GNSS測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用分析

1、GNSS 測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用分析摘要：隨著科技的不斷發(fā)展， GNSS 定位技術(shù)在工程測(cè)量等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。文章 闡述GNSS技術(shù)的主要概念和特點(diǎn)，重點(diǎn)從兩個(gè)方面探討了 GNSS技術(shù)在工程測(cè)量 中的具體應(yīng)用。關(guān)鍵詞：工程測(cè)繪，GNSS技術(shù)，高程測(cè)量1 GNSS測(cè)量技術(shù)的基本原理GNSS 是 Global Navigation Satellite System ，即全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的英文簡(jiǎn)寫， 是對(duì)目前最先進(jìn)的中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System， BDS)、美國(guó)的GPS (Global Positioning System)全球定位系統(tǒng)

2、、俄羅斯的 GLONASS (GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema)系統(tǒng)、歐盟的 Galileo (Galileo?satellite navigation system)系統(tǒng)等各國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的統(tǒng)一 稱謂，也可以理解為這些衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)及其增強(qiáng)型系統(tǒng)的相加混合體。也就 是說它是由多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位及其增強(qiáng)型系統(tǒng)所拼湊組成的大系統(tǒng)。GNSS系統(tǒng) 能夠?qū)Ω鱾€(gè)地區(qū)展開全天候、連續(xù)性、全覆蓋的測(cè)量，并能夠?qū)崟r(shí)獲得定位點(diǎn)的 三維空間位置，因此在測(cè)量工作中有著極佳的應(yīng)用效果。它主要依靠GNSS接收 機(jī)獲得觀測(cè)數(shù)據(jù)，在經(jīng)過相應(yīng)處理之后，計(jì)算出接

3、收機(jī)系統(tǒng)與衛(wèi)星之間的距離， 從而利用空間后方交匯的原理解算出接收機(jī)的位置信息。GNSS 定位原理圖GNSS 測(cè)量技術(shù)的主要特點(diǎn)各個(gè)測(cè)站之間不需要進(jìn)行通視GNSS 工程對(duì)于各個(gè)測(cè)量站之間沒有太多要求，無需采取通視的方式，僅僅只需要確保上 部空間保持足夠的開闊，以此能夠促使接收的信號(hào)不會(huì)由于其他因素導(dǎo)致干擾出現(xiàn)。正是基 于這一特點(diǎn)，從而能夠大幅度減少造標(biāo)費(fèi)用的投入。不僅如此，各個(gè)點(diǎn)位的選擇也十分靈活， 可以根據(jù)工程本身的需要進(jìn)行位置確定，從而降低了選點(diǎn)埋石難度1。定位精度高一般情況下，雙頻的接收機(jī)定位精度基本上為5 mm +1 ppm，通過實(shí)踐應(yīng)用能夠知道，當(dāng) GNSS 的定位基線能夠保持在 30

4、 km 之內(nèi)，可以達(dá)到毫米級(jí)的定位精度。觀測(cè)時(shí)間很短在進(jìn)行GNSS網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)時(shí)，經(jīng)E級(jí)GPS網(wǎng)為例每個(gè)測(cè)站的觀測(cè)時(shí)間僅需要40 min 4, 而如果采取快速靜態(tài)定位方法之后，測(cè)量的時(shí)間將會(huì)大幅度縮短。而如果采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的方 法，則能夠在幾秒之內(nèi)獲得坐標(biāo)數(shù)據(jù)3。實(shí)時(shí)提供三維坐標(biāo)傳統(tǒng)的測(cè)量方法，都是把平面位置和高程的測(cè)量分開進(jìn)行，而GNSS不但可以觀測(cè)測(cè)站點(diǎn) 的平面位置，同時(shí)也可以觀測(cè)測(cè)站點(diǎn)位置的大地高，通過高程擬合，也可以求出測(cè)站點(diǎn)的正 常高。操作十分簡(jiǎn)便GNSS接收機(jī)也正在不斷完善，其本身自動(dòng)化水平也在逐漸提升。表現(xiàn)最為明顯的便是接 收機(jī)本身的體積在不斷縮小，能夠大幅度降低測(cè)量人員的工作強(qiáng)度，

