测绘工程中的精确测量与全球卫星导航系统（GNSS）技术研究

朱雨晨

摘要：在现代测绘工程中，精确测量是不可或缺的环节。精确测量可以提供准确的地理位置信息，为地图制作、土地规划和工程设计等领域提供重要的基础数据支持。随着技术的不断进步，全球卫星导航系统（GNSS）技术的应用已经对精确测量产生了革命性的影响。

关键词：测绘工程；精确测量；全球卫星导航系统（GNSS）技术

引言

全球卫星导航系统（GNSS）技术，如GPS（全球定位系统）、GLONASS（俄罗斯的全球导航卫星系统）、Galileo（欧洲的全球导航卫星系统），为测绘工程带来了精确定位的能力。通过使用GNSS接收器和卫星信号，测绘专业人员可以实现在地球上任何位置进行高精度的位置测量，从而大幅度提升了测绘工程的精确性和效率。

1全球卫星导航系统（GNSS）

1.1GNSS的工作机制

GNSS的工作机制主要包括以下几个步骤：（1）发射信号：GNSS系统中的卫星向地面发送无线电信号。这些信号持续不断地发射，并被接收器接收。（2）接收信号：地面上的接收器接收到来自多颗卫星的信号。接收器内部的天线会捕获并处理这些信号。（3）信号解析：接收器对接收到的信号进行解码和处理。它会测量从卫星发射信号到达接收器的时间差，并记录卫星的标识符和其他有关信号的信息。（4）定位计算：接收器收集到多颗卫星的信号后，根据信号传播的时间差以及卫星的位置信息，利用三角测量等方法计算出接收器的地理位置。（5）精度提升：为了提高定位的精确性，接收器通常会同时接收多颗卫星的信号，并使用差分GPS或者其他校正方法来消除误差因素。

1.2GNSS由多个卫星、地面控制站和接收器组成的结构

GNSS是由多个卫星、地面控制站和接收器组成的系统。主要组成部分包括：（1）卫星：GNSS系统中有一定数量的卫星，它们以确定的轨道运行，向地面发送定位信号。这些卫星通常分布在不同的轨道上，以确保全球覆盖。（2）地面控制站：地面控制站负责监控卫星的状态和轨道信息，进行卫星系统的控制和管理。它们负责向卫星上传校准参数以及接收和处理卫星发回的数据。（3）接收器：GNSS接收器是用户设备，用于接收和处理卫星传输的信号。接收器通常具有天线用于捕获卫星信号、解码器用于解析信号，并计算出地理位置。通过卫星与地面控制站的数据交互，接收器能够获取到卫星的位置信息和时间参考，从而实现精确定位。

2测绘工程中的精确测量需求

2.1测绘工程中需要进行精确测量的项目和场景

（1）土地测量与规划：精确测量在土地测量和规划中是至关重要的。例如，在土地分割和划界时，需要精确测量土地边界，并生成准确的图纸。（2）建筑工程：在建筑工程中，需要进行精确测量以确保建筑物的位置、尺寸和高度等参数符合设计要求。（3）道路和交通：在道路和交通领域，精确测量对于设计、规划和施工至关重要。例如，在道路设计中，需要准确测量地形、横断面和地物位置等。（4）水资源管理：精确测量在水资源管理中也发挥着重要作用。例如，在水文测量中，需要测量河流、湖泊和水库的水位和流量。（5）海洋测量：海洋测量需要进行精确的水深测量，以获取海底地形数据和制作海图。

2.2传统测量方法在精确度和效率方面的局限性

（1）人为误差：传统测量方法需要依赖于人工操作，在操作过程中可能会产生人为误差，从而影响测量结果的精确度。（2）测量限制：某些测量场景下，传统方法可能受到物理或环境限制。例如，测量高山地区或深海地区的精确度和效率都较低。（3）时间消耗：传统测量方法通常需要大量的时间和人力资源来完成。这对于大规模测绘项目而言可能是低效的。（4）数据处理和分析：传统测量方法产生的数据需要进行繁琐的处理和分析，这可能导致延迟和错误。

