段廷魁

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計院，甘肅 蘭州 730050）

引言

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）憑借其自身高精度、操作便捷、設(shè)備便攜、全天候工作等優(yōu)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(wèi)星定位系統(tǒng)在工程測量中的實踐運用進行探索，可以更好地了解系統(tǒng)運行原理，明確其在工程測量中的應(yīng)用優(yōu)勢，進而提高系統(tǒng)應(yīng)用水平，進一步改善工程測量技術(shù)環(huán)境，提高工程測量效率與質(zhì)量，為工程建設(shè)奠定良好的地形數(shù)據(jù)參數(shù)基礎(chǔ)。

1 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）介紹

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（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(biāo)、速度、時間信息的空基無線電定位系統(tǒng)，常見應(yīng)用包括導(dǎo)航、定位、測量、救援、軍事、監(jiān)視和管理等[1]。目前，全球領(lǐng)域擁有四大全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，分別是美國的GPS系統(tǒng)、中國的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)（BDS）、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS）、歐盟的伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)（GALILEO），其中GPS 系統(tǒng)是國際上第一個建立的定位系統(tǒng)，技術(shù)應(yīng)用十分成熟。中國的BDS 系統(tǒng)雖然研發(fā)和應(yīng)用起步較晚，但是發(fā)展十分迅速，目前已經(jīng)具備了亞太區(qū)的定位、授時服務(wù)功能，并且逐漸朝著全球化的方向快速發(fā)展著。

2 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）在工程測量中的應(yīng)用優(yōu)勢

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)在進入商業(yè)領(lǐng)域以后，一時之間掀起了運用浪潮，其根本組成包括空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大模塊，實際使用者還需要配備專門的衛(wèi)星信號接收裝置，以此實現(xiàn)全球衛(wèi)星定位的功能。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工程測量領(lǐng)域中，并且具有很多應(yīng)用優(yōu)勢，對工程測量事業(yè)的發(fā)展和進步做出了巨大的貢獻[2]。

2.1 導(dǎo)航定位準(zhǔn)確，測量精度高

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的運行是依托于空間衛(wèi)星群、衛(wèi)星信號接收裝置進行工作的，將其應(yīng)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(shù)進行快速確定，工程兩側(cè)人員只需對收集到的各種測量參數(shù)進行分析、校準(zhǔn)即可，與傳統(tǒng)的人工測量相比，定位更加準(zhǔn)確，并且操作簡單。另外，使用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)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(xiàn)場，可以實現(xiàn)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(wèi)星定位系統(tǒng)的運用已經(jīng)十分成熟，在工程測量中的運用可以實現(xiàn)高精度測量，對于動態(tài)定位可以達到厘米級，靜態(tài)定位已經(jīng)實現(xiàn)了毫米級，避免了人工測量帶來的誤差，在大區(qū)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(wèi)星定位系統(tǒng)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(wèi)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(tǒng)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(shù)、設(shè)備的影響，在一些惡劣天氣、危險地形區(qū)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(fā)生測量誤差，進而對工程建設(shè)精度和質(zhì)量造成影響。而全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)無需測量人員到達測量現(xiàn)場，可以在任何天氣、任何環(huán)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(jīng)緯儀技術(shù)而言，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的運用優(yōu)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(wèi)星定位系統(tǒng)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(wèi)星信號接收設(shè)備獲得的衛(wèi)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(xiàn)衛(wèi)星定位。在具體運用的過程中，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的多個測量站點之間，無需進行通視，彼此之間的設(shè)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(wèi)星定位系統(tǒng)的過程中，需要特別注意的是測量站點的上空應(yīng)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(wèi)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(biāo)顯示

在工程測量中應(yīng)用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可以實現(xiàn)三維坐標(biāo)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(zhǔn)測量各種定位數(shù)據(jù)參數(shù)，實現(xiàn)高程擬合測量。并且在實際應(yīng)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(xù)性，實時監(jiān)測測量對象的微小變化，并通過三維仿真地形圖進行呈現(xiàn)，為工程建設(shè)提供有效依據(jù)。

3 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）工程測量原理

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工程測量原理并不復(fù)雜，首先需要將地球外部的衛(wèi)星位置作為已知點，然后衛(wèi)星會對自己與地球內(nèi)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(biāo)，完成工程測量。具體來看，衛(wèi)星通過電磁波的形式將測量到的衛(wèi)星與地面測量點之間的位置信息發(fā)送出來，被地面上的衛(wèi)星信號接收裝置獲取，并跟隨衛(wèi)星的移動得到不同時間節(jié)點的位置信息數(shù)據(jù)，通過相關(guān)的計算公式得到地面測量點的三維坐標(biāo)。

