GNSS測量技術在都市建成區(qū)測繪工作中應用及分析

馮 炎，雷朝鋒

（河南省有色金屬地質礦產(chǎn)局第一地質隊，河南鄭州450016）

1 GNSS簡介

GNSS 的全稱是全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System），它是泛指所有的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)以及區(qū)域和增強系統(tǒng)，它利用包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的GALILEO、中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，美國的WAAS（廣域增強系統(tǒng)）、歐洲的EGNOS（歐洲靜地導航重疊系統(tǒng)）和日本的MSAS（多功能運輸衛(wèi)星增強系統(tǒng)）等衛(wèi)星導航系統(tǒng)中的一個或多個系統(tǒng)進行導航定位，并同時提供衛(wèi)星的完備性檢驗信息（Integrity Checking）和足夠的導航安全性告警信息。

2 GNSS原理

GNSS 的基本原理：測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過記錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到。由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距（PR）：當GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用1 和0 二進制碼元組成的偽隨機碼（簡稱偽碼）發(fā)射導航電文。

3 GNSS測量技術在都市建成區(qū)測繪工作中應用特點

3.1 為都市建成區(qū)國土空間規(guī)劃建設提供高精度的基準數(shù)據(jù)

經(jīng)過多年的技術引進和創(chuàng)新發(fā)展，GNSS 測量技術已為我國都市建成區(qū)國土空間規(guī)劃建設提供了巨大的、充足量的精準數(shù)據(jù)，為都市建成區(qū)現(xiàn)代化建設的方方面面創(chuàng)造了巨大的充足物質財富和豐富的精神財富。不緊如此，網(wǎng)絡RTK 技術、基準控制靜態(tài)和動態(tài)觀測技術的發(fā)展已經(jīng)逐漸成為了都市建成區(qū)測繪中最為常用的先進的技術手段，這些技術的精準快速發(fā)展和綜合性各類應用對提升都市建成區(qū)基準控制網(wǎng)密度和精度、提升區(qū)域綜合經(jīng)濟發(fā)展水平、區(qū)域國土空間規(guī)劃建設等諸多方面都有著積極的現(xiàn)實意義和良好的經(jīng)濟效益。

利用GNSS測量技術還可服務于大都市空間參考基礎的建立，對于當前最為熱門的“智慧城市”、“數(shù)字城市”等概念的發(fā)展與落地極其重要，也是提升大都市建成區(qū)在區(qū)域發(fā)展中競爭力的關鍵點之所在。

3.2 為都市建成區(qū)各類道路工程建設精準服務

GNSS 測量技術還可應用于都市各類道路的基礎建設的測繪工作，主要應用于建立各類道路工程的高精度控制網(wǎng)。另外，也可以首先使用GNNS 建設首級控制網(wǎng)，再加上傳統(tǒng)常規(guī)的測繪方法，例如三角測量、導線測量等對控制網(wǎng)進行逐級加密，能夠在極大程度上降低點位的平面及高程中誤差，同時有利于縮短工程建設周期、節(jié)約大量的成本。

GNSS 導航定位技術結合網(wǎng)絡RTK 實時放樣功能，可以實現(xiàn)點位的精準導航及實時快速記錄，可以確保放樣的準確性和時效性，保證點位之間不會相互影響，有效避免了各項誤差的逐級積累。在各級各類道路縱橫斷面的放樣中，可以通過計算機輔助軟件計算斷面的精準坐標，利用GNSS 進行各級各類道路工程測繪的優(yōu)點在于可以減少不必要的重復性工作，進而減輕野外工作人員的勞動強度及壓力，大大地提升工作效率，最終達到縮短建設工期和降低各類成本的目的。

3.3 在都市建成區(qū)各等級平面控制測量中的應用

利用GNSS測量技術進行都市建成區(qū)各等級平面控制測量的一大優(yōu)勢在于能夠克服一般常規(guī)控制測量（三角測量、導線測量等）方式中對于需要通視的要求，節(jié)約成本及工時，且精度相當高。都市建成區(qū)各級各類平面控制測量中，基于GNSS 測繪的基礎控制網(wǎng)絡控制的區(qū)域非常有限，一般為一個市級行政單位面積，邊長變化范圍普遍較大，從幾百米到二、三十千米不等，建設區(qū)域GNSS控制網(wǎng)的作用：對原有基礎控制網(wǎng)進行補充、完善和檢核，加密已有控制網(wǎng)以及擬合區(qū)域大地水準面等等。

