GNSS在城市管理中的應用

【摘要】隨著城市化進程的加快，在城市規劃和管理領域，針對城市現狀信息的收集、分析、整理工作復雜，特別是城市信息的快速更新和城市突發事件的快速處理等難以及時得到解決的問題，關鍵在于如何處理城市發展過程中的空間關系，這就要求在城市建設管理和規劃中尋求新技術、新方法的應用。文章概括介紹了城市規劃的基本概念，詳細論述了GNSS技術在城市規劃管理中的應用和在城市規劃測量中的應用。鑒于GNSS技術的快速發展，越來越多的大中型城市嘗試將GNSS技術運用于城市管理。

1.引言

城市規劃是指導城市建設，促進社會經濟發展的“龍頭”，是城市建設和管理的依據，在城市的建設和發展過程中處于十分重要的地位。城市規劃是根據城市的社會和經濟發展目標對城市建設實施全過程控制的過程，這一過程除決定于城市規劃管理體制及規劃設計和管理人員的素質外，還決定于對城市歷史、現狀信息的把握以及信息的分析、處理和利用。隨著城市化進程的加快，在城市規劃和管理領域，傳統的規劃和管理手段已不能適應城市飛速發展的需要，對城市現狀信息的收集、分析、整理工作相當復雜，特別是城市信息的快速更新和城市突發事件的快速處理等問題難以及時得到解決，關鍵在于如何處理城市發展過程中的空間關系，這就要求在城市建設管理和規劃中尋求新技術、新方法的應用，不斷提高城市規劃管理的科技含量，以適應現代城市建設與發展的需要。鑒于GNSS技術的快速發展，越來越多的大中型城市嘗試將GNSS技術運用于城市管理。

2.GNSS技術在城市規劃管理中的應用

GNSS由于其自動化程度高、全天候全天時作業、定位快速而精確等特點，已經給測繪技術帶來了革命性的變化，在數字城市規劃中將發揮巨大的作用。首先，大量城市遙感信息的精確定標工作、城市地籍信息的測量工作、城市數字攝影測量工作都離不開衛星定位技術，數字城市空間數據基礎設施必須應用GNSS技術。在數字城市規劃的信息獲取過程中，也直接利用GNSS技術。GNSS技術在數字城市規劃空間信息獲取中的應用價值，主要表現在下述幾個方面。

◆建立城市空間參考基準

伴隨我國新型中小城市的迅速發展，每天都要進行大量的城市建設、國土規劃、工程施工等工程。這些工程的實施都需要測繪工作基礎，特別是測量控制點坐標。但是以靜態測量構成的靜態測量控制點作為城市建設的基礎設施，已經遠不能適應現代化城市發展的要求了。中小城市的建設與發展，要靠上百個乃至更多的控制點來維持其測繪基準，還必須隨壞隨建，不同單位還肯能重復建設，每年需要約十萬元的直接間接維持費用。如果利用載波相位動態實時差分（RTK）技術建立的連續運行參考站（CORS）作為空間參考基準，可隨時隨地進行實時或準實時測量，單純從完成目前靜態網的功能要求來說，中小城市只需有五六個GNSS長年跟蹤站就夠了，而這一建設相當于以前一到兩年的維護費用，但卻幾乎是一勞永逸的。

◆應用于城市航空攝影測量中

GNSS航空攝影測量技術是高精度GNSS動態定位測量與航空那個攝影測量有機結合的一項高新技術。它是在航空攝影飛機上加載GNSS/IMU組合設備，并用一定方式將它與航空攝影儀相連接，以此實時地獲取攝影瞬間的相機快門啟開脈沖。在航攝飛機對地攝影的同時，既測定GNSS信號接收天線的實時在行點位，又精確而自動地記錄每一個攝影時元。經過測后數據處理，解算出三位坐標，并按要求變換成所攝區的實用坐標，然后將其作為攝影測量區域網平差附加觀測值，參與空中三測量的聯合解算，以此達到大量的減少甚至完全的免除野外實地測量像控點的目的，從而導致測量行業從技術手段到隊伍結構的革命性變化。

◆應用于城市測繪中

目前，城市測繪技術正從野外采集和事后處理階段發展為實時處理階段，從一維、二維定位發展到三維、四維定位階段，現代多個用戶要求測繪建立實現全自動、全天候、全時域、全空域的連續測量體系。這樣，任何靜態形式的、模擬方式的、人工方式的，以光電技術為主實現數據采集的測繪模式都遠遠不能滿足這一要求。社會發展和進步的需要，迫使測繪工程現代化、信息化、實時化，這樣，給予GNSS的三維實時動態測繪就成為城市測繪技術發展的必然趨勢。

以北京為例，在市區布設了59個主要控制點構成的GNSS主控網，在每個控制點附近又布設了一個方向點，構成的GNSS方向網以滿足城市測繪的需要。在工程測量控制方面，城市輕軌GNSS控制網，高速公路GNSS控制網還有一些工程的施工放樣、放線、拔地、釘樁等工程的控制都是GNSS控制點。

◆“3S”應用

“3S”是地理信息系統（GIS）、遙感（RS）和GNSS的簡稱。其中，GNSS主要用于實時、快速的提供目標的空間位置；遙感用于實時或準實時的提供目標及其環境的語義或非語義信息，發現地球表面上的各種變化，及時的對GIS進行數據更新；GIS則是對多種來源的時空數據進行綜合處理、集成管理和動態存取，作為新的集成系統平臺，并為智能化數據采集提供地學知識。

