GNSS在控制測量中的應用

（貴州工程應用技術學院礦業工程學院 貴州·畢節 551700）

1 GNSS組成及其優勢分析

全球衛星導航系統（GNSS）主要包含了空間衛星星座、地面控制系統以及用戶終端三大部分。由中國的北斗衛星導航系統、美國的GPS系統、俄羅斯的GLONASS系統以及歐洲的GALILEO系統組成，同時也涵蓋在建的和以后要建的其他衛星導航系統。

對比用全站儀與水準儀結合的傳統布設控制網的方式，它由于測站之間無需通視，在選擇站點時具有更加靈活性的特點；由于其信號的傳輸方式及工作方式又使其具備了自動化、全天候、連續性、實時性、應用廣泛與經濟性的導航定位定時優點。

2 現行規范及其要求

根據我國目前現行的 GPS網設計規范 GBT18314-2016《全球定位系統（GPS）測量規范》（以下簡稱《規范》）中，對GNSS控制網的主要技術要求見表1。

表1：GNSS控制網的主要技術要求

其中，二、三、四等網，相鄰點最小距離不應小于平均距離的1/2；最大距離不應超過平均距離的2倍；一、二級網的相鄰導線長短邊距離不應超過3:1，且導線邊夾角應大于30°。

表2：城市及工程GPS控制作業中靜態GPS測量作業的基本技術要求

《規范》中對城市及工程GPS控制作業中各級測量作業的基本要求規定見表2。

在貴州工程應用技術學院（以下簡稱貴工程）進行靜態控制網的布設時，由于測區面積較小，同時為了控制點達到一定的數量要求，布設基線的長度均小于1km且普遍介于200m～500m之間，適用《規范》中對于二級GNSS網布設的技術要求。

3 GNSS測量的設計與實施

貴工程內分布有畢節市地區E級GNSS控制點，本次通過聯測已有的控制點進行靜態加密布網；并通過南方NTS-3402R系列全站儀（測距精度2±2×10-6D，測角精度2″）對部分控制點進行測量，檢驗控制網的精度與可靠性。

由于其測區內無高大建筑物以及地表高壓輸電線等地物影響，采用GNSS靜態觀測方法可以減少多路徑效應產生的影響，保證測量精度。同時，為了避免其他觀測環境因素對接收機信號的影響，因此選擇前校門WA17點、化學工程學院旁WA10點、學院大橋K2點等十個點進行校園控制網的布設。

根據測區的實際情況，由于靜態控制網的邊長屬于短基線且平均基線長度小于1km，適用《規范》中的二級GNSS網的測設工作，因此可進行對GNSS短基線控制網布設的應用分析。控制網采用了十個定位點，五個觀測時段；具有三條重復基線，十三個同步環；并采用了邊連式進行網連接，增強了控制網的幾何強度和可靠性。控制點點位分布及控制網形如圖1所示。

圖1：貴工程校園控制網示意圖

本次實驗采用了四臺中海達 V90機頭進行靜態測量工作，其靜態采集平面精度為±2.5mm ＋ 1ppm，高程精度為±5mm＋1ppm；設置采樣間隔為10s，衛星高度角≥15°；觀測時段≥60min，符合規范對二級網靜態采集的要求。具體觀測時段見表3。

表3：靜態觀測時段

根據觀測之前的衛星預報，在上述時間段內，GNSS衛星幾何分布的PDOP值小于6，衛星個數都在四顆以上符合觀測要求。同時，對聯測的控制點使用測距精度2±2×10-6D，測角精度2″的南方NTS-3402R全站儀進行精密導線測量，確保GNSS靜態數據與導線測量數據可進行相互校核。

4 基線解算及數據分析

表4：GNSS控制網基線解算結果

為避免數據轉換過程中造成數據丟失，本控制網采用中海達HGO軟件進行基線向量的解算及網平差。首先剔除觀測時段中發現的粗差以及信號間斷引起整周跳變的數據，貴工程校園GNSS控制網基線解算結果見表4。

通過對基線解算的結果分析，進行短基線處理時，單頻數據通過差分處理方法可有效的消除電離層的影響，從而確保相對定位結果的精度。結果顯示平面精度最小值為0.2mm，最大值為0.9mm；高程精度最小值為0.5mm，最大值為1.7mm；完全符合E級控制網導線平面精度小于2mm，高程精度小于5mm的精度要求。Ratio與RMS也符合相應大于2mm和小于25mm的限差要求。表3的數據表明，貴工程校園控制網的基線解算均滿足要求。

同時為檢驗基線的精度與可靠性，同時采用南方NTS-3402R系列全站儀及配套棱鏡進行部分導線邊的邊角檢測。由于通視條件受限，本實驗僅在部分控制點上進行邊長校核。觀測值經過加常數改正、乘常數改正以及氣象改正等必要的數據處理后，其結果對比見表5。

表5：貴工程平面控制點距離校核表

校核結果顯示，三條基線平面控制點控制點最弱邊中誤差為1/29460，精度精度完全滿足《規范》中對于一般工程二等GNSS網的最弱邊中誤差要求，保證了基線解算的正確性與可靠性。

分別采用北斗衛星導航系統、GPS系統、GLONASS系統對同一組數據在相同條件下進行基線解算的結果，進行精度對比。基線的解算精度對照結果見表6。

表6：單一系統基線解算精度對比

解算結果表明，利用單一衛星導航系統在相同的環境中進行靜態控制網布設時，觀測時同步衛星的個數以及定位精度仍然存在一定的局限性，利用GNSS系統可以在整體上改善觀測的有效性、完整性。

5 GNSS網平差結果分析

代入 WGS—84系下的控制點（WA4、WA6、WA23）利用質量檢核合格的基線向量構成的閉合圖形，及其相應的方差—協方差陣作為觀測信息，進行GPS網的無約束平差。檢驗值的范圍為17.8867～61.5821，檢驗值為23.6656，檢驗通過。基線改正結果見表7，自由網平差坐標結果見表8。

表7：基線改正結果

表8：自由網平差坐標結果

其中，平差后的最弱邊（WA10-WA40）相對中誤差為1/29460，完全滿足 GNSS二級網對于最弱邊中誤差小于1/10000的技術要求。

6 結束語

本文簡要的分析了GNSS的組成及其在控制測量中的優勢。通對校園控制網的布設，介紹GNSS靜態數據采集處理的一般過程。由單一的導航定位系統靜態基線解算數據對比，可以看出在相同的觀測條件下GNSS組合系統彌補了單一系統在工程測量中的局限性，在整體上改善了系統的有效性、完整性，同時保證了在復雜環境中觀測時同步觀測的衛星個數和定位精度。