導(dǎo)語：GNSS工程測量方法研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:分析了gnss測量技術(shù)在工程中的應(yīng)用，采用實(shí)驗(yàn)分析法、數(shù)據(jù)對(duì)比法對(duì)靜態(tài)GNSS測量和四等水準(zhǔn)測量的高程進(jìn)行精度分析，提出了基于GNSS的工程測量方法建議，以確保靜態(tài)觀測符合技術(shù)指標(biāo)，精度符合限差，消減或消除高程測量中的影響因素，獲得更準(zhǔn)確、更高精度的觀測值。

關(guān)鍵詞:GNSS;工程測量;方法

1GNSS測量技術(shù)在工程中的應(yīng)用

1.1在工程測量中的應(yīng)用

當(dāng)前定位技術(shù)中主要包括兩種模式，即靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)和動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。靜態(tài)相對(duì)定位是利用同一條直線上地面接收裝置來進(jìn)行觀測的，觀測之后通過處理軟件對(duì)其處理結(jié)果進(jìn)行分析，這是靜態(tài)觀測基本結(jié)果之一，主要用于后續(xù)的控制測量處理。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)是將另一臺(tái)接收機(jī)放在另一臺(tái)或幾臺(tái)接收裝置位于載體之下，對(duì)于后續(xù)的測量結(jié)果作出處理。針對(duì)于測量技術(shù)與動(dòng)態(tài)測量技術(shù)的差別性，后續(xù)兩者之間的測量數(shù)據(jù)也會(huì)有所差別點(diǎn)與流動(dòng)站，同時(shí)接收某一時(shí)間同一GNSS衛(wèi)星，比較得到GNSS差分改正值，然后該改正值通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)，及時(shí)傳遞給共視衛(wèi)星的流動(dòng)站，這也會(huì)對(duì)于GNSS觀測值進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(RTK)在工程測量施工放樣地形勘探等角度之內(nèi)都能夠得到廣泛的應(yīng)用。

1.2在水下工程測繪中的應(yīng)用

GNSS技術(shù)以其高精度、定位快等優(yōu)勢在水源資源利用、海洋資源開發(fā)以及建筑港口碼頭控制等方面發(fā)揮著重要作用。GNSS技術(shù)定位結(jié)合水深測量系統(tǒng)，對(duì)于水下地形地物位置進(jìn)行精準(zhǔn)測量，并實(shí)現(xiàn)電腦合成技術(shù)繪制水下地形圖。水下工程縱向方面的測量是按照探測儀，而橫向方面的測量使用的是差分GNSS技術(shù)，兩者之間的使用過程會(huì)有所差別，這需要針對(duì)GNSS技術(shù)的規(guī)范化操作內(nèi)容作出分析。簡化操作環(huán)節(jié)，提高對(duì)外干擾的抵抗能力，讓GNSS技術(shù)得到新的開發(fā)及利用。

1.3在航空攝影中的應(yīng)用

GNSS技術(shù)在航空攝影領(lǐng)域中的應(yīng)用也具備著一定的優(yōu)勢。基于GNSS技術(shù)的開發(fā)使用狀況來看，它能夠?qū)崿F(xiàn)后續(xù)航空測繪發(fā)展。按照GNSS技術(shù)在航空測量中的應(yīng)用趨勢來看，控制航空攝影飛機(jī)在一定的高度沿設(shè)計(jì)航線進(jìn)行飛行，經(jīng)過一段時(shí)間的處理之后，保證所得的影像具有一定的攝影比例。根據(jù)橫向重疊度與旁向重疊度，GNSS輔助空中三角測量中的導(dǎo)航與定位基本相同。在航空領(lǐng)域之內(nèi)，通過對(duì)于攝影測量技術(shù)進(jìn)行加密，保證后續(xù)動(dòng)態(tài)化測量技術(shù)應(yīng)用開發(fā)，選擇最優(yōu)的處理方案。

