gnss測量技術在城市測量中的應用
GNSS城市測量的技術內容主要包括城市CORS系統建設、城市GNSS網絡、城市GNSS RTK測量、城市GNSS高程測量等。本文主要對這些技術應用進行簡要的應用分析。
關鍵詞:全球導航衛星系統；CORS系統；控制網絡；RTK測量；高度測量
論文摘要:GNSS測量技術主要包括城市建設，CORS城市GNSS網絡建設，城市GNSS RTK測量，城市GNSS高程測量，本文主要從這幾個方面對此技術進行簡要的應用分析。
關鍵詞:GNSSCORS系統；控制網絡；RTK測量；高度測量
中國圖書館分類號:P224
全球導航衛星系統(GNSS)技術的應用，使傳統的測量網布設方法、作業手段和內外作業流程發生了根本性的變化，為城市測量提供了壹種全新的技術手段和方法。全球導航定位系統具有全球、全天候、高效率、多功能、高精度的特點。用於大地定位時，測站之間不需要互相看，不需要做標記，不受天氣條件影響。站點的三維坐標可以通過壹次觀測獲得。衛星定位城市測量技術包括城市CORS系統建設、城市GNSS網絡建設、城市GNSS RTK測量、城市GNSS高程測量等。適用於各級城市控制測量、工程測量、變形測量和地形測量。GNSS技術將以高速度、高精度、低成本服務於城市建設，快速、及時、準確地為城市規劃、建設和管理提供測繪支持。
壹、城市CORS體系建設
GNSS技術已廣泛應用於國內導航、定位和科學研究。壹個城市只能建壹個CORS系統，避免重復建設和資源浪費。系統建設既要滿足城市測繪部門對定位的需求，又要綜合考慮地震、氣象、國土等行業對系統的需求[1]。具體實施可根據城市和經濟發展情況壹次完成或分期完成。城市CORS系統作為城市重要的空間數據基礎設施之壹，首先要滿足城市對空間定位的不同服務需求。
城市CORS網絡的布局不同於城市常規GNSS網絡的布局。常規GNSS網絡邊長壹般較短，CORS網站之間的距離可根據系統功能設計適當延長。下表1列出了壹些城市和地區已建成的CORS網絡的平均邊長。
表1 CORS網絡部分城市和地區
根據對部分城市和地區已建CORS網平均邊長的統計分析，城市CORS網平均邊長為40公裏。以滿足CORS系統厘米級實時定位服務精度。在具體布局中，可根據城市的地理位置、城市規模和建設應用確定CORS站的密度。然而，相鄰CORS站之間的最長距離不應超過80公裏。由於地殼形變、自然災害、地下水超采等原因，市內CORS站站址可能不穩定，應定期進行CORS網坐標計算，計算周期不超過壹年。CORS站坐標平面位置變化不應超過1.5cm；高度變化不應超過3厘米。當CORS站坐標變化不符合時，應分析原因，及時更新CORS站坐標或選擇新站。對於地面沈降嚴重的地區，高程變化的變化限值可另行制定。
二、城市GNSS控制網的建設
GNSS網絡布局應遵循從整體到局部、分層次的網絡布局原則。城市壹級GNSS網絡應壹次性全部部署，加密GNSS網絡可分步、越級或同級部署。GNSS網絡布局的特點:如果壹個GNSS網絡由N個點組成，每個點的站數為m，觀測周期數為c: c = n-m/n當壹個周期內使用N個GNSS接收機進行同步觀測時，可以形成依賴基線向量的個數:N(N-1)/2。因此，這個GPS網中存在依賴基線向量:j總=C﹒N(N-1)/2，每個時間段內可測量的獨立基線向量個數為N-1，所以這個網中的獨立基線向量總數為j唯壹= c ﹒ (n-65438)。
在由n個點組成的GNSS網絡中，只需要(n-1)個基線向量就可以確定這n個點的相對位置(如果已知壹個點的坐標，就可以確定其他n-1個點的坐標)。因此，GNSS網絡中必要基線向量的個數:j必須= n-1。在網絡中實際測量的獨立基線向量的數量是C﹒(N-1).因此，網絡中冗余基線向量的數量為j倍數= J唯壹-J必須= c ﹒ (n-65438+)。那麽全網的觀測周期數c就是:C=n﹒m/N=80？4/5=64全網* * *有基線向量個數:j總=C﹒N(N-1)/2=64？5?4/2=640篇文章
網絡中獨立基線向量的個數為:j唯壹= c ~ (n-1) = 64？4=256.GNSS網絡所需基線向量個數:j = n-1=80-1=79。網絡中冗余基線向量的個數為:J Duo = J Du-J Bi = 256-79=177。三、城市GNSS RTK測量技術及其應用
