作者簡介：張盟（1986—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)楣こ虦y繪。

摘 要：GNSS測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用，有著高精度、操作簡便快捷、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，使得該項(xiàng)技術(shù)在工程變形監(jiān)測、放線定位、測繪模擬、工程復(fù)測等環(huán)節(jié)中得到了廣泛的應(yīng)用，極大提高了工程測繪的精度、質(zhì)量與效率。該文針對(duì)GNSS技術(shù)的特點(diǎn)，以及其在工程測繪中多個(gè)測量環(huán)節(jié)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，以充分發(fā)揮出GNSS測繪技術(shù)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)工程測繪的提質(zhì)增效。

關(guān)鍵詞：GNSS測繪技術(shù) ?GNSS系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ?工程測繪 ?全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：P25 ??????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ??????????文章編號(hào)：1672-3791（2021）12（c）-0000-00

Abstract： The application of GNSS surveying and mapping technology in engineering surveying and mapping has the characteristics of high precision， simple and fast operation， and high degree of automation. This technology has been used in engineering deformation monitoring， line positioning， surveying and mapping simulation， engineering re-surveying and other links. The wide application greatly improves the accuracy， quality and efficiency of engineering surveying and mapping. This article analyzes the characteristics of GNSS technology and its application in multiple measurement links in engineering surveying and mapping， so as to give full play to the advantages of GNSS surveying and mapping technology and realize the improvement of quality and efficiency of engineering surveying and mapping.

Key Words： GNSS surveying and mapping technology; GNSS system structure; Engineering surveying and mapping; Global navigation satellite system

GNSS為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，借助超過4顆衛(wèi)星偽距、星歷等的觀測量，結(jié)合地面用戶的鐘差，進(jìn)行地表事物的精確定位。將GNSS與測繪技術(shù)相結(jié)合，運(yùn)用GNSS實(shí)時(shí)定位、精確測量三維坐標(biāo)的優(yōu)勢，促使工程測繪由靜態(tài)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)，提高工程測繪的實(shí)效性。因此，針對(duì)GNSS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與其測繪技術(shù)特點(diǎn)的分析，明確GNSS測繪技術(shù)運(yùn)用的原理，探尋其在工程測繪中應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)和方向，促進(jìn)該技術(shù)在工程測繪領(lǐng)域應(yīng)用深度的不斷增加，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用最大化的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 ?GNSS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

1.1 地面控制部分

地面控制部分支撐著整個(gè)GNSS系統(tǒng)的運(yùn)行，其組成結(jié)構(gòu)主要有4個(gè)部分：一是主控站，通常只有一個(gè)，為地面控制的核心，管理與協(xié)調(diào)地面控制系統(tǒng)，獲取監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，編寫導(dǎo)航電文，然后傳遞給注入站，由注入站將衛(wèi)星星歷傳輸給衛(wèi)星，以及進(jìn)行衛(wèi)星的日常維護(hù)工作等;二是監(jiān)控站，地面控制部分需設(shè)置多個(gè)監(jiān)控站，是GNSS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分，接收衛(wèi)星反饋的數(shù)據(jù)，主要的功能是測量衛(wèi)星偽距，然后進(jìn)行修正、處理、壓縮，反饋給主控站，并可記錄和監(jiān)測氣象元素;三是注入站，主要的作用是接收主控站的導(dǎo)航電文，當(dāng)衛(wèi)星經(jīng)過其上空時(shí)，注入站借助發(fā)射天線將電文發(fā)送給衛(wèi)星，也可發(fā)送其他命令;四是通信與輔助系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)通信和輔助服務(wù)，由地面通信線、海底電纜、衛(wèi)星通信等組成。

1.2 用戶部分

用戶部分有GPS接收機(jī)、氣象儀器、計(jì)算機(jī)等組成，其中接收機(jī)有兩個(gè)部分：一是天線單元，主要是接收天線與前置放大器;二是接收單元，有著接收數(shù)據(jù)的作用，組成結(jié)構(gòu)為信號(hào)通道、存儲(chǔ)器、微處理器、輸入輸出設(shè)備、電源等，主要的功能有跟蹤、處理、測量、存儲(chǔ)衛(wèi)星信號(hào)，計(jì)算出用戶的三維坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)速度等。接收機(jī)體積較小、攜帶方便，為其在工程測繪中的應(yīng)用提供了有利的條件。