在都市建成區(qū)各類各級平面控制測量中，利用GNSS 測量技術開展相關工作的依據(jù)主要為《工程測量規(guī)范》、《城市測量規(guī)范》、《全球定位系統(tǒng)GPS測量規(guī)范》和《全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程》等各類專業(yè)規(guī)范文件。在建立GNSS觀測基準網(wǎng)以及開展觀測工作時，應注意基礎控制網(wǎng)布設和基礎控制點選取的科學性和合理性，同時還應注意測繪儀器設備開關機時間的規(guī)定、衛(wèi)星高度角限制、時間采樣間隔、整平和對準誤差等內容需符合相關規(guī)范要求。在基于GNSS的高等級控制網(wǎng)測量野外作業(yè)時，需要在網(wǎng)內建設有足夠數(shù)量的同步環(huán)，從而確保網(wǎng)絡實時精度；在數(shù)據(jù)處理的網(wǎng)平差計算過程中，應注意提升GNSS 高程擬合精度的各項影響因素，通過綜合數(shù)據(jù)分析其控制因素來選取合適的建模參數(shù)。

3.4 在都市建成區(qū)地籍調查中的應用

地籍調查是地籍各項管理工作的極其重要的組成部分，是都市建成區(qū)各級政府行使自然資源行政管理職能的測繪工作。地籍測量為自然資源管理提供高精度的地理信息參考系統(tǒng)，其具有較強的現(xiàn)勢性，利用GNSS、網(wǎng)絡RTK（Real-time kinematic，實時動態(tài)）、智能型全站儀等先進測量設備進行綜合性的各級地籍調查工作時，需要遵循的原則為：①分級布網(wǎng)、逐級控制；②從整體到局部、先控制后碎步。

在都市建成區(qū)開展地籍調查之前，首先要了解該測區(qū)概況，對被測區(qū)的大小和行政范圍、地理和地質條件、位置信息等進行整理和記錄，同時要對當?shù)氐娜宋牡乩憝h(huán)境有所掌握，根據(jù)區(qū)域性的房屋、景觀等可能影響測繪工作的區(qū)域進行特殊標記，在設計測繪基準網(wǎng)時要盡量避開這些高大障礙物，以提高測繪工作效率、降低各類測繪成本?；贕NSS布設地籍測繪工作的基礎控制網(wǎng)時應注意以下4點：①GNSS定點布設新的基礎控制網(wǎng)時，盡量與原有各級平面控制網(wǎng)重合，這就要求開展工作時需要整理、利用先前整理收集的資料。②利用GNSS 進行高程測繪時，GNSS 直接測繪到的不一定是需要的高度值，這時就需要進行對數(shù)據(jù)特殊處理。③測繪頻率要高，通過重復測繪降低偶然誤差，提高測量精準度，同時要確保各級控制點的密度。④測繪點之間、測繪網(wǎng)之間應閉合，以提升測繪精準度和效率。

4 GNSS測量技術在都市建成區(qū)測繪工作中應用存在的諸多問題

4.1 與都市建成區(qū)發(fā)展的結合密切度不夠

科學技術是第一生產(chǎn)力。高新科學技術的飛速發(fā)展為當代都市建成區(qū)各級各類工程建設提供了強有力的技術支撐，“數(shù)字城市”、“智慧城市”、“物聯(lián)城市”等諸多新概念的提出和大都市規(guī)劃建設的后續(xù)跟進為GNSS 測量技術的應用提供了更廣闊的高新技術市場，但在當前的各類應用過程中，存在諸多領域覆蓋面狹窄、融合點特別少等問題。在大都市未來空間發(fā)展過程中，要不斷開拓GNSS的應用領域，推進GNSS測量技術與都市大發(fā)展息息相關的各行業(yè)的深度融合。

4.2 先進的國產(chǎn)測繪技術裝備的普及有待進一步提高

伴隨著我國北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)建設的不斷完善和相關配套設施的建成，國家應逐步加大對相關先進技術裝備的推廣力度，通過政府專項政策扶持、資金補貼等方式逐步實現(xiàn)衛(wèi)星導航定位導航系統(tǒng)國產(chǎn)化、市場化，進而打破個別大國的國際壟斷，為我國的各項系統(tǒng)的國際化、走出去打下堅實的基礎。同時，也要注重先進技術裝備和高新管理制度的引進和學習，通過多渠道、多層次、多方位的先進的高新技術的綜合應用來提升我國的都市建成區(qū)國土空間規(guī)劃建設的高效率，也為世界各級城市建設提供中國人的“智慧”和“方案”。

5 結語

在我國各級城市規(guī)劃建設早期，GNSS 技術為其提供了高精準的位置定位和導航信息，其為國民經(jīng)濟快速發(fā)展提供了堅實的先進技術支撐。但隨著高新科學技術的進步和都市建成區(qū)測繪成果對精準度要求的進一步提高，以及國外先進技術封鎖和政策、軍事等方面的需要，GPS 技術已經(jīng)完全不能滿足我國發(fā)展新需求，我們必須建立自己的測繪衛(wèi)星導航定位網(wǎng)絡，更好地為新時期、新時代社會主義現(xiàn)代化建設而服務。