李 菁

（江蘇省揚州市邗江測量服務所，江蘇 揚州 225009）

使用GNSS技術進行現(xiàn)代水利工程的測繪，可以有效改善測繪質量并提升測繪效率，但是隨著人們對水利工程測繪要求的不斷提高，水利工程測繪需要對GNSS技術的應用模式加以升級以滿足測繪工作需要。由于我國水利工程測繪中GNSS技術的應用模式還不成熟，不能充分發(fā)揮GNSS技術的優(yōu)勢，影響了最終的測繪效果，故需要對GNSS技術在水利工程測繪領域應用進行分析探討。

1 GNSS技術簡介

GNSS技術是現(xiàn)有衛(wèi)星導航定位技術的總稱，美國的GPS、中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)都屬于GNSS技術的范疇。GNSS技術初始的運用主要是通過衛(wèi)星定位并利用通信設備實現(xiàn)衛(wèi)星與地面設備的信號傳輸，準確地完成導航及定位工作。在這一過程中GNSS技術可以快速地獲取準確的三維坐標及其他相關信息。而隨著其他技術的不斷升級，目前研究人員將傳統(tǒng)的GNSS技術與智能數(shù)據(jù)處理技術及RTK技術有機結合，不僅實現(xiàn)了GNSS技術在動態(tài)領域的應用還大大提升了位置信息精度，有效擴大了GNSS技術的擁有范圍。現(xiàn)階段，GNSS技術的使用過程主要通過地面控制系統(tǒng)、用戶設備及衛(wèi)星系統(tǒng)協(xié)同完成，工作原理見圖1。

圖1 GNSS技術工作原理

其中，地面控制系統(tǒng)是確保GNSS技術精度的基礎。地面控制系統(tǒng)首先通過監(jiān)測站監(jiān)控每一個衛(wèi)星的運行狀態(tài)并對衛(wèi)星運行參數(shù)進行記錄，同時還會儲存衛(wèi)星的星歷信息。為了提升監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度，目前在監(jiān)測站內部大多配有銫鐘，這樣可以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)能真實反映衛(wèi)星的運動狀態(tài)及位置的參數(shù)。監(jiān)測站在獲取衛(wèi)星參數(shù)的同時還可以獲取電離層數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等外部信息數(shù)據(jù)，隨后這些數(shù)據(jù)經過初步整理后被傳輸至主控站[1]。主控站通過對這些數(shù)據(jù)的計算分析獲得衛(wèi)星的軌道及時鐘參數(shù)信息，并經由相應的地面控制站最終傳輸至用戶設備處。目前用戶設備主要指GNSS信號接收裝置，用戶在接收到地面控制站傳來的衛(wèi)星軌道及時鐘參數(shù)信息后，可以通過解析獲取所處位置的基線及坐標信息，這樣便可以將借助換算獲取測量天線與衛(wèi)星間的距離及距離變化率進而得到準確的空間位置信息。近年來隨著GNSS技術的不斷進步，GNSS信號接收機的體積也愈發(fā)小巧，為在野外使用GNSS技術進行測繪工作打下了基礎。地面控制系統(tǒng)、用戶設備的運作都依賴于衛(wèi)星傳遞信號的準確性，目前各國的GNSS技術都對衛(wèi)星的軌道布置進行了優(yōu)化，均勻分布的衛(wèi)星可以實現(xiàn)對地球的全面覆蓋，因此需要掌握GNSS技術的空間星座并合理進行基線換算。

2 GNSS技術在水利工程測繪中的應用現(xiàn)狀分析

現(xiàn)階段，GNSS技術有多種工作原理，但在水利工程測繪中主要使用的是載波相位時差分原理即RTK技術。使用RTK技術進行目標位置測量時主要利用了相對定位的功能，衛(wèi)星可以結合移動站的位置信息變化進行動態(tài)測量，同時衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)可以經過換算向移動站傳遞，隨后根究測量數(shù)據(jù)的差分得到準確的三維位置信息，其測量流程見圖2。使用RTK技術進行測量時，要注意基礎站位置信息的準確同時要確保有四個以上的跟蹤衛(wèi)星監(jiān)控移動站的位置信息，以保障測量的準確性[2]。使用GNSS技術進行測量不僅不受外界氣候、環(huán)境因素的干擾，還不需要滿足監(jiān)測站的通視即可完成測繪工作，也不需進行邊角測量，測量過程較為簡便。隨著信息化及智能化技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段使用GNSS技術進行水利工程測繪時，GNSS技術的相關軟件可以自動完成后期的數(shù)據(jù)處理及計算工作，不僅大大降低了工作人員的工作量還減少了數(shù)據(jù)處理過程中的誤差。

圖2 使用GNSS技術進行水利工程測繪流程圖

水利工程采用GNSS技術進行測量依然存在諸多問題，影響了實際測量效果。首先在測量過程中誤差難以得到有效消除，這主要是由于測量人員操作不當引起的，例如在進行測量時測量角度選取的偏差就會導致最終測量結果出現(xiàn)錯誤。另外使用GNSS技術進行水利工程測繪時，測量位置周邊的高壓線、高層建筑等等都會影響衛(wèi)星信號的傳輸，同時接受器周邊的原有通信網絡也會干擾信息傳遞過程，故難以使用GNSS技術完成全部的測量工作，仍需結合使用全站儀進行部分人工測量。而GNSS系統(tǒng)在后期處理工作中不能對人工測量數(shù)據(jù)進行準確的轉換，導致測量結果出現(xiàn)誤差。