1.3空間部分

空間部分主要是指衛(wèi)星，也是GNSS中最為重要的一部分，由數(shù)量眾多的衛(wèi)星組成，比如中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在軌組網(wǎng)衛(wèi)星有53顆，可在全球范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的服務(wù)。GNSS系統(tǒng)空間主要由以下兩個(gè)部分組成：一是衛(wèi)星星座，是衛(wèi)星運(yùn)行的軌道面;二是設(shè)計(jì)星座，設(shè)有多個(gè)工作衛(wèi)星，以及幾個(gè)備用衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星全體候的觀測活動(dòng)。衛(wèi)星的具體功能有接收與存儲(chǔ)導(dǎo)航電文，進(jìn)行導(dǎo)航定位，接收主控站的命令后開展活動(dòng)，以及具有通信的作用等。

1.4 GNSS系統(tǒng)工作機(jī)制

GNSS有多種定位原理，在工程測繪中使用的是載波相位時(shí)差分原理，也就是指RTK技術(shù)，由一個(gè)基準(zhǔn)站和多個(gè)移動(dòng)站組成，每個(gè)站點(diǎn)上設(shè)有接收器，基準(zhǔn)站為核心，移動(dòng)站根據(jù)工程測繪的需要進(jìn)行監(jiān)測設(shè)置。所有的站點(diǎn)都可向衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)，或者是接收衛(wèi)星反饋數(shù)據(jù)，同時(shí)基準(zhǔn)站借助通信系統(tǒng)采集移動(dòng)站獲取的數(shù)據(jù)信息，通過對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算后，得到監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。在實(shí)際工程測繪中，先確定監(jiān)測點(diǎn)，接著進(jìn)行移動(dòng)站的布置，對(duì)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量，觀察跟蹤測量的衛(wèi)星需超過4顆，才可獲取到監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)精確的三維坐標(biāo)。

2 ?GNSS測繪技術(shù)的特點(diǎn)

GNSS測繪技術(shù)借助衛(wèi)星進(jìn)行測量、觀測活動(dòng)，不受天氣變化的影響，可以對(duì)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行不間斷、持續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，在保證測量精度的同時(shí)，觀測站之間無需建立通視，測量簡單便捷，具備在工程測繪中應(yīng)用的先天優(yōu)勢。GNSS測量精度非常高，通常在毫米以內(nèi)[1]。GNSS針對(duì)不規(guī)則的測量區(qū)域沿著其區(qū)域邊緣進(jìn)行航跡測量，可獲取到該區(qū)域精確的面積。GNSS在完成測繪區(qū)域的數(shù)據(jù)采集后，使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，直接自動(dòng)計(jì)算與成圖，測繪計(jì)算分析的自動(dòng)化水平較高，極大提高了工程測繪工作的質(zhì)效。

2.1高精度定位

GNSS在工程測繪中，使用衛(wèi)星進(jìn)行地面事物的精確定位，在靜態(tài)測量中其測量精確度達(dá)到了毫米級(jí)別。與傳統(tǒng)的測繪技術(shù)相比，GNSS測量顯現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢。GNSS動(dòng)態(tài)測量精度為厘米級(jí)別，測量精度同樣好于傳統(tǒng)測量方法，使得GNSS測繪技術(shù)在工程測繪中應(yīng)用越來越多，尤其是在工程變形監(jiān)測中的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)全天候、實(shí)時(shí)監(jiān)測，對(duì)工程變形進(jìn)行全過程的精確監(jiān)測，提高了工程建設(shè)的成效。

2.2操作簡便快捷

GNSS接收機(jī)的體積小、攜帶方便、操作簡單，在實(shí)際的測量中，技術(shù)人員只需在現(xiàn)場打開接收機(jī)，就可接收和存儲(chǔ)衛(wèi)星傳遞的數(shù)據(jù)，完成測量后直接關(guān)閉設(shè)備，就可完成一項(xiàng)測量任務(wù)。整個(gè)數(shù)據(jù)采集過程只需要幾分鐘，測量的時(shí)間效益明顯。目前，GNSS測繪技術(shù)的成熟度較高，與計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合，數(shù)據(jù)采集、處理、分析的速度更快，在工程測繪中表現(xiàn)出了非常好的實(shí)效性。

