北斗卫星导航系统在测绘业中的应用进展

北斗卫星导航系统在测绘业中的应用进展作者：张鸿祥来源：《科技资讯》2013年第20期摘要：本文简述了北斗卫星导航系统的概念、组成部分、主要技术特点、规划进展、技术优势及测绘应用等。

阐明我国自主研发的卫星导航系统在国民经济建设中的重要作用，以及北斗卫星导航系统的发展前景。

关键词：北斗卫星导航系统系统特点发展规划中图分类号：P17 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0040-021 北斗导航系统介绍北斗卫星导航系统（COMPASS，中文音译名称BeiDou）[1]是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，缩写为BDS，与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称全球四大卫星导航系统。

北斗卫星导航系统建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠覆盖全球的导航系统。

北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。

空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。

地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站组成。

用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”（GLONASS）、欧盟“伽利略”（GALILEO）等其他卫星导航系统兼容的终端组成[2]。

北斗卫星导航系统定位采用3球交会测星原理进行定位。

其中以2个卫星为球心，2个球心至用户的距离为半径可做出2个球面，再以地心为球心，用户所在位置点至地心的距离为半径做出1个球面，3个球面的交会点即可确定用户的位置。

该系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务并兼具短报文通信能力。

中国国内目前生产定位服务设备的生产商，产品都将会提供对GPS和北斗系统的支持，会提高定位的精确度。

而北斗系统特有的短报文服务功能将收费，这个功能的实用性还有待观察。

2 北斗导航系统特点北斗导航终端与GPS及“格洛纳斯”相比，优势在于短信服务和导航结合，增加了通讯功能；全天候快速定位，极少的通信盲区，精度与GPS相当。

向全世界提供的服务都是免费的，在提供无源定位导航和授时等服务时，用户数量没有限制，且与GPS兼容；特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用；独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪？”和“你在哪？”；自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用[2]。

北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位，导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。

开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10 m，测速精度0.2 m/s，授时精度10 ns。

授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。

导航精度上不逊于欧美之外，北斗卫星导航系统解决了何人、何时、何地的问题，这就是北斗的特色服务，靠北斗一个终端你就可以走遍天下[3]。

3 目前北斗导航系统进展“北斗”卫星导航试验系统（也称“双星定位导航系统”）为我国“九五”列项，其工程代号取名为“北斗一号”，其方案于1983年提出。

我国结合国情，科学、合理地提出并制订自主研制实施“北斗”卫星导航系统建设的“三步走”规划：第一步是试验阶段，即用少量卫星利用地球同步静止轨道来完成试验任务，为“北斗”卫星导航系统建设积累技术经验、培养人才，研制一些地面应用基础设施设备等；第二步是到2012年，计划发射10多颗卫星，建成覆盖亚太区域的“北斗”卫星导航定位系统（即“北斗二号[6]”区域系统）；第三步是到2020年，建成由5颗地球静止轨道和30颗地球非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统[4]。

中国目前已成功发射四颗北斗导航试验卫星和十六颗北斗导航卫星，成功实现了对东南亚区域的全覆盖。

今后北斗导航系统将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。

2012年12月27日国家公布了北斗系统空间信号接口控制文件（ICD）正式版。

至此北斗系统在继续保留北斗卫星导航试验系统有源定位、双向授时和短报文通信服务基础上，向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务；民用服务与GPS一样免费。

目前，在建的北斗卫星导航系统除空间段卫星系统、地面运控系统外，用户应用系统也在大力建设之中。

我国已经把北斗系统用户终端机的开发作为推广应用的重要内容，不少国内厂商都在积极研制基于北斗系统的轻便、实用的用户终端设备。

4 国家规划及终端用户发展科技部印发《导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划》提出，“十二五”末，导航与位置服务产业要形成1000亿元以上的规模，初步建立5个高新技术产业化基地，培育30家创新型企业。

这意味着国家对导航与位置服务产业相关扶持政策的进一步落实。

科技部等部委将以企业为主体，加大国家科技引导投入，统筹多渠道资源，多种资助模式相结合，以产业需求为导向，加强部门联合、军民结合、科技计划与北斗系统建设的协同攻关，持续推动以北斗应用为核心的导航与位置服务技术研究和产品开发。

作为科技含量极高、人力资本密集的战略性新兴产业，北斗导航卫星产业化的市场空间极富想象力。

北斗卫星导航系统卫星总指挥李长江说：“系统建成后，最重要的当然是应用了。

在民用领域，我估计2012年完成区域系统的卫星发射后，到2013年，老百姓就可以开始使用北斗系统。

我国已经把北斗系统用户终端机的开发作为推广应用的重要内容，不少国内厂商都在积极研制基于北斗系统的轻便、实用的用户终端设备。

”国内拥有国家授权的企业已经开发出了具有自主知识产权的高精度北斗芯片。

如南方测绘推出的北斗系列产品和北斗高精度应用解决方案，取得了阶段性的进展；中海达测绘推出的北斗系列产品，在矿山测绘及城市测绘等方面已经得到了广泛的应用。

孙家栋院士撰文指出，在与国外导航系统竞争的情况下，在较短时间内完成北斗在国家经济安全领域的推广应用和在大众市场的迅速扩展，还面临不少挑战：首先就是必须拥有核心自主知识产权的接收机芯片——自主知识产权的挑战是不言而喻的。

