全球衛星定位系統（GNSS）在工程測量中的實踐運用探索

段廷魁

（蘭州市城市建設設計院，甘肅 蘭州 730050）

引言

全球衛星定位系統（GNSS）憑借其自身高精度、操作便捷、設備便攜、全天候工作等優勢，近年來在工程測量中獲得了廣泛的運用，并且取得了良好的工作成果。對全球衛星定位系統在工程測量中的實踐運用進行探索，可以更好地了解系統運行原理，明確其在工程測量中的應用優勢，進而提高系統應用水平，進一步改善工程測量技術環境，提高工程測量效率與質量，為工程建設奠定良好的地形數據參數基礎。

1 全球衛星定位系統（GNSS）介紹

全球衛星定位系統（GNSS）是一種可以在地球表面和近地空間中的任何地點為使用者提供24 小時不間斷的三維坐標、速度、時間信息的空基無線電定位系統，常見應用包括導航、定位、測量、救援、軍事、監視和管理等[1]。目前，全球領域擁有四大全球衛星定位系統，分別是美國的GPS系統、中國的北斗衛星系統（BDS）、俄羅斯的格洛納斯衛星系統（GLONASS）、歐盟的伽利略衛星系統（GALILEO），其中GPS 系統是國際上第一個建立的定位系統，技術應用十分成熟。中國的BDS 系統雖然研發和應用起步較晚，但是發展十分迅速，目前已經具備了亞太區的定位、授時服務功能，并且逐漸朝著全球化的方向快速發展著。

2 全球衛星定位系統（GNSS）在工程測量中的應用優勢

全球衛星定位系統在進入商業領域以后，一時之間掀起了運用浪潮，其根本組成包括空間衛星群和地面監控系統兩大模塊，實際使用者還需要配備專門的衛星信號接收裝置，以此實現全球衛星定位的功能。全球衛星定位系統已經被廣泛應用于工程測量領域中，并且具有很多應用優勢，對工程測量事業的發展和進步做出了巨大的貢獻[2]。

2.1 導航定位準確，測量精度高

全球衛星定位系統的運行是依托于空間衛星群、衛星信號接收裝置進行工作的，將其應用在工程測量中，可以對測量對象的空間位置、尺寸等主要參數進行快速確定，工程兩側人員只需對收集到的各種測量參數進行分析、校準即可，與傳統的人工測量相比，定位更加準確，并且操作簡單。另外，使用全球衛星定位系統進行工程測量的時候，具有很好的適用性，可以對各種地勢險要或者測量條件很差的地方進行工程測量，無需測量人員到達測量現場，可以實現遠程操控，工程測量難度有所降低，測量成本也比較低[3]。另外，目前全球衛星定位系統的運用已經十分成熟，在工程測量中的運用可以實現高精度測量，對于動態定位可以達到厘米級，靜態定位已經實現了毫米級，避免了人工測量帶來的誤差，在大區域精密工程中的運用具有很高的價值。

2.2 測量操作簡單，耗時少

全球衛星定位系統在工程測量中的運用越來越廣泛，適用范圍很廣，只要覆蓋衛星信號，并且可以進行信號接收的地方，都可以進行工程測量，并且該系統在實際運用的時候操作十分簡單，受到外界因素的干擾也比較小。人工測量受到人員和技術、設備的影響，在一些惡劣天氣、危險地形區域中的測量難度會比較大，并且容易在外界因素的干擾下發生測量誤差，進而對工程建設精度和質量造成影響。而全球衛星定位系統無需測量人員到達測量現場，可以在任何天氣、任何環境下進行工程測量，實時開展工程測量工作，工作耗時少。相比于全站儀、經緯儀技術而言，全球衛星定位系統的運用優勢十分明顯，打破了時空限制，并且外部影響因素少，測量精度得到了保障。