RTK測量可采用單基站RTK測量和網絡RTK測量。已建立CORS系統的城市應采用網絡RTK測量。在實際作業過程中，存在壹些通信信號較弱或無法覆蓋的困難區域，無法實時進行單基站RTK和網絡RTK測量。後處理動態測量模式可用於現場RTK測量。設置單基站RTK測量的基準站是關鍵的第壹步。參考站的選擇直接影響工作半徑和效率。如果參考站選擇不當，則無法保證參考站的觀測數據質量和無線通信信號的傳播質量。基站支持的所有移動臺都無法流暢工作，或者導致基站頻繁移動，影響工作進程。參考站的設置應與當前操作模式和移動站模式相匹配。
靜態GNSS控制網測量可以通過基線精度、重復基線差、閉合差和差來檢驗結果。RTK測量點相互獨立，點與點之間沒有直接關系，因此無法發現事故引起的粗差[2]。因此，為了提高RTK測量的可靠性，保證儀器的正確設置，在測量過程中應選擇壹定數量的已知坐標點進行測量驗證，以檢查用戶站設備的可靠性和坐標轉換參數的準確性。
使用現有RTK測量控制點時，應檢查坐標或幾何形狀。對於現有的RTK控制點，可以作為RTK測量中的檢查點，也可以作為同等級的控制點。如果將檢查點作為控制點，應與新布設的控制點統壹。統壹檢查控制點之間的邊長、角度和坐標，應滿足精度要求。RTK測量的精度會受到各種因素的影響。由於載波相位測量的多值性、初始化過程中的各種誤差以及數據鏈傳輸過程中外界環境和電磁波幹擾的影響，都可能導致整數未知解不可靠。同時，RTK測量點的獨立性與傳統測量所強調的相鄰點之間的相對關系有著本質的區別。
四、城市GNSS高程測量技術及其應用
根據工作流程，GNSS高程測量應分為高程異常模型的建立、GNSS測量和數據處理。高程異常模型可以使用現有模型。高程系統中常用的有正常高系統(以大地水準面為參考基準)和正常高系統(以似大地水準面為參考基準)。中國使用的高度系統是正常的高度系統。利用GNSS技術測量地面點的高程，就是基於地心坐標的地球橢球面的高度h。大地水準面和似大地水準面相對於地球橢球面存在高度差，分別稱為大地水準面差n和高程異常。。地球高h，正高Hg，正常高h？根據以下公式:H=Hg+NH=H？+?如果可以準確確定地面點的高度異常，那麽通過GNSS測量就可以準確確定地面點的正常高度。
gnss靜態測量技術要求分析
介紹了常用規範中對衛星定位靜態測量的技術要求，並對各規範的不同技術要求進行了對比分析。
GNSS靜態測量GNSS測量通用規範中GNSS技術要求的比較與分析
中國圖書館分類法。:P258]文件識別代碼:A商品編號：
衛星定位技術具有全球性、高效率、多功能和高精度的特點。衛星定位靜態測量的定位精度高達10-6~10-7，廣泛應用於各種類型和等級控制網的建立。衛星定位測量(以下簡稱GNSS測量)的常用規範有很多，每個規範都從相應的專業標準制定了詳細的GNSS測量技術要求，使得GNSS測量的應用具有良好的可操作性，發揮了巨大的作用。以下是對常用規範中GNSS靜態測量技術要求的對比分析:
1，坐標系
滿足測區投影引起的長度變形不大於2.5cm/km，這是建立或選擇平面坐標系統的前提和基本準則；確定控制網的位置基準是GNSS網基準設計的主要問題，可以根據測區的地理位置和平均高程選擇合適的坐標系。GNSS測量得到的空間基線向量或三維坐標向量屬於其對應的空間坐標系(WGS-84坐標系)。根據規範，應轉換為國家統壹的高斯正形投影帶狀平面直角坐標系(2000國家大地坐標系、1954北京坐標系、1980 Xi安坐標系)或房屋建築坐標系等其他獨立坐標系。通常是坐標系對應的參考橢球和基本參數、坐標系中央子午線經度、坐標系投影面高程和測區平均高程異常值、起點坐標和初始方位角、縱橫加常數等。應在轉換期間提供。
2.精度分類和技術設計
