全球卫星定位系统（GNSS）在工程测量中的实践运用探索

段廷魁

（兰州市城市建设设计院，甘肃 兰州 730050）

引言

全球卫星定位系统（GNSS）凭借其自身高精度、操作便捷、设备便携、全天候工作等优势，近年来在工程测量中获得了广泛的运用，并且取得了良好的工作成果。对全球卫星定位系统在工程测量中的实践运用进行探索，可以更好地了解系统运行原理，明确其在工程测量中的应用优势，进而提高系统应用水平，进一步改善工程测量技术环境，提高工程测量效率与质量，为工程建设奠定良好的地形数据参数基础。

1 全球卫星定位系统（GNSS）介绍

全球卫星定位系统（GNSS）是一种可以在地球表面和近地空间中的任何地点为使用者提供24 小时不间断的三维坐标、速度、时间信息的空基无线电定位系统，常见应用包括导航、定位、测量、救援、军事、监视和管理等[1]。目前，全球领域拥有四大全球卫星定位系统，分别是美国的GPS系统、中国的北斗卫星系统（BDS）、俄罗斯的格洛纳斯卫星系统（GLONASS）、欧盟的伽利略卫星系统（GALILEO），其中GPS 系统是国际上第一个建立的定位系统，技术应用十分成熟。中国的BDS 系统虽然研发和应用起步较晚，但是发展十分迅速，目前已经具备了亚太区的定位、授时服务功能，并且逐渐朝着全球化的方向快速发展着。

2 全球卫星定位系统（GNSS）在工程测量中的应用优势

全球卫星定位系统在进入商业领域以后，一时之间掀起了运用浪潮，其根本组成包括空间卫星群和地面监控系统两大模块，实际使用者还需要配备专门的卫星信号接收装置，以此实现全球卫星定位的功能。全球卫星定位系统已经被广泛应用于工程测量领域中，并且具有很多应用优势，对工程测量事业的发展和进步做出了巨大的贡献[2]。

2.1 导航定位准确，测量精度高

全球卫星定位系统的运行是依托于空间卫星群、卫星信号接收装置进行工作的，将其应用在工程测量中，可以对测量对象的空间位置、尺寸等主要参数进行快速确定，工程两侧人员只需对收集到的各种测量参数进行分析、校准即可，与传统的人工测量相比，定位更加准确，并且操作简单。另外，使用全球卫星定位系统进行工程测量的时候，具有很好的适用性，可以对各种地势险要或者测量条件很差的地方进行工程测量，无需测量人员到达测量现场，可以实现远程操控，工程测量难度有所降低，测量成本也比较低[3]。另外，目前全球卫星定位系统的运用已经十分成熟，在工程测量中的运用可以实现高精度测量，对于动态定位可以达到厘米级，静态定位已经实现了毫米级，避免了人工测量带来的误差，在大区域精密工程中的运用具有很高的价值。

2.2 测量操作简单，耗时少

全球卫星定位系统在工程测量中的运用越来越广泛，适用范围很广，只要覆盖卫星信号，并且可以进行信号接收的地方，都可以进行工程测量，并且该系统在实际运用的时候操作十分简单，受到外界因素的干扰也比较小。人工测量受到人员和技术、设备的影响，在一些恶劣天气、危险地形区域中的测量难度会比较大，并且容易在外界因素的干扰下发生测量误差，进而对工程建设精度和质量造成影响。而全球卫星定位系统无需测量人员到达测量现场，可以在任何天气、任何环境下进行工程测量，实时开展工程测量工作，工作耗时少。相比于全站仪、经纬仪技术而言，全球卫星定位系统的运用优势十分明显，打破了时空限制，并且外部影响因素少，测量精度得到了保障。

2.3 量测站点之间无需通视

全球卫星定位系统在工程测量中进行运用时，使用者需要在专门的软件上对卫星信号接收设备获得的卫星信号进行分析与处理，并得到自己需要的定位信息，进而实现卫星定位。在具体运用的过程中，全球卫星定位系统的多个测量站点之间，无需进行通视，彼此之间的设立和运行显得十分灵活，给工程测量工作人员也带去了极大的便利条件。但是，在使用全球卫星定位系统的过程中，需要特别注意的是测量站点的上空应该保证一定的开阔性，尽量选择在上空开阔的地点，避免建筑物、树木等高大物体的遮挡，减少对卫星信号的干扰，提高定位精度和速度[4]。

2.4 可以进行三维坐标显示

在工程测量中应用全球卫星定位系统，可以实现三维坐标显示，不仅可以很好地完成平面位置观测和定位工作，而且可以在大地高程方面进行有效运用，精准测量各种定位数据参数，实现高程拟合测量。并且在实际应用过程中无需考虑时间和地点的干扰，进行全天候测量，以此保证工程测量的连续性，实时监测测量对象的微小变化，并通过三维仿真地形图进行呈现，为工程建设提供有效依据。

3 全球卫星定位系统（GNSS）工程测量原理

全球卫星定位系统的工程测量原理并不复杂，首先需要将地球外部的卫星位置作为已知点，然后卫星会对自己与地球内部测量点之间的距离进行测算，最后通过交会原理去计算工程测量点的具体三维坐标，完成工程测量。具体来看，卫星通过电磁波的形式将测量到的卫星与地面测量点之间的位置信息发送出来，被地面上的卫星信号接收装置获取，并跟随卫星的移动得到不同时间节点的位置信息数据，通过相关的计算公式得到地面测量点的三维坐标。