2.3應(yīng)用范圍廣

GNSS測繪技術(shù)在測繪領(lǐng)域應(yīng)用的范圍廣，像地理數(shù)據(jù)采集，為社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)提供空間信息，包括了航海航線的制定，國土資源調(diào)查，公路、鐵路線路的確定，為這些行業(yè)提供精確的空間信息。在測量領(lǐng)域，工程測量、資源勘察、大地測量、海洋工程測量等中都可應(yīng)用，其測量精確度高且無需通視，測量過程不受氣候和地表事物等的影響，使得該項(xiàng)技術(shù)未來應(yīng)用前景非常廣闊。

2.4自動(dòng)化程度高

GNSS測繪技術(shù)應(yīng)用了衛(wèi)星技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)等，自動(dòng)化水平高。地面部分自動(dòng)進(jìn)行衛(wèi)星數(shù)據(jù)的傳遞和接收，主控站、監(jiān)測站、注入站等之間借助通信系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，人工操作較少[2]。測繪人員使用接收器在工程測繪現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，與GNSS系統(tǒng)中的多顆衛(wèi)星建立通信，采集到工程測繪所需的各項(xiàng)信息，數(shù)據(jù)采集過程不受氣候與外部客觀環(huán)境的影響，保證了測量的精確度。GNSS測繪技術(shù)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)、信息技術(shù)等的融合，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)處理，然后自動(dòng)計(jì)算，自動(dòng)生成圖像，完全滿足了工程測繪的各項(xiàng)需求。

3 ?GNSS測繪技術(shù)在工程測繪中的運(yùn)用分析

3.1變形監(jiān)測中的運(yùn)用

工程施工過程中的地基開挖，會(huì)對(duì)周圍土體造成擾動(dòng)，有引發(fā)位移、坍塌、滑坡等風(fēng)險(xiǎn)，采用人工監(jiān)測手段，監(jiān)測存在一定的誤差。如果通過肉眼觀察到地基發(fā)生了變形，那么說明地基的變形程度已經(jīng)非常大，后續(xù)補(bǔ)救的難度較高。通常工程建設(shè)的規(guī)模大，資金投入多，如果出現(xiàn)地基變形問題，不但增加工程造價(jià)，還會(huì)延誤工程進(jìn)度，對(duì)于工程建設(shè)效益產(chǎn)生不利的影響，因此，需要保證變形監(jiān)測的精確度與實(shí)時(shí)性，形成對(duì)工程建設(shè)的有效把控。采用GNSS測繪技術(shù)后，對(duì)地基進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，精確地基的三維坐標(biāo)，當(dāng)?shù)鼗鴺?biāo)出現(xiàn)較大的變化時(shí)，說明地基發(fā)生變形。地基變形監(jiān)測人員通過持續(xù)的三維坐標(biāo)監(jiān)測，及時(shí)獲取地基發(fā)生的變化，以便于及時(shí)采取預(yù)防與處理手段，最大限度地降低地基變形導(dǎo)致的工程損失。

3.2放線定位中的運(yùn)用

在工程建設(shè)前期，需要測量人員根據(jù)工程設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)行大量的實(shí)地放線測量定位等工作，人工放線定位存在一定的人為誤差，并且工作效率較低。在此環(huán)節(jié)使用GNSS測繪技術(shù)，提高放線定位精度的同時(shí)，可提升放線定位的工作效率。GNSS測繪技術(shù)操作簡單快捷，放線定位人員將放線定位參數(shù)輸入至GNSS測繪設(shè)備中[3]，經(jīng)過計(jì)算確定放線定位的坐標(biāo)，放線人員根據(jù)三維坐標(biāo)完成相應(yīng)的測量放線工作。