其次，必须提出有竞争力的应用解决方案和规模推广策略——目前，GPS已占据我国卫星导航应用绝大部分市场，在这种情况下，北斗系统产业化面临巨大挑战。

我国拥有全球卫星导航应用的最大市场，紧紧抓住应用的基础市场，充分发挥北斗服务特色，创造性地提出应用解决方案和规模化推广策略，是北斗系统应用推广和产业化的关键。

5 测绘行业中的应用北斗卫星导航定位系统，随着不断完善将成为继GPS及GLONASS后的第三套覆盖全球的卫星定位系统。

其高精度的导航定位设备，如测绘领域经常使用的RTK设备，可依靠北斗卫星导航系统实现高达厘米级甚至毫米级的高精度差分定位，这已广泛应用于测绘领域。

北斗系统特有的，有利于亚太地区用户应用的静止轨道卫星及倾斜轨道卫星等，更可以实现在亚太地区的全覆盖，大大增强和改善了以往应用中只借助GPS或GLONASS系统所导致的诸多信号盲区的问题。

在以往诸如管网、水务、城管等行业用户作业环境较为复杂恶劣的应用中，以前由于只依赖GPS或GLONASS卫星系统，高楼耸立的城市环境无疑是巨大的障碍。

无论是搜星情况还是解算精度，都受制于楼房建筑的遮挡和复杂环境等的干扰而不尽人意。

南方测绘全新推出的该系列基于高精度北斗导航定位的GIS手持机产品，依靠北斗导航定位系统的特点，大多数时候都保证了高空中的卫星密度，良好的卫星截止角和卫星信号路径，使地理信息用户可以快速高效地获得卫星信号，并保证其作业精度。

让用户畅游城市峡谷，穿越钢铁森林，真正享受到便捷精准的北斗应用，高效自如地完成作业，及时准确地把握地理信息。

2013年北斗导航将对北京全市范围内的1141个地质灾害点，完成地质灾害监测预警全覆盖。

北斗导航技术的地质灾害监测预警已在密云设立了32个监测点，作为北京市完成“全覆盖”前的示范工程。

随着预警系统的建成和完善，北斗导航将能实现对5 mm以上地面变动的监测和预警，让有关部门和市民提前做好防灾准备[5]。

7月14日在北京召开的基于我国北斗卫星导航系统的野外地质调查应用高技术产业化示范工程项目工作会议消息，北斗双星野外地质矿产调查服务与管理系统基本研发完毕，并试运行成功。

应用此系统在野外，无论身处高原雪山、大漠戈壁，还是莽莽林海，地质工作者都能够通过掌上移动终端直接检索下载遥感数据、地质资料，实时与野外同伴进行远程交流，甚至与家人视频聊天；指挥部能够随时与身处通信盲区的野外地质人员取得联系，并准确确定其所在位置和地调作业路线，实时掌握全国各地在野外工作的人员状况和整体态势，有效保障地质人员人身安全[6]。

6 结语我国自主研发的北斗卫星导航系统是拥有完全自主知识产权的全球卫星导航系统，为确保北斗导航系统实现发展目标，促进北斗应用质量效益，有关部门将积极推动各项政策举措，促进系统建设应用又好又快发展。

在系统服务方面，北斗系统将按计划建成，为全球用户提供免费、高质量、高可靠服务，并持续提升性能。

在应用产业化方面，将逐步发布北斗公开服务接口控制文件，加大核心芯片等基础产品技术攻关力度，加快推进北斗行业和区域示范项目，推进以北斗为核心的位置服务产业。

在关键技术攻关方面，持续推动系统建设与应用技术攻关，形成产、学、研、用体系，进一步加强基础学科研究和学术交流；在国际合作方面，积极参与全球卫星导航系统性能监测研究，推动北斗与其他卫星导航系统兼容与互操作，逐步融入国际民航、海事等标准体系[7]。

参考文献[1] 北斗卫星导航系统今日正式提供区域服务[EB/OL].新京报网，2012-12-27.[2] 北斗卫星导航系统[J].北斗卫星导航论坛，2013-2-1.[3] 伽利略导航卫星昨发射北斗系统组网速度仍领先[EB/OL].军事窝，2012-10-14.[4] 中国发射北斗导航卫星[J].参考消息， 2012-9-19.[5] 北斗导航将对1141个地质灾害点实现监测全覆盖[EB/OL].物联网智库，2012-12-12.[6] 国产卫星为野外地质调查护航[EB/OL].新华网，2012-7-17.[7] 中国发射第16颗北斗导航卫星，将实现亚太组网[EB/OL].搜狐门户，2012-10-26.。