2GNSS高程控制測量實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)方法

采用實(shí)驗(yàn)分析法、數(shù)據(jù)對(duì)比法對(duì)靜態(tài)GNSS測量和四等水準(zhǔn)測量的高程進(jìn)行精度分析，按照以下步驟進(jìn)行:在實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)按照要求選取控制點(diǎn)并布設(shè)網(wǎng)形，選取兩個(gè)已知GPS控制點(diǎn)，記錄并標(biāo)記每個(gè)控制點(diǎn)的位置情況，設(shè)計(jì)GNSS網(wǎng)形，確定水準(zhǔn)測量路線。利用三臺(tái)海星達(dá)GPS接收機(jī)按照靜態(tài)測量技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，完整填寫靜態(tài)測量作業(yè)調(diào)度表。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，使用HGO解算軟件對(duì)靜態(tài)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理，代入已知點(diǎn)位坐標(biāo)，得到靜態(tài)測量其他控制點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)。嚴(yán)格按照四等水準(zhǔn)測量技術(shù)指標(biāo)，確保數(shù)據(jù)符合限差，依次完成整個(gè)閉合水準(zhǔn)路線的外業(yè)測量，經(jīng)計(jì)算得到合格的水準(zhǔn)觀測記錄表。嚴(yán)格按照四等水準(zhǔn)測量的限差要求，進(jìn)行水準(zhǔn)測量內(nèi)業(yè)計(jì)算，得到合格的四等水準(zhǔn)測量成果，計(jì)算出所有控制點(diǎn)的高程。對(duì)靜態(tài)和水準(zhǔn)所得到的高程進(jìn)行精度對(duì)比分析，計(jì)算出靜態(tài)GNSS測量與水準(zhǔn)測量高程的差值，得出結(jié)論:在小范圍平坦區(qū)域，可用GNSS擬合高程代替水準(zhǔn)高程。

2.2測區(qū)選擇

所選測區(qū)在A區(qū)內(nèi)，東至羽飛田徑場，西至寧園宿舍樓，南至南大門，北至新餐廳，共選取10個(gè)控制點(diǎn)，已知點(diǎn)2個(gè)，兩點(diǎn)之間在200m左右。

2.3儀器準(zhǔn)備

3臺(tái)海星達(dá)H32GPS接收機(jī)，3個(gè)腳架，3把鋼尺，1臺(tái)DS05水準(zhǔn)儀，2個(gè)黑紅雙面尺，3個(gè)尺墊。GNSS靜態(tài)測量的技術(shù)要求按照表1執(zhí)行。

2.4GNSS作業(yè)調(diào)度

為了使測量工作效率更高，對(duì)選取的三臺(tái)海興達(dá)GNSS接收機(jī)進(jìn)行編號(hào)，分別為L1，L2，L3，結(jié)合所設(shè)計(jì)的GNSS控制網(wǎng)編寫作業(yè)調(diào)度表。為便于觀測作業(yè)，在選取測站時(shí)，控制點(diǎn)的上空應(yīng)盡可能開闊，在10°～15°高度角上盡量避免成片障礙物的遮擋，選擇控制點(diǎn)的位置在工作時(shí)要比較便利，且上點(diǎn)方便、易于保存，用紅漆或釘子標(biāo)記。控制點(diǎn)選擇完成后，進(jìn)行外業(yè)觀測，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。GNSS外業(yè)測量方面。本次靜態(tài)測量的GNSS網(wǎng)采用邊連式布網(wǎng)，采用3臺(tái)GNSS接收機(jī)進(jìn)行同步觀測，觀測期間天氣晴朗，衛(wèi)星狀態(tài)良好，大部分時(shí)間可接收到4顆以上衛(wèi)星信號(hào)，外業(yè)觀測工作歷時(shí)1d完成。常規(guī)水準(zhǔn)測量方面。本次實(shí)驗(yàn)選取數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行四等水準(zhǔn)的外業(yè)測量。四等水準(zhǔn)測量布設(shè)的是一條閉合水準(zhǔn)路線，包括2個(gè)已知GPS控制點(diǎn)、3個(gè)已知高程控制點(diǎn)。測量過程按照四等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求執(zhí)行，測量方法采用后前前后、偶數(shù)進(jìn)站的方式觀測。按照四等水準(zhǔn)測量設(shè)中間站5站，總共14站，外業(yè)觀測工作歷時(shí)2d完成。