另外，目前我國的水利工程測繪人員大多沒有經過專業(yè)的培訓，不能熟練運用GNSS系統(tǒng)的操作技術，這不僅會大大降低實際測繪效率，還會導致測繪數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差從而影響整體測繪質量甚至干擾水利工程的正常施工[3]。在測繪過程中，測量人員若不能及時根據(jù)GNSS測量數(shù)據(jù)實際對測量工作加以調整，對于測繪過程中出現(xiàn)的問題不能第一時間解決，這將會影響水利工程的測繪效果。除此之外，目前在水利工程測繪中使用傳統(tǒng)方法可以基本滿足測繪需要，而且全站儀、水平儀等儀器也結合測繪工作需求的變化進行了升級，這也影響了GNSS技術在水利工程測繪領域的應用及普及。

3 現(xiàn)代水利工程測繪領域中GNSS技術的應用探析

我國大力開展水利工程建設，而且工程位置大多較為偏遠，因此傳統(tǒng)的測繪技術難以滿足測繪工作需要，引入GNSS技術勢在必行。結合目前水利工程測繪中GNSS技術應用所存在的問題，測繪人員需要對現(xiàn)有的測量模式進行優(yōu)化，確保測繪質量。

首先在使用GNSS技術進行水利工程測繪時，施工人員需要全面掌握水利工程施工設計及周邊的環(huán)境情況，并根據(jù)以上信息合理選擇測繪點及測繪位置以發(fā)揮GNSS技術的優(yōu)勢。而且在測繪點選擇時，施工人員還需要對當?shù)氐臉思軛l件及地理位置進行考察，確保選擇的點位可以滿足測繪需求。在確定測繪點位置后，測繪人員還需要優(yōu)化GNSS布網測量過程，要結合水利工程施工特點合理選擇點連式、邊連式及網連式的布網模式，使GNSS控制測量網更加貼合施工實際而且改善其幾何強度，進一步提升GNSS技術測量的精確度及可靠性。其次，水利工程測繪人員也需要在平日里加強對GNSS相關知識的學習，掌握專業(yè)操作技能，避免在實際測繪中由于人為操作問題導致的測量誤差，同時應及時根據(jù)測繪狀態(tài)對測繪工作內容加以調整，確保測繪工作真正滿足水利工程施工的需要。最后，由于建筑物的遮擋或是地面通信網絡的干擾衛(wèi)星難以獲取準確的位置坐標信息，測繪人員在使用全站儀進行測量之后，應結合GNSS系統(tǒng)內的基線坐標參數(shù)對測量結果進行轉換，確保GNSS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以準確高效地完成后期的測繪數(shù)據(jù)整合工作，避免出現(xiàn)信息傳遞的偏差，從而保障測繪的精度。

在采用GNSS技術進行水利工程測繪的同時，結合運用RTK技術可以實現(xiàn)精度的提升，同時基于固定的基準站可以實現(xiàn)動態(tài)測繪?；鶞收窘邮芨鱾€監(jiān)測衛(wèi)星傳來的數(shù)據(jù)并將其傳輸至各個流動站，流動站內部經過差分計算處理分析觀測數(shù)據(jù)與衛(wèi)星數(shù)據(jù)間的偏差并加以儲存同時輸出流動站的空間位置坐標。動態(tài)測繪不僅可以進一步提升水利工程測繪的精度，還可以改善測繪工作的全面性，有效提升水利工程測繪質量[4]。基于動態(tài)測繪技術，人們也將GNSS技術運用于水利工程監(jiān)測之中，監(jiān)測工作流程見圖3。測繪人員可以結合水利工程施工及使用狀態(tài)選擇適宜的監(jiān)測點并布設GNSS控制網，這樣利用GNSS技術對監(jiān)測點位置參數(shù)變化狀態(tài)的監(jiān)控便可以掌握水利工程的形變情況，不僅可以為施工過程提供參考，還可以用于水利工程的安全控制工作。

圖3 基于GNSS技術的水利工程形變監(jiān)測系統(tǒng)工作流程圖

4 結語

在水利工程測繪中，使用GNSS技術可以有效提升測繪工作的精度及效率。目前實際測繪過程中存在問題眾多，主要有測量人員操作不當、高壓線等影響衛(wèi)星信號的傳輸和未能及時對GNSS測量數(shù)據(jù)進行調整等，對此測繪人員應結合水利工程設計及周邊地理環(huán)境條件合理選擇監(jiān)測點并優(yōu)化GNSS控制網結構。測繪人員還需要提升自身專業(yè)水平以避免錯誤操作導致的誤差并優(yōu)化日常測繪操作。同時GNSS技術還可以運用于水利工程形變監(jiān)測系統(tǒng)之中，讓測繪工作更好地為水利工程施工服務，確保水利工程施工質量。