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摘要：北斗卫星计划是目前我国政府较为重视的一项工作，我国计划到2020年北斗卫星导航系统共发射5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，从而实现覆盖全球的北斗卫星导航系统。目前，北斗卫星系统已经发射16颗卫星，具备了亚太地区的定位，导航和授时以及短报文通信服务能力。随着北斗卫星导航系统的发展，北斗卫星定位在国防与工程测量中的应用也越来越广泛，同时对北斗卫星系统与GPS美国全球定位系统的兼容与互操作性的研究也将变得越来越重要。多系统的卫星定位不仅增加了可用卫星的数量，同时也提高了定位精度以及定位的可靠性。
关键词：北斗卫星；测量；应用分析
前言
北斗卫星导航系统是我国正在实施的卫星导航系统。自2004年起正式运营，经过多年的发展，北斗在交通、测绘、海洋等领域得到广泛的应用。从设计指标上看，如今北斗卫星导航系统在授时、定位精度上已具有接近GPS-II的指标，有望一举打破GPS的垄断地位。为更好地适合我国公路建设事业蓬勃发展的需要，有必要对北斗在公路工程应用上展开研究。
1.对北斗卫星进行系统的介绍与概述
1.1北斗卫星系统的组成以及发展历程
20世纪80年代，中国开始积极探索符合国情的卫星导航系统。2000年完成了北斗试验系统的建成，2012年完成对亚太地区大部分地区的覆盖并正式提供服务。北斗系统按照“三步走”的发展战略稳步推进，即第一步试验系统；第二步区域导航系统；预计于2020年左右实现第三步全球覆盖的目标。从组成上，北斗卫星导航系统由空间段、地面段、用户段三部分组成。空间段由35颗卫星组成（5颗静止轨道卫星、30颗非静止轨道卫星），是系统定位的基础。地面段包括中控站、注入站和监测站，负责数据处理，用户报文生成及传递等，是系统的中枢。用户段则包括所有北斗及兼容终端，负责捕获卫星信号，解算位置及获取信息。
1.2对北斗卫星系统运行的原理进行介绍
北斗系统定位基于三球交会原理。若空间上存在三个已知点，亦知第四点到该三点的距离，则该点必然位于三个以已知点为球心，已知距离为半径的球面交汇点上。初期的北斗试验系统使用有源定位方式，设备通过卫星发送信号给地面中心，中心解算坐标再传回结果给设备。现在的北斗系统则保留了有源、无源方式实现卫星定位。采用无源定位时，用户设备接收至少4颗导航卫星信号，通过设备终端独立解算位置。
1.3北斗卫星系统与全球定位系统进行比较分析
对比全球定位系统（GPS），北斗体现优势主要有如下几点。定位精度上，北斗导航系统民用定位精度优于10m，测速精度0.2m/s，授时精度50ns。GPS定位精度民用C/A码目提高到12m，授时精度日前约为20ns。覆盖范围上，北斗导航系统已覆盖中国全境及周边国家地区，在中国境内做到无缝覆盖，尽管不及GPS全球性覆盖，但其抗干扰能力，信号强度等优于GPS。基于有源、无源相结合的体制，北斗集导航定位、授时和短报文通信三大功能于一体，在定位同时实现位置的共享报告，便于监控指挥，这是GPS所不具有的。北斗系统是我国自主研制的系统，具有更好的安全稳定性及抗干扰能力，适合关键部门使用。
2.北斗卫星导航系统在公路建设测量工作中的应用
2.1在公路工程前期测量工作中的应用
公路勘察工作路线长、作业强度大，虽然早已采用电子全站仪等先进测绘仪器，但受通视和作业环境影响，效率并不高，大大延长了设计勘察周期。相对于传统测量方法，北斗导航系统有以下特点：（1）测站之间无需通视；（2）定位精度高、定位速度快；（3）全天候作业；（4）观测效率高、操作简单，自动化程度较高，有效减少人为误差的产生，在目前的技术条件下，引入北斗技术是十分合适的。另外在公路选线工作中，北斗系统还可用于对航空照片和卫星像片等遥感图像进行定位和地面矫正。
2.2对公路建设工程质量方面的管理应用
施工过程是整个公路工程建设周期中最为重要的环节，直接影响公路产品的质量。软基处理、特大桥、隧道是公路施工的常规控制难点与重点。通过运用北斗对平面控制网进行动态实时控制，能有力保证特大桥梁的施工质量。运用北斗进行隧道施工高程控制，在山区隧道控制测量中蕴藏着巨大的经济效益。当前北斗实时动态定位（RTK）已可以达到厘米级，甚至毫米级的精度，足以满足公路施工过程中控制测量和地形测绘工作的要求，与传统方法相比较，北斗测量在精度、经济、外业效率上都具有很明显的优势，在高等级公路施工放样中完全可以采用北斗系统进行。在公路工程验收阶段，公路的几何指标也可利用北斗进行检测，可以快速解算结果甚至进行实时判断，减少转写环节所带来的误差因素。
2.3在公路工程建设中的监测应用
随着高等级公路建设的需要，公路工程建设管理工作更加需要先进的科学方法来面对复杂的环境因素，北斗系统是集定位、授时、通信于一体的先进系统，其特有的有源与无源定位机制特别适合于集团用户大范围监控。北斗系统可用于公路工程建设中的交通调查预测，施工过程中工程车辆的实时监控与调度，北斗独有的通信功能可以使即使在没有基础通信设备条件下，仍可传送位置与命令，在边远及特殊环境特别有用。基于北斗卫星技术的公路安全监测系统，将可以实时监控公路建设安全情况，迅速判断公路工程安全事故发生，对事故源进行定位，并进行通信报告。基于北斗RTK进行路基沉降、特大桥变形观测、隧道的稳定性监测将更加方便有效，进一步保障公路工程质量安全，防患于未然。
3.结语
经过艰苦卓绝的努力，北斗卫星导航系统正处于发展的黄金阶段。从分析上看，北斗卫星导航系统在公路工程建设上拥有广阔的应用前景，在使用面与产业化上也已具备一定的基础，但仍然缺乏规模。作为一项国家重点研究，无论是国家科研人员，还是公路工程建设参与者，仍须不懈的分析与研究，踏实推进北斗应用的产业化进程，打破北斗系统目前在公路应用上的困局，以满足公路工程建设日益增长的多样化需求，对卫星导航及公路建设事业起到更良好的促进作用。
参考文献
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[2]郭桂川.北斗卫星导航系统在工程测量中的研究与应用[J].城市勘测,2015,(1):93-96.