GNSS测量技术在工程测量中的应用分析

GNSS测量技术在工程测量中的应用分析
摘要：随着科技的不断发展， GNSS定位技术在工程测量等领域广泛应用。

文章
阐述GNSS技术的主要概念和特点，重点从两个方面探讨了GNSS技术在工程测量中的具体应用。

关键词：工程测绘，GNSS 技术，高程测量
1 GNSS 测量技术的基本原理
GNSS是Global Navigation Satellite System，即全球卫星导航系统的英文简写，是对目前最先进的中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）、美国的GPS（Global Positioning System）全球定位系统、俄罗斯的GLONASS（GLObalnaya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema）系统、欧盟的Galileo（Galileo?satellite navigation system）系统等各国卫星导航定位系统的统一
称谓，也可以理解为这些卫星导航定位系统及其增强型系统的相加混合体。

也就
是说它是由多个卫星导航定位及其增强型系统所拼凑组成的大系统。

GNSS系统
能够对各个地区展开全天候、连续性、全覆盖的测量，并能够实时获得定位点的
三维空间位置，因此在测量工作中有着极佳的应用效果。

它主要依靠GNSS 接收
机获得观测数据，在经过相应处理之后，计算出接收机系统与卫星之间的距离，
从而利用空间后方交汇的原理解算出接收机的位置信息。

GNSS定位原理图
2 GNSS 测量技术的主要特点
2.1 各个测站之间不需要进行通视
GNSS 工程对于各个测量站之间没有太多要求，无需采取通视的方式，仅仅只需要确保上
部空间保持足够的开阔，以此能够促使接收的信号不会由于其他因素导致干扰出现。

正是基
于这一特点，从而能够大幅度减少造标费用的投入。

不仅如此，各个点位的选择也十分灵活，可以根据工程本身的需要进行位置确定，从而降低了选点埋石难度［1］。

2.2 定位精度高
一般情况下，双频的接收机定位精度基本上为5 mm +1 ppm，通过实践应用能够知道，
当GNSS 的定位基线能够保持在30 km 之内，可以达到毫米级的定位精度。

2.3 观测时间很短
在进行GNSS 网外业观测时，经E级GPS网为例每个测站的观测时间仅需要40 min［4］，而如果采取快速静态定位方法之后，测量的时间将会大幅度缩短。

而如果采用实时动态的方法，则能够在几秒之内获得坐标数据［3］。

2.4 实时提供三维坐标
传统的测量方法，都是把平面位置和高程的测量分开进行，而GNSS 不但可以观测测站点的平面位置，同时也可以观测测站点位置的大地高，通过高程拟合，也可以求出测站点的正
常高。

2.5 操作十分简便
GNSS 接收机也正在不断完善，其本身自动化水平也在逐渐提升。

表现最为明显的便是接
收机本身的体积在不断缩小，能够大幅度降低测量人员的工作强度，而且数据接收的效果也
在持续加强。

现如今GNSS 接收机已经逐渐向小型化以及简便化发展，工作操作步骤大幅度
减少，仅仅只需要完成天线整平、量取高度以及打开电源即可。

而得到的数据资料可以利用
多种软件进行处理。

不仅如此，GNSS 观测工作随时都能够开展，通常外界环境以及气候因素都不会造成较大的影响。

3 GNSS 技术在工程测量中的应用
3． 1 GNSS 测量技术的应用原则
在采用GNSS 测量技术进行定位的环节，一定要认真做到以下几点：将观测点位选择在基础稳定的位置，便于长期保存，安装接收设备和相应的基础设施，从而开拓视野。

在测量中
C级及以下GNSS控制网观测中保证其截止高度角不得大于15°，同时还需避免建筑、水域、
无线电发射塔等对卫星信号造成干扰。

合理的安排工程测量点位进行优化设计，从而便于进
行工程放线和其他测量工作［4］。

3.2 利用GNSS 技术建立工程控制网
利用GNSS 技术可以建立工程控制网，包括测图控制网、施工控制网、变形监测控制网。

测图控制网是在工程建设的初期建立的，主要目的是为测绘施工场地的地形图提供控制点；
施工控制网是在工程开始施工的时候建立的，主要目的是为施工测量提供控制点；变形监测
控制网是为对重大工程进行变形监测提供控制点。

