三星系统测量技术及其在工程测量中的应用

三星系统测量技术及其在工程测量中的应用
随着科学技术的发展，目前空中导航卫星可用的颗数和卫星种类在逐步增加，三星系统已经在RTK中普及，RTK技术的定位精度已能达到厘米级，完全可以满足一般工程测量的精度要求。

本文介绍了三星系统测量技术的主要特点，探讨了三星全球定位系统在工程测量中的应用。

标签三星系统；RTK；工程测量；特点；应用
一、三星系统简介
三星系统是指目前的GPS、GLONASS、北斗。

GPS 系统的全称是卫星测时导航/ 全球定位系统（Navig at ion Satellite T iming And Ranging/ Global Positioning Sy stem），它是美国国防部于1973 年12 月批准研制的以卫星为基础的无线电导航定位系统，整个系统由三大部分组成——空间GPS 卫星星座、地面监控系统以及用户设备GPS 接收机。

该系统具有全能性、全球性、全天候、连续性、实时性的导航、定位和定时的功能，它可以向数目不限的全球用户连续地提供三维坐标、速度及时间信息。

GLONASS系统（俄语：ГЛОНАСС，全名ГЛОбальная НАвигационная Спутник овая Система，英文可解释为GLObal NAviga tion Satellite System，意译全球导航卫星系统），是由俄罗斯研发的卫星导航系统。

GLONASS系统由卫星、地面测控站和用户设备三部分组成。

目前的系统由21颗工作星和3颗备份星组成，分布于3个轨道平面上，每个轨道面有8颗卫星，轨道高度1万9000公里，运行周期11小时15分。

北斗导航系统（BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System）是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。

北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。

目前空间段有14颗卫星，包括4颗MEO（高度圆轨道）卫星、5颗IGSO（倾斜地球同步轨道）卫星、5颗GEO（地球静止轨道）卫星。

该系统于2012年12月起正式提供服务。

目前的测量设备已经可以同时接收以上三种卫星的信号，从而使得仪器在空间可用性，时间可用性，以及可靠性方面大大提高。

二、三星系统测量技术的主要特点
1、定位精度高。

实践证明，三星系统用载波相位观测量进行静态相对定位在小于50 km 的基线上可达1 ppm；工程精密定位中，平面位置误差小于1mm （1 h 以上观测）；实时动态定位（RTK）可达厘米级的精度。

2、观测时间短。

目前，20 km 以内静态相对定位的时间仅需15～20 min，
快速静态定位只需2 min 左右，实时动态定位每站观测1～2 s 就可完成。

3、测站间无需通视。

这是三星测量技术区别于常规测量的最大优点，尤其是布设长大线路施工控制网时，可省去大量过渡点的测量，大大减少测量作业时间和费用。

4、操作简便。

三星系统接收机自动化程度非常高，外业观测时，测量人员的任务只是安置仪器、量取天线高、开关机及监视仪器工作状态。

5、全球全天候测量。

目前卫星数已达60多颗，正常情况下随时都可以进行测量定位。

三、三星全球定位系统在工程测量中的应用
三星全球定位系统在工程测量中的应用越来越广泛，这主要依赖于三星系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。

工程测量主要应用了三星系统的两大功能：静态功能和动态功能。

利用静态定位技术和动态定位技术相结合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制测量。

例如在公路控制测量中使用静态功能这一技术进行定线测量的精度可以完全满足公路勘察设计和公路建设的精度要求。

下面以三星测量技术在公路测量中的应用为例介绍三星系统在实际工程测量工作中的应用。

近几年国内高等级公路建设迎来前所末有的发展机遇，这就对勘测设计提出了更高的要求，公路设计已实现CAD化，有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持；建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链，减少数据转抄、输入等中间环节，是公路勘测设计“内外业一体化”的要求。

目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期。

勘测技术的进步在于设备引进和技术改造，在目前的技术条件下引入三星测量技术应当是首选。

当前，用静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量，为勘测阶段测绘带状地形图、路线平面、纵横断面测量提供依据；在施工阶段为桥梁，隧道建立施工控制网，这仅仅是三星测量技术在公路测量中应用的初级阶段，公路测量的技术潜力蕴于RTK（实时动态定位）技术的应用之中。

下面就RTK 技术在公路勘测中的应用作简单的介绍。

实时动态（RTK ）定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS（地理信息系统）前端数据采集。

1、快速静态定位模式
要求GPS接收机在每一流动站上，静止的进行观测。

在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实
时观测。

2、动态定位
也就是目前的RTK技术，能够时时显示要测量点的三维坐标。

其定位精度可以达到厘米级。

动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面测量等工作。

且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器（如全站仪）不可比拟的优点。

3、RTK技术的优点
RTK技术主要具有以下优点：
（1）实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果；
（2）彻底摆脱了由于粗差造成的返工，提高了RTK作业效率；
（3）作业效率高，每个放样点只需要停留2～ 4 s，其精度和效率是常规测量所无法比拟的；
（4）应用范围广，可以涵盖公路测量（包括平、纵、横），施工放样，监理，竣工测量，养护测量，G IS前端数据采集诸多方面；
（5）如辅助相应的软件，RTK 可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势。

参考文献：
[1]马奔腾，赵新跃. GPS技术在公路测量中的应用[J]. 科技资讯. 2008（11）
[2]李亚东. 浅议GPS技术在现代化测量中的应用[J]. 华章. 2011（17）
陈春雷，1982年12月出生，性别：男，民族：汉族，籍贯：山东成武。

现供职山东建大教育置业有限公司，大学本科学历，主要研究方向为测绘工程。

李伟志，1985年出生；男民族：汉族；籍贯：山东郓城；现供职：山东建大教育职业有限公司，职位：土建主管，学位：大学本科，研究方向：施工管理和技术研究。