4 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）在工程測量中的實踐運用

4.1 工程變形監(jiān)測

在工程建設(shè)的過程中，受到地形、技術(shù)、人為施工操作等因素的影響，經(jīng)常會發(fā)生工程變形問題，導(dǎo)致工程空間位置出現(xiàn)移動，影響工程建設(shè)質(zhì)量。所以，為了做好工程變形監(jiān)測，就可以在工程建設(shè)施工和竣工驗收的時候，合理應(yīng)用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行工程變形監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)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(xiàn)大的工程事故，或者導(dǎo)致建筑物無法通過驗收[5]。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有三維定位的典型應(yīng)用優(yōu)勢，是目前工程變形監(jiān)測中使用十分廣泛的一種技術(shù)手段，獲得了良好的監(jiān)測效果。尤其是在建筑物地下空間得到有效開發(fā)以后，超深基坑的設(shè)計和應(yīng)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(shè)的成敗，因此需要特別注意深基坑支護結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測，例如水平位移監(jiān)測和沉降監(jiān)測等。

4.2 水準(zhǔn)測量

工程建設(shè)過程中經(jīng)常會建立高程控制網(wǎng)，傳統(tǒng)建立方法是水準(zhǔn)測量，需要進行野外作業(yè)，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(wèi)星定位系統(tǒng)進行水準(zhǔn)測量，則可以很好的規(guī)避傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量法的應(yīng)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(wèi)星定位系統(tǒng)進行水準(zhǔn)測量的時候，主要涉及到兩方面內(nèi)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(shù)對大地水準(zhǔn)面差距以及高程異常進行確定。常用的輔助技術(shù)包括全球重力場模型，將其與重力數(shù)據(jù)、水準(zhǔn)測量結(jié)果和精密水準(zhǔn)資料結(jié)合起來，可以建立一個區(qū)域性的水準(zhǔn)面模型。傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量方式通常是幾何水準(zhǔn)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(zhǔn)測量工作效率下降。使用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行水準(zhǔn)測量，可以充分發(fā)揮出高程擬合測量技術(shù)的優(yōu)勢，通過對衛(wèi)星信號進行接收和處理的方法，快速、準(zhǔn)確輸出水準(zhǔn)點高程測量結(jié)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(shè)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(zhǔn)確測量建筑高度和層高，與施工規(guī)劃圖紙進行一一比對，確保施工質(zhì)量達標(biāo)，并且滿足設(shè)計要求。道路和管線的鋪設(shè)走向在建筑工程中具有重要意義，也需要進行準(zhǔn)確的測量，確保其位置不出現(xiàn)偏差，符合設(shè)計要求，達到驗收標(biāo)準(zhǔn)。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)在工程竣工測量中的運用需要立足于成圖比例，在統(tǒng)一平面坐標(biāo)系中要保證測量數(shù)據(jù)和工程區(qū)域內(nèi)的基礎(chǔ)地理信息達到吻合以后，再對測量結(jié)果進行保存。實際測量過程中，為了保證測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，需要首先得到有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的使用權(quán)，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(xiàn)場高度仿真

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)在工程測量中的運用十分可靠，對于測量人員的技術(shù)要求也不是特別高，并且不會受到測量環(huán)境和條件的過分影響，可以提高測量精度和效率。在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)具體運用的過程中，可以靈活運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)去進行工程測量現(xiàn)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(shè)提供了準(zhǔn)確、實時的工程數(shù)據(jù)參數(shù)，確保了工程建設(shè)的順利開展。工程測量人員可以使用相關(guān)的專業(yè)軟件，對測量得到的各種數(shù)據(jù)信息進行快速分析和處理，建立數(shù)學(xué)模型，對測量現(xiàn)場進行高度仿真，幫助測量人員對測量結(jié)果進行動態(tài)分析和研究，發(fā)現(xiàn)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(zhǔn)確度。

4.5 地形圖測繪以及施工放樣

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的具體應(yīng)用過程，經(jīng)常會利用到載波相位差分技術(shù)（RTK），可以對兩個測量站點之間的載波相位監(jiān)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(tǒng)是由已知坐標(biāo)的基準(zhǔn)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(zhǔn)站會將獲得的載波相位實時發(fā)送到用戶接收機上，測量人員就可以根據(jù)得到的準(zhǔn)確信息數(shù)據(jù)進行差分計算，求解得到用戶接收機的位置坐標(biāo)。在使用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行地形圖測繪時，可以實現(xiàn)單人作業(yè)，操作簡單、快速，可以實時將測定好的數(shù)據(jù)反饋到計算機上，例如地形、地物特點，使用專業(yè)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(wèi)星定位系統(tǒng)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(xiàn)場的任意具有衛(wèi)星信號覆蓋，并且可以接受衛(wèi)星信號的位置進行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集耗費的時間僅為幾秒鐘，可以快速獲取測量點的坐標(biāo)高程，并結(jié)合其它方面的數(shù)據(jù)去完成大比例尺地形圖的繪制。

5 結(jié)束語

綜上所述，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）是目前廣泛應(yīng)用于工程測量的先進技術(shù)之一，具有諸多應(yīng)用優(yōu)勢，例如定位準(zhǔn)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(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）的應(yīng)用也會越來越成熟，系統(tǒng)功能也會逐漸豐富和拓展，適用范圍不斷擴大，促進技術(shù)發(fā)展的同時，進一步改善工程測量工作環(huán)境和條件，提高整體工作效果。