利用GNSS 技术取代传统的工程控制网的建立方法，能够降低工作强度、提高工作的效率，同时也能够提高控制点的精度。

利用GNSS 技术建立工程控制网通常采用静态相对定位的方法，在精度要求不高的工程领域也可以采用动态实时定位（RTK）测量建立控制网。

在某高
速公路全长5.92公理的隧道控制测量实践中，测量人员首次测量采用了全站仪导线测量，由
于山高路陡投并且个别区域树木较多投入包括辅助人员在内的10个人经过7天艰苦测量，
最终发现闭合差达不到四等导线精度要求。

由于工期紧张无法再次进行全站仪导线补测，决
定采用GNSS测量，投入8台GNSS接收机仅用半天时间完成了外业测量，经过计算精度达到高速公路四等GPS网精度要求。

两次测量投入资源比较及GNSS测量网图如下：全站仪导线与GNSS控制测量比较表
由此可见，采用GNSS进行施工控制网测量有着传统导线测量所无法比拟的优势。

3.3 利用GNSS 技术进行碎部测量和施工放样
使用GNSS 技术进行碎部测量或施工放样的原理是GNSS 测量技术可以实现动态实时定位即：RTK（Real Time Kinematic）。

RTK技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载
波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术，是GPS测量技术发展里程中的一个标志，是一
种高校的定位技术。

它是利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知
坐标点上作为基准站，另一台用来测定未知点的坐标——移动站，基准站根据该点的准确坐
标求出其到卫星的距离改正数并将这一改正数发给移动站，移动站根据这一改正数来改正其
定位结果，从而大大提高定位精度。

它能够实时的地提供测站点指定坐标系的三维定位结果，并达到厘米级精度。

《工程测量规范》（GB50026-2007）中对桥梁施工测量允许偏差要求中对承台以下部结
构的偏差要求最低是±6mm。

从表中可以看出最大点位误差是5mm，因此RTK放样可以应用
于桥梁承台以下部位施工放样。

但是在公路工程、铁路工程等线路工程的施工过程中，由于线路工程的施工区域一般都
是一个狭长的地区，随着线路的延伸基准点与移动站之间的距离会增加，RTK测量精度也逐
渐降低，当达到30KM起测量精度达不到厘米级，此时应该缩短基准站与移动站之间的距离。

单基站RTK测量精度与基准站距离的关系图
3.4 利用GNSS 技术进行高程测量
目前GNSS拟合高程测量，可应用于五等及以下等级的高程测量［4］。

其原理是：GNSS
测量得到的高程是大地高H，而工程建设中使用的高程是指正常高h，两者之间存在差值称为高程异常。

在实际工作中，采用在水准点上布设GNSS点或对GNSS点进行水准联测的方法来实现来进行高程拟合，为了获得好的拟合结果要求采用数量尽量多的已知点，它们应均匀分布，并且最好能够将整个GPS网包围起来。

若拟合区域较大，可采用分区拟合的方法，即将整个GNSS网划分为若干区域，利用位于各个区域中的已知点分别拟合出该区域中的各点的高程异常值，从而确定出它们的正常高。

4 结语
GNSS测量使得工程测量的精度、作业效率、实时性达到最佳的融合。

随着数据传输能力的增强，数据的稳健性，抗干扰设计和软件功能的提高，传输距离的增加，RTK技术将在工程放样及其他领域得到更广阔的应用。

2018年8月25日7时52分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭以“一箭双星”方式成功发射第三十五、三十六颗北斗导航卫星，随着北斗导航系统在轨卫星数的增加，GNSS的测量精度更高效便捷，精度更优，国产GNSS接收机价格也会降低，它将在工程测量中应用更广泛，从根本上提高工程测量的质量和作业效率。

参考文献：
［1］何祖伟．浅析GPS 测量技术及其在工程测量中的应用要点［J］．科学技术创新，2015（10）：88．
［2］中华人民共和国国家标准，《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T 18314-2009 ［3］季厚振．浅析GPS 测量技术及其在工程测量中的应用要点［J］．科技传播，2017（13）：88．
［4］中华人民共和国国家标准，《工程测量规范》GB50026-2007。