北斗导航系统在高速公路控制测量中的精度分析

□浙江省自然资源征收中心 张建民

北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，以下简称BDS）是着眼于国家安全和经济发展需要，由中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继美国GPS、俄罗斯GLONASS之后的第三个成熟的全球卫星导航定位系统。

BDS 目前已广泛应用于社会的各个领域，如交通运输、森林防护、消防救援，测绘与地理信息等。目前，关于BDS 系统测量精度的研究主要源于院校等科研机构，结合具体测绘工程项目的BDS 精度和效率分析评价并不多见。本文结合义东高速公路勘测定界，对BDS在高速公路控制测量的可行性和精度进行分析。

一、项目背景

（一）项目概况

义东高速公路位于东阳市，线路长度31 公里，线路穿越市区，人口密集，交通便利。为满足土地勘测定界1 ∶500 地形图测绘、房籍数据采集、界桩放样等需要，全线布设D 级GNSS 控制网。

（二）网型结构

网型大致呈南北带状分布，全网由11 个控制点组成，其中起算点为3 个C 级GNSS 控制点（8201、A016 和7450），待求点为9 个D级GNSS 控制点。采用边连结合网联组网，网型形状合理、结构坚强。网型和各点位的分布大致如图1 所示。网中最大边长为9522.3 米，最短边长为2375.5 米，平均边长为51215.8 米。全网共观测6 个时段，由33 条基线组成，重复基线11 条，重复设站1.8。

（三）数据采集

用于数据采集的GNSS 接收机可同时接受GPS、BDS 信号，测量时按D 级网的观测要求观测至少2个小时，卫星高度截止角≥15°，采集间隔10 秒，同时观测有效卫星数和有效观测卫星总数≥4 颗。

（四）数据处理

采用HGO 软件分别对BDS 和GPS 系统的数据解算。数据处理流程按照数据采集→数据传输→基线解算→三维无约束平差→二维约束平差模式进行。

二、平差结果及分析

为比较BDS 和GPS 的基线解算质量，本文主要从基线长度、重复基线较差和约束平差后点位较差这三方面的指标比较，并对结果进行比较分析。

▲图1 控制网图

（一）基线长度检验分析

解算完成后分别对三维无约束和二维约束条件下同名基线的长度进行比对，采用BDS 基线减去GPS 基线长，统计结果如图2 和3所示。

▲图2 无约束平差基线长度对比

▲图3 三维约束平差基线长度对比

由上图可知，无约束平差中BDS 和GPS 的同名基线长度较差全部集中在-15 毫米至5 毫米。其中最大较差为-13 毫米，最小为0 毫米，平均较差3.6 毫米。约束平差中同名基线全部集中在-10 毫米至5 毫米。其中最大较差-0.008 米，最小较差为0 毫米，平均较差0.027 毫米。

由统计结果可知，使用两种软件进行解算基线长度较差较小，较差结果大致呈正态分布。

（二）重复基线较差分析

按照 GB/T 18314-2009《全球定位系统（GPS）测量规范》要求，不同时段同一基线的重复基线较差，应满足下式的规定：。式中：σ—相应级别规定的精度（按仪器标称精度及实际平均边长计算的标准差，以下各式同，单位为毫米）。

对比11 条重复基线知，GPS的重复基线较差集中在0～20 毫米，最大较差为15.7 毫米；BDS 重复基线的较差相对分散，较差较大，最大较差为32.7 毫米。通过重复基线较差知，虽然BDS 重复基线较差精度满足规范规定，但不同时段观测同一条基线GPS 稳定性优于BDS。

（三）二维平差结果分析

导入已知点进行二维约束平差，对两种卫星系统数据分别平差，将9 个D 级点全部比对，较差结果见下表。

由较差表可知D 级点平面精度平面较差最大为0.013 米，最小为0.002 毫米，本项目BDS 和GPS解算结果相差都是毫米级，精度相当。

BDS和GPS定位测量平面精度坐标较差表

三、结语

通过具体项目的数据处理和分析，可知BDS 与GPS 在静态定位模式点位精度基本处于同一数量级，点位精度能满足常规的控制测量要求。虽然通过重复基线的对比，得知BDS 较GPS 系统稳定性有一定的差距，但随着BDS 卫星数量增多，性能会趋于更加稳定，精度更加可靠。