北斗衛星導航系統及在測繪中的應用研究

王浩然　羅峰誼

摘 要：北斗衛星導航定位系統（COMPASS）是我國獨立自行開發的一種衛星定位系統，是一種獨立運行在太空中的新式導航工具，并且和其他國家的衛星導航系統也可以做到完美的兼容工作。本文在對北斗衛星導航定位系統（COMPASS）進行介紹的同時，也對其衛星技術進行了一定的分析和整合，從技術原理上對衛星的情況做出了前景介紹，同時對北斗衛星導航定位系統（COMPASS）對公路測距等方面的應用進行了研究，對北斗衛星導航定位系統（COMPASS）在地理測繪方面的應用和優勢進行了分析介紹。最后針對北斗衛星導航定位系統（COMPASS）面臨的挑戰和機遇進行了分析，在道路測繪方面給出了一定的建議。

關鍵詞：北斗衛星導航系統；公路測量；RTK應用

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0108-02

北斗衛星導航定位系統（COMPASS）是我國獨立自行開發出的一套衛星定位系統，處于獨立運行在太空中的一套新型導航工具。北斗衛星導航定位系統（COMPASS）是全球四大衛星導航系統之一，其他三個導航系統分別是美國的GPS、俄羅斯的格格納斯（GLONASS）和歐盟共同研究開發的伽利略（Galileo）衛星導航系統。

北斗衛星導航定位系統（COMPASS）的出現，從根源上改變了我國依賴國外衛星定位系統的缺陷，打破了衛星定位系統的屏障。北斗衛星導航定位系統（COMPASS）不僅對定位的精確度進行了提高，同時也對車輛得導航功能進行了改進，并且進一步的發展了各行各業的測繪技術。

1 北斗衛星導航系統概述

北斗衛星導航定位系統（COMPASS）由三大部分組成，分別是空間端、地面端和用戶端。北斗衛星導航定位系統（COMPASS）可以全天候的進行工作，并且能夠覆蓋整個地球的表面，能夠進行全天候并且實時準確的定位服務，而且可以進行實時的通信，向地面的指揮中心發送準確的數據報告。北斗衛星導航定位系統（COMPASS）目前已經能夠完成即時通信的功能，而且在定位、導航等方面的能力也非常出眾，定位精度可以達到20米，時間精度可以達到100納秒。

北斗衛星導航定位系統（COMPASS）不僅僅在定位方面有著實際的應用和發展前景，而且在相關的測繪方面也有著顯著的應用。除此之外，北斗衛星導航定位系統（COMPASS）還可以對海洋的情況進行收集，也可以對自然災害進行一定的預報，減少人員財產的傷亡。伴隨著北斗衛星導航定位系統（COMPASS）的不斷發展，導航的性能也在不斷提升，而且對于接收到的數據處理的功能也非常顯著，能夠得到更深層次的提升。本文對北斗衛星導航定位系統（COMPASS）的功能和原理進行了介紹，并且在分析原理的基礎上對北斗衛星導航定位系統（COMPASS）在公路測量領域的應用做出了一定的分析，對北斗衛星導航定位系統（COMPASS）的獨特技術優勢和技術特點給出了一定的建議。

2 北斗衛星導航定位系統對比GPS導航系統的優越性

GPS是北斗衛星導航定位系統（COMPASS）還未投入使用時我國測繪行業使用的定位系統，地質勘探等行業也有著利用GPS進行定位的相關任務和技術。隨著我國獨立開發研究的北斗衛星導航定位系統（COMPASS）的出現，先進的優越性會是將來代替美國GPS的重要力量。從目前北斗衛星導航定位系統（COMPASS）發展的情況來看，北斗衛星導航定位系統已經能夠做到對整個亞太地區的范圍進行覆蓋，并且也已經為亞太地區提供著精確的定位以及即時通信服務，預計在2020年北斗衛星導航定位系統（COMPASS）就可以對全球進行覆蓋，從而保證形成一個完整的全球的定位導航系統。

從目前測繪行業的整體情況來看，經常采用的GPS導航定位系統利用的是二頻定位技術，北斗衛星導航定位系統（COMPASS）卻與之不同的采用了三頻定位技術來進行定位和導航，這樣可以達到厘米級別的準確度。比如湖北省的一處實驗基地定位精度就達到了2厘米的誤差，可謂是非常的精確。而且北斗衛星導航定位系統（COMPASS）在定位時對于環境的要求并不是很高，這點與GPS相比可謂是一大優勢。美國的GPS定位系統在位于偏遠山區時的定位能力比較差，信號的強度不夠或者是根本收不到信號的情況極為常見，所以美國的GPS對于地質的勘探和測繪有著一定的難度和不足。地質勘探工作經常開展在山區的深部或者是一些茂密的森林里，對于定位信號的弱化嚴重影響到了地質勘探的正常工作。

目前北斗衛星導航定位系統（COMPASS）采用的三頻定位技術就可以很好的解決這個問題，因為北斗衛星導航定位系統（COMPASS）針對于亞太地區的定位和覆蓋非常高，特別是國內的覆蓋情況，同時三頻定位技術非常的先進，能夠對茂密的森林也可以進行很好的信號覆蓋，并且能夠高精度的進行地理位置的確定，這對于山區的地質勘探來說，具有非常深遠的意義。