3.3精密測量中的應(yīng)用

工程測繪的精確性保證著工程建設(shè)的質(zhì)量，同時(shí)工程測繪數(shù)據(jù)信息也是工程設(shè)計(jì)與工程施工的基礎(chǔ)，其對(duì)工程建設(shè)質(zhì)量有著最為直接的影響。GNSS具有全天候、實(shí)時(shí)精確測量的技術(shù)特點(diǎn)，運(yùn)用GNSS測繪技術(shù)開展工程的精密測量，將測量數(shù)據(jù)精確到毫米級(jí)，甚至是亞毫米級(jí)，以為工程設(shè)計(jì)、工程施工方案的深化提供有效的數(shù)據(jù)支撐，打造出高品質(zhì)的工程項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)效益的最大化。

3.4工程復(fù)測中的應(yīng)用

工程復(fù)測的內(nèi)容有平面控制點(diǎn)、高程、放樣樁位、施工邊界、橫斷面等。完成復(fù)測后，還需填寫相應(yīng)的記錄表，確定復(fù)測無誤后將整理的復(fù)測資料上交給工程監(jiān)理部。為了保證復(fù)測的精確度和效率，在此環(huán)節(jié)可使用GNSS測繪設(shè)備，對(duì)每個(gè)復(fù)測項(xiàng)目進(jìn)行測量精度的控制，避免復(fù)測環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差。

3.5測繪模擬中的運(yùn)用

GNSS測繪技術(shù)中的模擬技術(shù)，是借助信號(hào)仿真器進(jìn)行工程測繪的模擬，屬于一種測試與開發(fā)工具。仿真模擬工程測繪環(huán)境，進(jìn)行GNSS接收機(jī)的研發(fā)，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，使用模擬技術(shù)發(fā)射不同的衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)接收機(jī)接收信號(hào)的過程進(jìn)行調(diào)整和改善，進(jìn)一步地增強(qiáng)接收機(jī)的功能性。在工程測繪中應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)測繪過程的優(yōu)化，一是使用仿真器接收模擬衛(wèi)星信號(hào)，通過數(shù)據(jù)的分析后，存儲(chǔ)至GNSS接收機(jī)中，作為工程測繪的信號(hào)資料[4];二是通過模擬工程測繪的衛(wèi)星信號(hào)，虛擬一個(gè)工程測繪環(huán)境，為工程測繪GNSS接收機(jī)的研發(fā)提供依據(jù);三是使用仿真器構(gòu)建工程環(huán)境模型，模型中主要包括了工程所在的位置，地理、氣候環(huán)境等，以公路工程為例，公路處于陡峭的山路上，測繪時(shí)出現(xiàn)了降雨，可以使用仿真器進(jìn)行該環(huán)境的模擬，構(gòu)建工程環(huán)境模型開展工程測繪，測繪人員無需進(jìn)入現(xiàn)場就可完成測繪工作，避免了野外測繪的安全風(fēng)險(xiǎn)。在工程測繪中應(yīng)用GNSS仿真器時(shí)，在計(jì)算機(jī)軟件中構(gòu)建一個(gè)仿真的工程測繪環(huán)境，虛擬每個(gè)測繪環(huán)節(jié)，通過模型進(jìn)行工程測繪細(xì)節(jié)的控制，像工程建設(shè)中的安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，提前標(biāo)識(shí)在三維模型中，作為后續(xù)實(shí)際施工中的參考，降低施工中安全事故發(fā)生的概率[5-6]。

4 ?結(jié)語

GNSS測繪技術(shù)融合了當(dāng)下最為先進(jìn)的技術(shù)，包括了衛(wèi)星技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，在全球范圍內(nèi)提供服務(wù)。GNSS系統(tǒng)在地面設(shè)置主控站、監(jiān)測站、注入站，在空間布置衛(wèi)星系統(tǒng)，用戶端使用接收機(jī)與接收天線，完成與地面控制部分、空間部分的連接，實(shí)現(xiàn)GNSS為用戶提供服務(wù)的目的。GNSS測繪技術(shù)在工程測繪中的運(yùn)用，充分利用了GNSS測繪技術(shù)的特點(diǎn)，為工程提供精確的三維坐標(biāo)測繪服務(wù)，保證了工程放線測量定位的精確性，實(shí)時(shí)監(jiān)測工程變形，避免工程位移與坍塌問題，以及在精密測量與復(fù)測中的應(yīng)用，進(jìn)一步地提升了工程測繪的精確性與質(zhì)效，對(duì)工程建設(shè)效益的提升有著積極的促進(jìn)性作用。

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