應用“3S”集成技術進行城市規劃編制及規劃業務審批已經是規劃管理信息系統必要的手段。以哈爾濱城市規劃為例，哈爾濱市委提高城市規劃執法力度，進行了“數字監察”項目建設，使哈爾濱市規劃管理監察大隊監察責任區域的巡查、建設工程的檢查、對城市規劃部門審批的建設工程項目跟蹤管理等職能提供服務平臺。“數字監察”項目利用哈爾濱市可以同時接收美國及俄羅斯兩套不同頻率的衛星信號的得天獨厚的地理條件，提高了監察準確性及精度。該項目是借助GNSSA準確的定位，GIS科學的數據、RS現勢信息、CORS厘米級城市坐標系統等高新技術，管理城市規劃違法建設。實現日常巡查路線設計、重點巡查項目設定、現場辦公、日常巡查及重點監察項目錄像等功能。利用3S集成技術，把收集、定位、綜合分析等各部分集成起來，管理人員可以在計算機上了解有關信息，并利用統計和分析模型等手段了解有關的綜合數據，以便做出科學的決策。

3.GNSS技術在城市規劃測量中的應用

3.1 RTK技術概述

實時動態測量系統（RTK）是GNSS測量技術與數據傳輸技術的結合，是GNSS測量技術中的一個新突破。RTK測量技術是以載波相位觀測量為根據的實時差分GNSS測量技術，其基本思想是：在基準站上設置1臺GNSS接收機，對所有可見GNSS衛星進行連續地觀測，并將其觀測數據通過無線電傳輸設備，實時地發送給用戶觀測站。在用戶站上，GNSS接收機在接收GNSS衛星信號的同時，通過無線電接收設備，接收基準站傳輸的觀測數據，然后根據相對定位原理，實時地解算整周模糊度未知數并計算顯示用戶站的三維坐標及其精度。通過實時計算的定位結果，便可監測基準站與用戶站觀測成果的質量和解算結果的收斂情況，實時地判定解算結果是否成功，從而減少冗余管測量，縮短觀測時間。

RTK測量系統一般由三部分組成，包括GNSS接收設備、數據傳輸設備、軟件系統。數據傳輸系統由基準站的發射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實現實時動態測量的關鍵設備。軟件系統具有能夠實時解算出流動站的三維坐標功能。RTK測量技術除具有GNSS測量的優點以外，同時具有觀測時間短，能實現坐標實時解算的優點，因此可以提高生產效率。

3.2 CORS技術概述

CORS系統是利用多基站網絡RTK技術建立的連續運行參考站網絡系統，它是在某一區域內建立若干個連續運行的永久性參考站，通過網絡互聯構成新一代的網絡化的GNSS綜合服務系統，不僅可以向各級測繪用戶提供高精度、連續的空間基準、而且可以向導航、時間、災害防治等部門提供各種數據服務。CORS系統是集高精度靜態定位與RTK于一身的GNSS系統，主要包括參考站網子系統、數據處理與管理中心、數據通信網絡子系統、數據播發子系統和用戶應用子系統。

建立城市CORS的必要性和意義主要體現在以下幾個方面：

（1）城市CORS的建立可以大大提高城市測繪精度、速度與效率，降低測繪勞動強度和成本，省去測量標志保護與修復的費用。由于城市建設速度加快，對GNSS的C、D、E級控制點破壞較大，一般在五至八年需要重新布設控制點，造成人力物力的大量浪費。隨著CORS基站的建設和連續運行，就形成了一個以永久基站為控制點的網絡。所以，利用已建成的城市CORS系統對外開發使用，收取一定的費用，收費標準可以根據各地的投入和實際情況制定，當然這一點上更多的是社會效益。

（2）城市CORS的建立，可以對城市工程建設進行實時、有效、長期的變形監測，對災害進行快速預報。CORS項目完成將為城市測繪、GIS應用等提供精度達厘米級的動態實時定位服務，將極大地加快該城市基礎地理信息的建設。

（3）城市CORS將是城市信息化的重要組成部分，并由此建立起城市空間基礎設施的三維、動態、地心坐標參考框架，從而從實時的空間位置信息面上實現城市真正的數字化。CORS建成能使城市跟多部門和人實用GNSS高精度服務，它將在城市經濟建設中發揮重要作用。由此帶給城市巨大的社會效益和經濟效益是不可估量的，它將為城市進一步提供良好的建設和投資環境。

4.總結

通過對GNSS技術在城市規劃管理和測量中應用的論述，可以看出，GNSS技術就是城市建設管理和規劃中尋求的新技術和新方法之一，它實現了對城市現狀信息的收集、分析、整理工作的簡化，特別是城市信息的快速更新和城市突發事件的快速處理，提高了城市規劃管理的科技含量，適應了現代城市建設與發展的需要。今后，將會有越來越多的大中型城市嘗試將GNSS技術運用于城市管理。

參考文獻

[1]譚述森.衛星導航定位工程[M].國防工業出版社，2010 （7）.

[2]許其風.我國成功發射導航定位衛星[J].測繪信息與工程，2001.

[3]葛榜軍，廖春發.衛星應用現狀與發展（上冊），總裝備部衛星有效載荷及應用技術專業組應用技術分組[M].中國科學技術出版社，2001.

[4]吳志忠.移動通信無線電波傳播[M].人民郵電出版社， 2002.

[5]Chakravarthy V，Nunez A S，Stephens J P，et al.TDCS，OFDM，and MC-CDMA：a brief tutorial[J].IEEE Radio Communications，2005，43（9）：S11-S16.

[6]Roberts M L，Temple M A.Transform domain commun-ications：interference avoidance and acquisition capabilities[A].National Aerospace and Electronics Conference[C].Dayton：2000：610-617.