5、而且數(shù)據(jù)接收的效果也 在持續(xù)加強(qiáng)。現(xiàn)如今GNSS接收機(jī)已經(jīng)逐漸向小型化以及簡(jiǎn)便化發(fā)展，工作操作步驟大幅度 減少，僅僅只需要完成天線整平、量取高度以及打開電源即可。而得到的數(shù)據(jù)資料可以利用 多種軟件進(jìn)行處理。不僅如此，GNSS觀測(cè)工作隨時(shí)都能夠開展，通常外界環(huán)境以及氣候因素 都不會(huì)造成較大的影響。GNSS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用3. 1 GNSS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用原則在采用GNSS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行定位的環(huán)節(jié)，一定要認(rèn)真做到以下幾點(diǎn)：將觀測(cè)點(diǎn)位選擇在基 礎(chǔ)穩(wěn)定的位置，便于長(zhǎng)期保存，安裝接收設(shè)備和相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，從而開拓視野。在測(cè)量中 C級(jí)及以下GNSS控制網(wǎng)觀測(cè)中保證其截止高度角不得大于15,同時(shí)還需避免建

6、筑、水域、 無線電發(fā)射塔等對(duì)衛(wèi)星信號(hào)造成干擾。合理的安排工程測(cè)量點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而便于進(jìn) 行工程放線和其他測(cè)量工作4。3.2利用GNSS技術(shù)建立工程控制網(wǎng)利用GNSS技術(shù)可以建立工程控制網(wǎng)，包括測(cè)圖控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)。 測(cè)圖控制網(wǎng)是在工程建設(shè)的初期建立的，主要目的是為測(cè)繪施工場(chǎng)地的地形圖提供控制點(diǎn)； 施工控制網(wǎng)是在工程開始施工的時(shí)候建立的，主要目的是為施工測(cè)量提供控制點(diǎn)；變形監(jiān)測(cè) 控制網(wǎng)是為對(duì)重大工程進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)提供控制點(diǎn)。利用GNSS技術(shù)取代傳統(tǒng)的工程控制網(wǎng)的建立方法，能夠降低工作強(qiáng)度、提高工作的效率, 同時(shí)也能夠提高控制點(diǎn)的精度。利用GNSS技術(shù)建立工程控制網(wǎng)通常采用靜

7、態(tài)相對(duì)定位的方 法，在精度要求不高的工程領(lǐng)域也可以采用動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位(RTK )測(cè)量建立控制網(wǎng)。在某高 速公路全長(zhǎng)5.92公理的隧道控制測(cè)量實(shí)踐中，測(cè)量人員首次測(cè)量采用了全站儀導(dǎo)線測(cè)量，由 于山高路陡投并且個(gè)別區(qū)域樹木較多投入包括輔助人員在內(nèi)的10個(gè)人經(jīng)過7天艱苦測(cè)量， 最終發(fā)現(xiàn)閉合差達(dá)不到四等導(dǎo)線精度要求。由于工期緊張無法再次進(jìn)行全站儀導(dǎo)線補(bǔ)測(cè)，決 定采用GNSS測(cè)量，投入8臺(tái)GNSS接收機(jī)僅用半天時(shí)間完成了外業(yè)測(cè)量，經(jīng)過計(jì)算精度達(dá)到 高速公路四等GPS網(wǎng)精度要求。兩次測(cè)量投入資源比較及GNSS測(cè)量網(wǎng)圖如下：全站儀導(dǎo)線與GNSS控制測(cè)量比較表由此可見，采用GNSS進(jìn)行施工控制網(wǎng)測(cè)量有著傳統(tǒng)導(dǎo)線