4 全球卫星定位系统（GNSS）在工程测量中的实践运用

4.1 工程变形监测

在工程建设的过程中，受到地形、技术、人为施工操作等因素的影响，经常会发生工程变形问题，导致工程空间位置出现移动，影响工程建设质量。所以，为了做好工程变形监测，就可以在工程建设施工和竣工验收的时候，合理应用全球卫星定位系统进行工程变形监测，以便及时发现建筑物移位、建筑物变形等问题，及时采取有效措施进行补救，避免出现大的工程事故，或者导致建筑物无法通过验收[5]。全球卫星定位系统具有三维定位的典型应用优势，是目前工程变形监测中使用十分广泛的一种技术手段，获得了良好的监测效果。尤其是在建筑物地下空间得到有效开发以后，超深基坑的设计和应用逐渐多了起来，基坑深度往往都超过了10m，在施工的过程中必须做好支护工作，基坑支护效果直接决定了工程建设的成败，因此需要特别注意深基坑支护结构的变形监测，例如水平位移监测和沉降监测等。

4.2 水准测量

工程建设过程中经常会建立高程控制网，传统建立方法是水准测量，需要进行野外作业，测量工作量大，并且容易受到地形、外界自然条件以及通视等方面的影响，测量精度不是很高，并且耗时费力，测量成本较高。而使用全球卫星定位系统进行水准测量，则可以很好的规避传统水准测量法的应用弊端，并且测量操作十分简单，工作效率高，费用低，受到外界条件因素的干扰非常小，实用性很好[6]。在使用全球卫星定位系统进行水准测量的时候，主要涉及到两方面内容，一方面是对大地高度进行测量，另一方面需要借助其他测量和计算技术对大地水准面差距以及高程异常进行确定。常用的辅助技术包括全球重力场模型，将其与重力数据、水准测量结果和精密水准资料结合起来，可以建立一个区域性的水准面模型。传统的水准测量方式通常是几何水准测量，在测量的过程中需要耗费大量的时间，并且容易受到外界因素的干扰，影响测量精度，例如地形限制、工作条件限制等，使得水准测量工作效率下降。使用全球卫星定位系统进行水准测量，可以充分发挥出高程拟合测量技术的优势，通过对卫星信号进行接收和处理的方法，快速、准确输出水准点高程测量结果，既保证了测量的精度，又提高了测量的效率。

4.3 工程竣工测量

工程建设完工以后，需要全方面的进行工程竣工测量，包括总平面图、建筑高度与层高以及道路管线等多个测量项目。其中，在对建筑工程总平面图进行竣工测量的时候，需要对工程占地实际面积和基层面积等进行确定。并且需要准确测量建筑高度和层高，与施工规划图纸进行一一比对，确保施工质量达标，并且满足设计要求。道路和管线的铺设走向在建筑工程中具有重要意义，也需要进行准确的测量，确保其位置不出现偏差，符合设计要求，达到验收标准。全球卫星定位系统在工程竣工测量中的运用需要立足于成图比例，在统一平面坐标系中要保证测量数据和工程区域内的基础地理信息达到吻合以后，再对测量结果进行保存。实际测量过程中，为了保证测量数据准确，需要首先得到有关网络的使用权，合理选择E 级控制点，确定好测量距离，做好集中矫正，并且在测量计算中控制好误差，保证工程竣工测量工作顺利开展[7]。

4.4 工程测量现场高度仿真

全球卫星定位系统在工程测量中的运用十分可靠，对于测量人员的技术要求也不是特别高，并且不会受到测量环境和条件的过分影响，可以提高测量精度和效率。在全球卫星定位系统具体运用的过程中，可以灵活运用虚拟现实技术去进行工程测量现场的高度仿真，有助于提高工程测量的精度和测绘效率，使得工程测量变得更加直观和容易，操作简单快捷，为工程建设提供了准确、实时的工程数据参数，确保了工程建设的顺利开展。工程测量人员可以使用相关的专业软件，对测量得到的各种数据信息进行快速分析和处理，建立数学模型，对测量现场进行高度仿真，帮助测量人员对测量结果进行动态分析和研究，发现测量问题，找到原因，并制定方案予以及时解决，不断提升工程测量准确度。

4.5 地形图测绘以及施工放样

全球卫星定位系统的具体应用过程，经常会利用到载波相位差分技术（RTK），可以对两个测量站点之间的载波相位监测量进行实时处理，进而辅助施工放样和地形图测绘。载波相位差分系统是由已知坐标的基准站和用户接收机组成的，在进行地形图绘制或者施工放样的时候，基准站会将获得的载波相位实时发送到用户接收机上，测量人员就可以根据得到的准确信息数据进行差分计算，求解得到用户接收机的位置坐标。在使用全球卫星定位系统进行地形图测绘时，可以实现单人作业，操作简单、快速，可以实时将测定好的数据反馈到计算机上，例如地形、地物特点，使用专业的制图软件进行地形图绘制，得到最终的成果图[8]。另外，在使用全球卫星定位系统进行地形图测绘的时候，尤其是大比例尺地图的绘制，测绘人员可以在测量现场的任意具有卫星信号覆盖，并且可以接受卫星信号的位置进行数据采集，数据采集耗费的时间仅为几秒钟，可以快速获取测量点的坐标高程，并结合其它方面的数据去完成大比例尺地形图的绘制。

5 结束语

综上所述，全球卫星定位系统（GNSS）是目前广泛应用于工程测量的先进技术之一，具有诸多应用优势，例如定位准确、测量精度高、操作简单、便于携带以及全天候工作等，大大提高了工程测量的效率与质量。随着科学技术的不断发展，全球卫星定位系统（GNSS）的应用也会越来越成熟，系统功能也会逐渐丰富和拓展，适用范围不断扩大，促进技术发展的同时，进一步改善工程测量工作环境和条件，提高整体工作效果。