GNSS網的精度指標通常用相鄰點基線長度中誤差公式來衡量，GNSS網的中誤差不應超過其理論值。全球定位系統(GPS)測量規範(以下簡稱GNSS國家標準)根據精度和用途，將GNSS測量分為A、B、C、D、E五個等級，並根據相鄰點基線向量中誤差的水平分量和垂直分量來衡量相應等級的精度。在其他規範中，傳統的三角網是根據邊的長度和精度來劃分等級，用最弱間接邊的相對中值誤差來衡量精度。相比較而言，前者更抽象，後者更直觀，但遺憾的是，大部分GPS隨機軟件給出的是直接觀察邊緣的精度。技術設計是為了得到最優的布設方案，應根據工程的實際情況、GNSS網的用途、精度要求、控制點的密度、衛星狀態、接收機的類型和數量、測區的道路交通情況和現有的測量數據，並根據國家有關規範(規定)和優化設計的原則進行綜合設計。
規範要求:GNSS網絡應由壹個或幾個獨立的觀測環組成，每個同步圖之間用邊或網連接，避免自由基線。由於自由基線不參與幾何閉合圖形的形成，不具備檢查和發現觀測結果中粗差的能力。限制最簡獨立環的邊數的目的是為了防止基線誤差互相覆蓋，誤差大的邊不能被有效挑出，導致網絡的可靠性降低。為了檢查觀測質量和評價精度，需要檢查由獨立觀測邊組成的同步環和異步環的閉合差。
3.選點埋石頭
如果該點不滿足GNSS測量的要求，將會引起失鎖、周跳和多徑效應誤差，GNSS觀測中的粗差和劣質觀測值將會增加。首先，要求工位的頭部空間是開放的。由於GNSS衛星信號本身很弱，所以還要註意:避開周圍的電磁幹擾源，保證GNSS接收機的正常工作；限制衛星高度角以減少對流層的影響；遠離強烈反射衛星信號的物體，以減弱多徑效應的影響。按照規範，首先要進行圖上的技術設計和優化，並估算精度。最後，根據技術設計要求進行現場測量，充分利用符合要求的舊控制點。要求將GNSS點的地標和標誌埋設牢固，便於長期保存和利用。
4.全球導航衛星系統觀測
GNSS接收機應在檢定有效期內使用，其標稱精度應高於相應GNSS網絡的規範要求。由於雙頻接收機采用雙頻改正技術，可以很好地消除電離層折射誤差的影響，所以長基線或高水準的GNSS網采用雙頻接收機觀測，精度特別提高。為了保證GNSS網絡中相鄰點的相對精度，必須對網絡中相互靠近的點進行同步觀測，以獲得它們之間的直接觀測基線。
規範還規定了衛星的截止高度角、同時觀測的有效衛星數量、時間段長度、數據采樣間隔率、PDOP值和同時觀測的接收器數量。
隨著衛星高度的降低，衛星信號接收信噪比降低，對流層影響增大，測量誤差增大。壹般規範要求衛星高度角不小於15？這樣可以在簡化模型的情況下保證所需的測量精度。
規定有效衛星數是因為同步觀測的衛星越多，冗余觀測就越多，結果的精度也會相應提高。
觀測周期長度和數據采樣間隔率的限制是獲得足夠的數據，有利於整周模糊度的解算和載波相位觀測值的周跳探測。
PDOP的值與觀測衛星在空間的幾何分布有關，限制PDOP的目的是選擇最佳的觀測時間段，從而獲得高精度的觀測值。
與其他規範不同，《工程測量規範》(以下簡稱《工作規範》)提出？獨立基線總數不小於65438+必要基線數的0.5倍？的規定。作者認為，這兩種提法的根本是增加多余的觀測基線。正常運行時，根據儀器的標稱精度，約3% ~5%的閉合差為不合格。有了多余的基線，不合格的基線可以丟棄，從而保證了網絡的觀測質量。關於GNSS觀測時間的確定，筆者發現在GNSS衛星信號較好的情況下，利用雙頻接收機測量城市四等和壹等GNSS是可行的，因為其邊長相對較短，觀測時間分別為30~40分鐘和20~30分鐘，提高了工作效率。
5、結果信息
GNSS測量是基本測量結果，應長期保存。工作完成後，應提交完整的成果數據。包括:任務或合同、技術設計、已有成果資料的利用、儀器校準記錄、筆記、野外觀測原始記錄、平差計算手冊、技術總結、檢驗報告、設計網絡圖、觀測網絡圖、數據處理圖、成果圖、坐標等成果資料及說明，以及上述資料的電子文件和光盤。
以上只是對常用規範中GNSS靜態測量技術要求的簡單對比分析。在進行GNSS靜態測量時，應根據工程的特點、精度和密度以及相應的規範進行設計和測量，以充分發揮GNSS技術的先進性和優越性。
參考
[1]全球定位系統(GPS)測量規範(GB/T18314-2009)，測繪出版社，2009。
[2]《衛星定位城市測量技術規範》(CJJ/T73-2010)，中國建築工業出版社，2010。
[3]《鐵路工程衛星定位測量規範》(TB10054-2010)，中國鐵道出版社，2010。
[4]李，，GPS測量與數據處理武漢大學出版社，2010 .