8、測(cè)量所無法比擬的優(yōu)勢(shì)。3.3利用GNSS技術(shù)進(jìn)行碎部測(cè)量和施工放樣使用GNSS技術(shù)進(jìn)行碎部測(cè)量或施工放樣的原理是GNSS測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位 即： RTK(Real Time Kinematic)。 RTK 技術(shù)是以載波相位測(cè)量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的以載 波相位測(cè)量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)，是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展里程中的一個(gè)標(biāo)志，是一 種高校的定位技術(shù)。它是利用2臺(tái)以上GPS接收機(jī)同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，其中一臺(tái)安置在已知 坐標(biāo)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站，另一臺(tái)用來測(cè)定未知點(diǎn)的坐標(biāo)移動(dòng)站，基準(zhǔn)站根據(jù)該點(diǎn)的準(zhǔn)確坐 標(biāo)求出其到衛(wèi)星的距離改正數(shù)并將這一改正數(shù)發(fā)給移動(dòng)站，移動(dòng)站根據(jù)這一改正數(shù)來改正其 定位結(jié)

9、果，從而大大提高定位精度。它能夠?qū)崟r(shí)的地提供測(cè)站點(diǎn)指定坐標(biāo)系的三維定位結(jié)果 并達(dá)到厘米級(jí)精度。工程測(cè)量規(guī)范(GB50026-2007 )中對(duì)橋梁施工測(cè)量允許偏差要求中對(duì)承臺(tái)以下部結(jié) 構(gòu)的偏差要求最低是6mm。從表中可以看出最大點(diǎn)位誤差是5mm,因此RTK放樣可以應(yīng)用 于橋梁承臺(tái)以下部位施工放樣。但是在公路工程、鐵路工程等線路工程的施工過程中，由于線路工程的施工區(qū)域一般都 是一個(gè)狹長(zhǎng)的地區(qū)，隨著線路的延伸基準(zhǔn)點(diǎn)與移動(dòng)站之間的距離會(huì)增加，RTK測(cè)量精度也逐 漸降低，當(dāng)達(dá)到 30KM 起測(cè)量精度達(dá)不到厘米級(jí)，此時(shí)應(yīng)該縮短基準(zhǔn)站與移動(dòng)站之間的距離。單基站 RTK 測(cè)量精度與基準(zhǔn)站距離的關(guān)系圖3.4利用

10、GNSS技術(shù)進(jìn)行高程測(cè)量目前GNSS擬合高程測(cè)量，可應(yīng)用于五等及以下等級(jí)的高程測(cè)量4。其原理是：GNSS 測(cè)量得到的高程是大地高H,而工程建設(shè)中使用的高程是指正常高h(yuǎn),兩者之間存在差值稱 為高程異常。在實(shí)際工作中，采用在水準(zhǔn)點(diǎn)上布設(shè)GNSS點(diǎn)或?qū)NSS點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)的方法 來實(shí)現(xiàn)來進(jìn)行高程擬合,為了獲得好的擬合結(jié)果要求采用數(shù)量盡量多的已知點(diǎn),它們應(yīng)均勻 分布，并且最好能夠?qū)⒄麄€(gè)GPS網(wǎng)包圍起來。若擬合區(qū)域較大，可采用分區(qū)擬合的方法，即 將整個(gè)GNSS網(wǎng)劃分為若干區(qū)域，利用位于各個(gè)區(qū)域中的已知點(diǎn)分別擬合出該區(qū)域中的各點(diǎn) 的高程異常值，從而確定出它們的正常高。4 結(jié)語GNSS測(cè)量使得工程測(cè)量的精度、作業(yè)效率、實(shí)時(shí)性達(dá)到最佳的融合。隨著數(shù)據(jù)傳輸能力 的增強(qiáng)，數(shù)據(jù)的穩(wěn)健性，抗干擾設(shè)計(jì)和軟件功能的提高，傳輸距離的增加， RTK 技術(shù)將在工 程放樣及其他領(lǐng)域得到更廣闊的應(yīng)用。 2018年8月25日7時(shí)52分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中 心用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭以“一箭雙星”方式成功發(fā)射第三十五、三十六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，隨 著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在軌衛(wèi)星數(shù)的增加，GNSS的測(cè)量精度更高效便捷，精度更優(yōu)，國(guó)產(chǎn)GNSS接 收機(jī)價(jià)格也會(huì)降低，它將在工程測(cè)量中應(yīng)用更廣泛，從根本上提高工程測(cè)量的質(zhì)量和作業(yè)效 率。參考