3GNSS技术在测绘工程中的应用

（1）测量控制点：GNSS技术可以用于确定和测量控制点的地理位置。通过在国际坐标系统下使用基准站和GNSS接收器，可以实现高精度的控制点测量，为后续的测量工作提供准确的基准。（2）地形测量：GNSS技术可以用于测量地形数据，如地面高程、地表特征等。获取地形数据对于土地规划、工程设计等领域至关重要。（3）地籍测绘：在地籍测绘中，精确测量是不可或缺的。GNSS技术可以提供高精度的地籍测量结果，包括土地边界、土地面积、地籍界线等。（4）空间数据采集：GNSS技术可以用于采集空间数据，如道路、建筑物、水体等的位置信息。这些数据对于地理信息系统（GIS）和地图制作非常重要。（5）灾害监测：GNSS技术可以用于监测地震、地质滑坡、海洋潮汐等自然灾害。通过监测地壳运动，可以提前预警和评估潜在的灾害风险。

4GNSS精确测量的误差源和改进方法

4.1GNSS精确测量中可能存在的误差源

（1）大气延迟：卫星信号在穿过大气层时会受到大气折射的影响，导致信号传播速度变慢，从而引起定位误差。大气延迟误差通常可通过密集GNSS网络观测数据和大气延迟模型进行校正。（2）多路径效应：多路径效应指卫星信号不仅直接到达接收器，还经过建筑物、地面等物体的反射到达接收器，造成信号干扰和多次反射，导致定位误差。减少多路径效应的方法包括选择合适的接收器天线和增强信号处理算法。（3）天线相位中心偏移：天线相位中心偏移是由于接收天线结构和设计等因素引起的误差，当信号入射角度改变时，天线可能导致相位中心偏移，从而影响观测结果的准确性。这可以通过对天线进行校准和使用精确的天线模型来纠正。（4）卫星轨道误差和钟差：由于卫星本身的轨道误差和钟差产生的误差，会对接收器定位结果产生影响。这些误差可以通过星历数据的改进和使用双频接收器来减小。

4.2减小误差的技术和方法

（1）差分GNSS：差分GNSS利用参考站和移动接收器之间的相对测量数据进行纠正，以提高精确度。常见的差分GNSS方法包括实时差分GNSS（RTK）和后处理差分GNSS。（2）实时运动定位（RTK）：RTK是一种实时差分GNSS技术，通过在移动接收器和参考站之间进行实时通信，传输差分数据来快速解算，实现高精度的实时定位。（3）PPP（精密单点定位）：PPP是一种基于卫星轨道和钟差信息的精确定位技术，不需要参考站数据。它依赖于全球发布的高精度星历数据和钟差模型，通过单个接收器实现高精度位置测量。（4）使用多频接收器：多频接收器可以减少大气延迟误差和多路径效应的影响，提高定位精度。它还可以提供更好的抗干扰能力，提高定位可靠性。（5）数据处理和模型改进：使用精确的大气延迟模型、时钟差模型和星历数据，对接收器观测数据进行更准确的处理，改进模型可以提高定位精度。

结束语

全球卫星导航系统（GNSS）技术的发展为测绘工程领域带来了前所未有的准确性和可靠性。随着GNSS技术的不断成熟和普及，精确测量已经成为现代测绘工程不可或缺的一部分。以GNSS技术为基础，测绘专业人员能够在复杂的环境中进行高精度的地理位置测量，为各种应用领域提供准确、全面的地理数据支持。

参考文献

[1]弋耀武,龚辉,陈兆源.全球卫星导航系统建设发展的启示[J]2022

[2]郑三君,田子钰,景慧等.北斗全球卫星导航系统的后处理动态PPP性能分析[J]2022

[3]刘东亮,成芳,沈朋礼等.北斗三号全球卫星导航系统空间信号精度评估[J]2022

[4]王燚堂.基于全球卫星导航系统的固定路线规划系统的设计[J]2021

[5]卫星,周懿.地籍测量与现代测绘新技术的精确控制[J]2019