(tǒng)特點
相較于其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而言，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有較多的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下方面:
1)具有通信功能，能夠?qū)⒍绦欧⻊?wù)和導(dǎo)航結(jié)合起來，為用戶提供全天候、快速、精準、免費的定位服務(wù)。
2)兼容性強。BDS不限制無源定位導(dǎo)航和授時等服務(wù)的用戶數(shù)量及用戶來源，GPS用戶亦能夠使用。這就為集團用戶的大規(guī)模管理和全面監(jiān)控提供了可能，同時也有利于打破地區(qū)數(shù)據(jù)采集對用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗�，能夠提供較為穩(wěn)定的服務(wù)。
3)定位處理方式和用戶機設(shè)計別具匠心，能夠在中心節(jié)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(dǎo)航系統(tǒng)屬于我國自主研發(fā)并使用的系統(tǒng)，具有極強的保密性，能夠為國防等關(guān)鍵部門提供安全、可靠、穩(wěn)定的服務(wù)。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)通過開放和授權(quán)兩種服務(wù)模式為全球用戶提供高質(zhì)、高效的服務(wù)。其中，開放服務(wù)屬于免費服務(wù)，能夠為全球用戶提供精度在10m以內(nèi)的定位服務(wù)、精度在0.2m/s以內(nèi)的測速服務(wù)和10ns的授時服務(wù)。授權(quán)服務(wù)屬于高精度服務(wù)，能夠為用戶提供高質(zhì)量的定位、測速、授時、通信服務(wù)，并且能夠保證信息傳遞的完整性。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)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(tǒng)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(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)列為我國“九五”計劃之中，并根據(jù)我國具體實際提出了項目建設(shè)的三步走規(guī)劃，具體情況見表1。
表1北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)三步走發(fā)展規(guī)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(wèi)星的發(fā)射，為區(qū)域性導(dǎo)航功能的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。最終，在2003年的備份衛(wèi)星發(fā)射完成后，成功完成了北斗一號項目的組建，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)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(wèi)星和40顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，成功實現(xiàn)了亞太大部分地區(qū)的覆蓋，并開啟為用戶提供導(dǎo)航定位服務(wù)的進程[5]。
2、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在測繪中應(yīng)用的優(yōu)化建議
2.1、在空間基準建設(shè)中應(yīng)用的優(yōu)化建議
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在空間基準建設(shè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在標準化設(shè)計之上，能夠結(jié)合測繪行業(yè)的現(xiàn)行標準對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的功能進行優(yōu)化擴充，對系統(tǒng)沖突參數(shù)進行修改和改善，從而保證BDS在地理信息基準建設(shè)中發(fā)揮出更有效的價值。鑒于此，要保證北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴大，繼而實現(xiàn)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(shè)類標準，從術(shù)語、時空坐標、CORS(連續(xù)運行參考站網(wǎng))等方面對標準進行定義和規(guī)范，優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)[6,7]。
新制定的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)測量術(shù)語包括一些通用性概念及其使用范圍的規(guī)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(tǒng)進行對比分析，繼而實現(xiàn)不同坐標之間的轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理，保證各項過程的流程性。新制定的CORS建設(shè)規(guī)范則規(guī)定了BDS的通信功能實施范圍、領(lǐng)域和級別，有利于實現(xiàn)全國范圍內(nèi)CORS建設(shè)的規(guī)范和標準，繼而為BDS的國際化CORS建設(shè)奠定基礎(chǔ)。
2.2、在處理已得測繪數(shù)據(jù)中應(yīng)用的優(yōu)化建議