3 北斗衛星導航系統在公路測量中的應用分析

3.1 RTK技術基本原理

RTK技術是GPS其中一個部分的簡稱，其實就是GPS的實時載波相位差分，這是一種能夠將GPS進行數據傳輸的基本載波，并且能夠做到實時的信息接收和即時信息通信的功能，這樣的高速度計算能力可以讓我們在短時間內得到地理坐標的詳細數據，從而進行高精度的定位和及時的導航工作。

RTK系統由很多分支組成，其中有三部分是整個系統的核心，分別是基準站接收機、數據鏈和移動接收機。正常工作情況下，都是兩臺或者兩臺以上的RTK接收機在同時工作，對于衛星信號進行共同的接收，其中選取一臺作為基準點，剩余的其他機器對未知量進行測量，追蹤移動的信號源，這被稱為移動信息收集站，從而結合起來進行數據的分析和處理，進一步得到數據的最終結果。

3.2 北斗衛星導航系統在公路測量中的應用

3.2.1 在公路勘測方面的應用

公路的勘探測繪工作強度非常高，而且覆蓋的范圍廣和長度非常高，雖然已經有部分電子測繪儀器投入了使用，但是限于地理環境的影響和天氣環境的干擾，電子測繪儀器的效果并不是很理想，而且對測繪的效率也不是很高，造成了勘探周期的延長等負面反應。與傳統的地質測繪方法相比較而言，北斗衛星導航定位系統（COMPASS）有著顯著的優勢。首先是北斗衛星導航定位系統（COMPASS）具有非常高的定位精度，而且不會受到地理環境的限制，這一點是傳統的地質測繪手段所不具備的，可以在環境復雜的地理條件下進行測繪。其次，對于山脈地區的道路建設工作，北斗衛星導航定位系統（COMPASS）可以對道路的情況進行詳細的勘探，高精度的采集道路建設的基本數據，從而準確進行道路的建設工作。

3.2.2 在公路變形監測方面的應用

傳統北斗RTK技術在實際的架設工程中需要一定的基站作為輔助，這種基站的架設需要的前期準備工作過多，而且環境的干擾非常高，并且隨著距離的增加，誤差也會隨之變大，不利于測繪工作的進行。為了對傳統的RTK技術進行改良，可以通過架設一個RTK網絡來對于誤差進行修改，從而保證測量值的準確性，可以不受到基站和測量點之間距離的影響，這樣就能夠進一步提高測量值的準確性，從而更加真實準確的描繪道路的整體情況。

3.2.3 在公路施工放樣中的應用

施工放樣要求利用儀器來完成，通過一定的數據算法等工作，用儀器對人為標定的測量點進行實地測繪。常規的施工放樣方式需要對目標的位置進行多方面的調整和變動，而且需要兩者之間的視野清晰，能夠進行直接的通信，采用這種施工放樣的方式進行工作，效率比較低下，并且需要很高的施工成本。但是如果采用實時RTK技術進行測量，僅僅建立一個RTK數據電子手冊就可以滿足需求，將采集到的數據坐標存儲奧RTK數據電子手冊中，系統軟件可以根據事先存儲好的數據施工放樣點坐標進行核對。

從目前的使用情況來看，北斗衛星導航定位系統（COMPASS）的RTK技術已經得到了行業的認可和應用，并且對道路的測繪等工作可以很好的完成，通過三維坐標系的建立，來定位道路施工中的各種施工放樣點，能夠達到很高的精確度和準確度，同時也對道路工程的施工效率記性了大幅度的提升。

4 對北斗衛星導航系統在測繪領域應用的建議

北斗衛星導航定位系統（COMPASS）填補了我國在衛星導航定位領域的空白，這是我國測繪方面的重要技術力量部分。北斗衛星導航定位系統（COMPASS）除了在公路測量領域有著非常顯著的成就，應用前景廣泛之外，還對于我國通過地理情況監測環境，對于數字化城市和社會的建設工作帶來了更進一步的飛躍。北斗衛星導航定位系統（COMPASS）對于我國測繪地理方面的發展有著不可磨滅的貢獻，加快測繪強國建設具有重大意義。

4.1 進一步突破關鍵技術

沒有關鍵技術的突破，北斗衛星導航系統的應用領域和空間必然受到限制。以公路測量為例，為保證北斗衛星導航系統在該領域的應用程度更為范圍，要突出解決的關鍵技術主要包括基于“北斗”的實時動態高精度定位技術研究，多功能精密單點定位軟件系統的研制與開發，基于“北斗”的單基準站差分、多基準站局部區域差分和廣域差分技術等，從而提高定位結果的可靠性與精度，進而保證工程質量。

4.2 加大政策引導力度

北斗衛星導航系統是我國自主發展的導航定位系統，與GPS相比，其發展歷程還較短，服務領域也相較GPS不夠廣泛，這就需要在應用領域，加大對該系統的政策引導力度。對于公路測量等測繪領域而言，“北斗”是我國地理信息產業的重要支撐。在推動“北斗”產業化過程中，各級測繪地理信息行政主管部門應該在市場準入、安全監管、產品認證和質量檢測等方面發揮好主管和引導作用。

5 結語

北斗衛星導航定位系統（COMPASS）是我國獨立研究開發的自主衛星導航系統，并且在公路測繪等行業有著非常廣闊的應用空間，發展潛力巨大。本文對北斗衛星導航定位系統（COMPASS）的功能和原理進行了介紹，并且在分析原理的基礎上對北斗衛星導航定位系統在公路測量領域的應用做出了一定的分析，對衛星導航定位系統的獨特技術優勢和技術特點給出了一定的建議，希望我國的公路測繪實力能夠得到一定的提升，位于世界前列。

參考文獻

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