2.3 量測站點之間無需通視

全球衛星定位系統在工程測量中進行運用時，使用者需要在專門的軟件上對衛星信號接收設備獲得的衛星信號進行分析與處理，并得到自己需要的定位信息，進而實現衛星定位。在具體運用的過程中，全球衛星定位系統的多個測量站點之間，無需進行通視，彼此之間的設立和運行顯得十分靈活，給工程測量工作人員也帶去了極大的便利條件。但是，在使用全球衛星定位系統的過程中，需要特別注意的是測量站點的上空應該保證一定的開闊性，盡量選擇在上空開闊的地點，避免建筑物、樹木等高大物體的遮擋，減少對衛星信號的干擾，提高定位精度和速度[4]。

2.4 可以進行三維坐標顯示

在工程測量中應用全球衛星定位系統，可以實現三維坐標顯示，不僅可以很好地完成平面位置觀測和定位工作，而且可以在大地高程方面進行有效運用，精準測量各種定位數據參數，實現高程擬合測量。并且在實際應用過程中無需考慮時間和地點的干擾，進行全天候測量，以此保證工程測量的連續性，實時監測測量對象的微小變化，并通過三維仿真地形圖進行呈現，為工程建設提供有效依據。

3 全球衛星定位系統（GNSS）工程測量原理

全球衛星定位系統的工程測量原理并不復雜，首先需要將地球外部的衛星位置作為已知點，然后衛星會對自己與地球內部測量點之間的距離進行測算，最后通過交會原理去計算工程測量點的具體三維坐標，完成工程測量。具體來看，衛星通過電磁波的形式將測量到的衛星與地面測量點之間的位置信息發送出來，被地面上的衛星信號接收裝置獲取，并跟隨衛星的移動得到不同時間節點的位置信息數據，通過相關的計算公式得到地面測量點的三維坐標。

4 全球衛星定位系統（GNSS）在工程測量中的實踐運用

4.1 工程變形監測

在工程建設的過程中，受到地形、技術、人為施工操作等因素的影響，經常會發生工程變形問題，導致工程空間位置出現移動，影響工程建設質量。所以，為了做好工程變形監測，就可以在工程建設施工和竣工驗收的時候，合理應用全球衛星定位系統進行工程變形監測，以便及時發現建筑物移位、建筑物變形等問題，及時采取有效措施進行補救，避免出現大的工程事故，或者導致建筑物無法通過驗收[5]。全球衛星定位系統具有三維定位的典型應用優勢，是目前工程變形監測中使用十分廣泛的一種技術手段，獲得了良好的監測效果。尤其是在建筑物地下空間得到有效開發以后，超深基坑的設計和應用逐漸多了起來，基坑深度往往都超過了10m，在施工的過程中必須做好支護工作，基坑支護效果直接決定了工程建設的成敗，因此需要特別注意深基坑支護結構的變形監測，例如水平位移監測和沉降監測等。

4.2 水準測量

工程建設過程中經常會建立高程控制網，傳統建立方法是水準測量，需要進行野外作業，測量工作量大，并且容易受到地形、外界自然條件以及通視等方面的影響，測量精度不是很高，并且耗時費力，測量成本較高。而使用全球衛星定位系統進行水準測量，則可以很好的規避傳統水準測量法的應用弊端，并且測量操作十分簡單，工作效率高，費用低，受到外界條件因素的干擾非常小，實用性很好[6]。在使用全球衛星定位系統進行水準測量的時候，主要涉及到兩方面內容，一方面是對大地高度進行測量，另一方面需要借助其他測量和計算技術對大地水準面差距以及高程異常進行確定。常用的輔助技術包括全球重力場模型，將其與重力數據、水準測量結果和精密水準資料結合起來，可以建立一個區域性的水準面模型。傳統的水準測量方式通常是幾何水準測量，在測量的過程中需要耗費大量的時間，并且容易受到外界因素的干擾，影響測量精度，例如地形限制、工作條件限制等，使得水準測量工作效率下降。使用全球衛星定位系統進行水準測量，可以充分發揮出高程擬合測量技術的優勢，通過對衛星信號進行接收和處理的方法，快速、準確輸出水準點高程測量結果，既保證了測量的精度，又提高了測量的效率。