在對既有測繪數(shù)據(jù)進行處理時，必須根據(jù)測繪標準及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)測繪規(guī)范進行優(yōu)化和調(diào)整，立足于全新的、有針對性的標準系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的獲取。由于測量結(jié)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(shù)據(jù)的過程中，應(yīng)該注重以差分方式為指導(dǎo)，對不同的技術(shù)要求指標進行分類研究，全面分析了解應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)的科學(xué)性和準確性，從而提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，為高質(zhì)高效信息測繪模式的建立奠定基礎(chǔ)。在測繪生產(chǎn)過程中，應(yīng)該充分考慮通用數(shù)據(jù)采集、終端設(shè)備及面向地理國情監(jiān)測服務(wù)的數(shù)據(jù)標準等與GPS相關(guān)數(shù)據(jù)的差異，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計符合BDS技術(shù)指標及參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、加工和處理的標準。從數(shù)據(jù)采集終端來看，需要保證與BDS技術(shù)指標及參數(shù)的一致性，以BDS技術(shù)特點為基礎(chǔ)進行數(shù)據(jù)終端標準的制定。從數(shù)據(jù)服務(wù)來看，隨著測繪行業(yè)的發(fā)展，信息服務(wù)測繪已經(jīng)成為測繪行業(yè)現(xiàn)代化趨勢中的重要體現(xiàn)，測繪數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍逐漸擴大，這就需要在應(yīng)用過程中以BDS為基礎(chǔ)進行檢測手段和方法的探索和確定，保證檢測數(shù)據(jù)及服務(wù)能夠有效地滿足地理國情檢測的需要，并為其他領(lǐng)域數(shù)據(jù)及服務(wù)標準的設(shè)立留足相應(yīng)的技術(shù)空間。
2.3、在導(dǎo)航定位及應(yīng)急處理中應(yīng)用的優(yōu)化建議
在當前信息網(wǎng)絡(luò)時代背景下，物聯(lián)網(wǎng)、智慧地球等成為全社會爭相關(guān)注的焦點，時空信息的重要性逐漸凸顯出來，位置信息服務(wù)成為當今社會發(fā)展的必然趨勢。在測繪地理信息技術(shù)中，導(dǎo)航定位功能及位置信息服務(wù)是其核心熱點技術(shù)，是測繪行業(yè)發(fā)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(yè)發(fā)展賦予更多的活力，推動行業(yè)改革進程。為了進一步滿足當前社會需要，保證導(dǎo)航定位及位置服務(wù)功能的實效性，打破時空對智能服務(wù)的限制，就必須綜合考量BDS技術(shù)要點及社會發(fā)展需求、應(yīng)用領(lǐng)域及信息精準度要求、點對點位置信息服務(wù)技術(shù)要求、實施路徑導(dǎo)航技術(shù)特征、全息位置信息的疊加原理、定位信息統(tǒng)一編碼等技術(shù)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(wù)需求。具體應(yīng)用標準如下:首先，在獲取信息的過程中，BDS及時有效的對數(shù)據(jù)精度及位置關(guān)系進行分析，建立相對完善的統(tǒng)一編碼系統(tǒng)，從而保證測繪地理信息數(shù)據(jù)的科學(xué)性和準確性。其次，在向使用者提供相關(guān)信息數(shù)據(jù)時，通過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(yīng)急處理中也能夠發(fā)揮出相應(yīng)的作用和價值，能夠充分考慮應(yīng)急環(huán)節(jié)的各種情況，并在此基礎(chǔ)上對標準進行重新制定，從而確保為測繪地理信息應(yīng)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(yīng)用的優(yōu)化建議
在以BDS為基礎(chǔ)建立地籍測控網(wǎng)絡(luò)的過程中，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(dǎo)線網(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(guī)模地區(qū)的監(jiān)測。通過BDS進行地籍測量，可以減少常規(guī)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(xué)性和合理性，達到準確度與分級控制精度匹配的目的，從而實現(xiàn)四級網(wǎng)絡(luò)中最弱相鄰點、四級網(wǎng)絡(luò)以下最弱網(wǎng)絡(luò)點與起始點之間的相對誤差保持在5cm范圍以內(nèi)。由此可見，在地籍測量中應(yīng)用BDS能夠?qū)崿F(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)精度的有效控制，更好地適應(yīng)地籍測繪規(guī)范要求。
以BDS為基礎(chǔ)對測繪成果進行管理時，可以從項目管理的角度實現(xiàn)對相關(guān)操作人員等行為的規(guī)范，在科學(xué)管理的基礎(chǔ)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?qū)y繪成果進行及時、高效的歸檔處理，保證測繪結(jié)果留存的完整性，為后期測繪工作的進行奠定基礎(chǔ)，以實現(xiàn)測繪流程的完整性和系統(tǒng)性，促進測繪工作整體效率的提升。
3、結(jié)束語
總而言之，作為我國自主研發(fā)的全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)，BDS能夠為用戶提供穩(wěn)定、高效、全面的服務(wù)，其在測繪行業(yè)中的應(yīng)用也日趨廣泛，在一定程度上推動了測繪行業(yè)的變革。本文立足于現(xiàn)代測繪相關(guān)要求及測繪標準，對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進行介紹，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)BDS在測繪中的具體應(yīng)用，從而推動我國測繪服務(wù)標準化進程。
參考文獻
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