3數(shù)據(jù)處理

3.1靜態(tài)數(shù)據(jù)處理

GNSS靜態(tài)測量數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)有所不同，它是指接收的天線到衛(wèi)星的距離和衛(wèi)星星歷等數(shù)據(jù)。要得到具有實(shí)際意義的定位成果，需要對(duì)GNSS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理。用數(shù)據(jù)線連接GNSS，將數(shù)據(jù)傳入電腦，將數(shù)據(jù)重新命名，用HGO軟件進(jìn)行處理，GNSS數(shù)據(jù)處理的基本流程為:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、基線解算GNSS網(wǎng)平差。

3.2水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理

按照四等水準(zhǔn)技術(shù)要求進(jìn)行水準(zhǔn)測量內(nèi)業(yè)計(jì)算，經(jīng)計(jì)算得到閉合差為+7.5mm，在線路高差閉合差容許值8.9mm之內(nèi)，符合四等水準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)，其成果如表3所示。

4兩種方法高程對(duì)比精度分析

為驗(yàn)證在小范圍平坦區(qū)域內(nèi)，是否可用GNSS擬合高程代替水準(zhǔn)高程，對(duì)靜態(tài)和水準(zhǔn)所得到的高程進(jìn)行精度分析。根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果表3，計(jì)算出GNSS高程與水準(zhǔn)高程的差值，如表4所示。由于GNSS靜態(tài)測量與水準(zhǔn)測量獲取高程的觀測方式不同，因此二者的數(shù)據(jù)誤差來源、成果測量精度存在差異。從GNSS靜態(tài)高程與水準(zhǔn)高程對(duì)比表中可知，兩種測量方式獲得的高程相差在1cm左右，其中最大的是9.3mm，最小的是2.1mm。由此實(shí)驗(yàn)得出，在小區(qū)域條件下，GNSS靜態(tài)測量得到的高程精度比較高，基本上能夠符合傳統(tǒng)四等水準(zhǔn)測量的精度要求。大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)，大地高是地面點(diǎn)沿參考橢球面法線到參考橢球面的距離，一般用符號(hào)H表示。正高是沿地面點(diǎn)的垂直方向到與平均海水面重合并延展到大陸以下的水準(zhǔn)面的距離，一般用符號(hào)Hg表示。由于大地水準(zhǔn)面的精度易受到地形起伏和地形質(zhì)量的影響，導(dǎo)致精度無法確定，正高無法獲取。正常高是從一地面點(diǎn)沿過此點(diǎn)的正常重力線到似大地水準(zhǔn)面的距離，一般用符號(hào)h表示。高程異常是似大地水準(zhǔn)面與參考橢球面之間的高差，每一個(gè)地方都不一樣，高程異常隨著地形的變化和地區(qū)地層的密度而變化，要想得到精確的正常高，要獲取準(zhǔn)確的高程異常值。影響GNSS接收機(jī)精度的因素主要有:高程異常、電離層、對(duì)流層、多路徑效應(yīng)、衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘的誤差、相對(duì)論效應(yīng)、地球自轉(zhuǎn)及地球潮汐運(yùn)動(dòng)等對(duì)測量結(jié)果的影響。