4.3 工程竣工測量

工程建設完工以后，需要全方面的進行工程竣工測量，包括總平面圖、建筑高度與層高以及道路管線等多個測量項目。其中，在對建筑工程總平面圖進行竣工測量的時候，需要對工程占地實際面積和基層面積等進行確定。并且需要準確測量建筑高度和層高，與施工規劃圖紙進行一一比對，確保施工質量達標，并且滿足設計要求。道路和管線的鋪設走向在建筑工程中具有重要意義，也需要進行準確的測量，確保其位置不出現偏差，符合設計要求，達到驗收標準。全球衛星定位系統在工程竣工測量中的運用需要立足于成圖比例，在統一平面坐標系中要保證測量數據和工程區域內的基礎地理信息達到吻合以后，再對測量結果進行保存。實際測量過程中，為了保證測量數據準確，需要首先得到有關網絡的使用權，合理選擇E 級控制點，確定好測量距離，做好集中矯正，并且在測量計算中控制好誤差，保證工程竣工測量工作順利開展[7]。

4.4 工程測量現場高度仿真

全球衛星定位系統在工程測量中的運用十分可靠，對于測量人員的技術要求也不是特別高，并且不會受到測量環境和條件的過分影響，可以提高測量精度和效率。在全球衛星定位系統具體運用的過程中，可以靈活運用虛擬現實技術去進行工程測量現場的高度仿真，有助于提高工程測量的精度和測繪效率，使得工程測量變得更加直觀和容易，操作簡單快捷，為工程建設提供了準確、實時的工程數據參數，確保了工程建設的順利開展。工程測量人員可以使用相關的專業軟件，對測量得到的各種數據信息進行快速分析和處理，建立數學模型，對測量現場進行高度仿真，幫助測量人員對測量結果進行動態分析和研究，發現測量問題，找到原因，并制定方案予以及時解決，不斷提升工程測量準確度。

4.5 地形圖測繪以及施工放樣

全球衛星定位系統的具體應用過程，經常會利用到載波相位差分技術（RTK），可以對兩個測量站點之間的載波相位監測量進行實時處理，進而輔助施工放樣和地形圖測繪。載波相位差分系統是由已知坐標的基準站和用戶接收機組成的，在進行地形圖繪制或者施工放樣的時候，基準站會將獲得的載波相位實時發送到用戶接收機上，測量人員就可以根據得到的準確信息數據進行差分計算，求解得到用戶接收機的位置坐標。在使用全球衛星定位系統進行地形圖測繪時，可以實現單人作業，操作簡單、快速，可以實時將測定好的數據反饋到計算機上，例如地形、地物特點，使用專業的制圖軟件進行地形圖繪制，得到最終的成果圖[8]。另外，在使用全球衛星定位系統進行地形圖測繪的時候，尤其是大比例尺地圖的繪制，測繪人員可以在測量現場的任意具有衛星信號覆蓋，并且可以接受衛星信號的位置進行數據采集，數據采集耗費的時間僅為幾秒鐘，可以快速獲取測量點的坐標高程，并結合其它方面的數據去完成大比例尺地形圖的繪制。

5 結束語

綜上所述，全球衛星定位系統（GNSS）是目前廣泛應用于工程測量的先進技術之一，具有諸多應用優勢，例如定位準確、測量精度高、操作簡單、便于攜帶以及全天候工作等，大大提高了工程測量的效率與質量。隨著科學技術的不斷發展，全球衛星定位系統（GNSS）的應用也會越來越成熟，系統功能也會逐漸豐富和拓展，適用范圍不斷擴大，促進技術發展的同時，進一步改善工程測量工作環境和條件，提高整體工作效果。