5基于GNSS工程測量方法的建議

小范圍平坦區(qū)域用GNSS擬合高程代替水準(zhǔn)高程，設(shè)計(jì)GNSS控制網(wǎng)時(shí)需要考慮各種因素，外業(yè)觀測數(shù)據(jù)要確保測量精度符合要求，嚴(yán)格按照技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行，經(jīng)過對(duì)比分析，得到比較準(zhǔn)確的精度成果。高程相差較大區(qū)域，GNSS靜態(tài)測量與水準(zhǔn)測量高程的差值差距明顯，不建議對(duì)GNSS靜態(tài)觀測所得高程與傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量所得高程進(jìn)行替換。當(dāng)所選觀測區(qū)域相對(duì)小且高差相距不多的時(shí)候，利用GNSS靜態(tài)觀測所得到的高程精度能滿足傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量的高程精度要求。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到結(jié)論:小范圍平坦區(qū)域可用GNSS擬合高程代替水準(zhǔn)高程。高程測量中，由于環(huán)境因素相差較大，使用GNSS靜態(tài)測量技術(shù)具有很大的優(yōu)勢，有利于減少測量成本，降低測量難度，節(jié)省資源，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)測量技術(shù)，提高測量效率和精準(zhǔn)度，其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:其一，布設(shè)點(diǎn)位時(shí)更加方便，觀測路程更短。傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量的點(diǎn)位要盡可能通視，避開高山、河流等，且任意兩個(gè)控制點(diǎn)之間的路線必須依次通過，而GNSS靜態(tài)測量相鄰點(diǎn)間無需通視，布設(shè)的控制網(wǎng)可以極大程度減小外業(yè)測量總路程。其二，靜態(tài)測量在各種天氣下都可以作業(yè)，視線是否通視均無影響，可隨時(shí)提供所測控制點(diǎn)的平面高程坐標(biāo)，簡單便捷，靜態(tài)測量狀況清楚。兩兩控制點(diǎn)之間的中間點(diǎn)更少，布設(shè)時(shí)比較自由，觀測工作能更快速地完成。高程靜態(tài)測量只需避開高層建筑、成片水域、大功率無線電發(fā)射設(shè)施、高壓輸電線等干擾環(huán)境，選取的控制點(diǎn)位上空盡可能開闊。其三，可以有效節(jié)省外業(yè)觀測時(shí)間，降低觀測員的工作難度。所選控制點(diǎn)的范圍容易把握，能控制在技術(shù)指標(biāo)內(nèi)，且兩控制點(diǎn)之間的誤差為偶然誤差。傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量在觀測時(shí)，兩控制點(diǎn)之間必須連續(xù)測量，中間任意一站出現(xiàn)差錯(cuò)，均需要把兩控制點(diǎn)之間的路線重新觀測。采用GNSS靜態(tài)觀測時(shí)只需要對(duì)中調(diào)平，記錄好每一站站名、天線高等相關(guān)信息，讓接收機(jī)自行接收數(shù)據(jù)，不用人工干預(yù)，勞動(dòng)量較小，對(duì)觀測人員的技能要求較低。其四，數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化，提高計(jì)算準(zhǔn)確性，測量成果精度較高，質(zhì)量可靠。GNSS野外觀測、數(shù)據(jù)采集完成后，內(nèi)業(yè)基本上由軟件自動(dòng)計(jì)算完成，計(jì)算速度與準(zhǔn)確性大幅度提高。

6結(jié)語

GNSS定位技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)，雖然GNSS定位的平面測量精度已經(jīng)能夠滿足許多工作需求，但是由于GNSS技術(shù)易受到天象、地球曲率、電場、磁場等限制，其高程精度還不能滿足某些高精度工程的要求，精度較高的工程大多還是由水準(zhǔn)測量獲得。GNSS靜態(tài)測量處理得到的高程精度容易被自身因素和外界環(huán)境影響，在對(duì)GNSS靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)采用多種軟件對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行解算得到高程，再與水準(zhǔn)測量高程進(jìn)行對(duì)比分析。不同軟件其解算結(jié)果也存在精度差異，只使用HGO軟件包處理存在單方面的局限性。應(yīng)在實(shí)驗(yàn)流程和數(shù)據(jù)處理中運(yùn)用各種技術(shù)方法和數(shù)學(xué)模型，對(duì)其產(chǎn)生的誤差進(jìn)行消減，達(dá)到更準(zhǔn)確、更高精度的觀測值。有時(shí)要在GNSS靜態(tài)觀測中確定高程觀測布設(shè)后盡可能確保靜態(tài)觀測符合技術(shù)指標(biāo)，精度符合限差，消減或消除高程測量中的影響因素，確保靜態(tài)觀測技術(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)性和精準(zhǔn)度。

作者：堵景林 盧金存 劉海南 楊碩 王濤