現代水利工程測繪中GNSS技術的應用探析

李 菁

（江蘇省揚州市邗江測量服務所，江蘇 揚州 225009）

使用GNSS技術進行現代水利工程的測繪，可以有效改善測繪質量并提升測繪效率，但是隨著人們對水利工程測繪要求的不斷提高，水利工程測繪需要對GNSS技術的應用模式加以升級以滿足測繪工作需要。由于我國水利工程測繪中GNSS技術的應用模式還不成熟，不能充分發揮GNSS技術的優勢，影響了最終的測繪效果，故需要對GNSS技術在水利工程測繪領域應用進行分析探討。

1 GNSS技術簡介

GNSS技術是現有衛星導航定位技術的總稱，美國的GPS、中國的北斗衛星導航系統都屬于GNSS技術的范疇。GNSS技術初始的運用主要是通過衛星定位并利用通信設備實現衛星與地面設備的信號傳輸，準確地完成導航及定位工作。在這一過程中GNSS技術可以快速地獲取準確的三維坐標及其他相關信息。而隨著其他技術的不斷升級，目前研究人員將傳統的GNSS技術與智能數據處理技術及RTK技術有機結合，不僅實現了GNSS技術在動態領域的應用還大大提升了位置信息精度，有效擴大了GNSS技術的擁有范圍。現階段，GNSS技術的使用過程主要通過地面控制系統、用戶設備及衛星系統協同完成，工作原理見圖1。

圖1 GNSS技術工作原理

其中，地面控制系統是確保GNSS技術精度的基礎。地面控制系統首先通過監測站監控每一個衛星的運行狀態并對衛星運行參數進行記錄，同時還會儲存衛星的星歷信息。為了提升監測站監測數據的精度，目前在監測站內部大多配有銫鐘，這樣可以確保監測數據能真實反映衛星的運動狀態及位置的參數。監測站在獲取衛星參數的同時還可以獲取電離層數據、氣象數據等外部信息數據，隨后這些數據經過初步整理后被傳輸至主控站[1]。主控站通過對這些數據的計算分析獲得衛星的軌道及時鐘參數信息，并經由相應的地面控制站最終傳輸至用戶設備處。目前用戶設備主要指GNSS信號接收裝置，用戶在接收到地面控制站傳來的衛星軌道及時鐘參數信息后，可以通過解析獲取所處位置的基線及坐標信息，這樣便可以將借助換算獲取測量天線與衛星間的距離及距離變化率進而得到準確的空間位置信息。近年來隨著GNSS技術的不斷進步，GNSS信號接收機的體積也愈發小巧，為在野外使用GNSS技術進行測繪工作打下了基礎。地面控制系統、用戶設備的運作都依賴于衛星傳遞信號的準確性，目前各國的GNSS技術都對衛星的軌道布置進行了優化，均勻分布的衛星可以實現對地球的全面覆蓋，因此需要掌握GNSS技術的空間星座并合理進行基線換算。

2 GNSS技術在水利工程測繪中的應用現狀分析

現階段，GNSS技術有多種工作原理，但在水利工程測繪中主要使用的是載波相位時差分原理即RTK技術。使用RTK技術進行目標位置測量時主要利用了相對定位的功能，衛星可以結合移動站的位置信息變化進行動態測量，同時衛星觀測數據可以經過換算向移動站傳遞，隨后根究測量數據的差分得到準確的三維位置信息，其測量流程見圖2。使用RTK技術進行測量時，要注意基礎站位置信息的準確同時要確保有四個以上的跟蹤衛星監控移動站的位置信息，以保障測量的準確性[2]。使用GNSS技術進行測量不僅不受外界氣候、環境因素的干擾，還不需要滿足監測站的通視即可完成測繪工作，也不需進行邊角測量，測量過程較為簡便。隨著信息化及智能化技術的不斷發展，現階段使用GNSS技術進行水利工程測繪時，GNSS技術的相關軟件可以自動完成后期的數據處理及計算工作，不僅大大降低了工作人員的工作量還減少了數據處理過程中的誤差。

圖2 使用GNSS技術進行水利工程測繪流程圖

水利工程采用GNSS技術進行測量依然存在諸多問題，影響了實際測量效果。首先在測量過程中誤差難以得到有效消除，這主要是由于測量人員操作不當引起的，例如在進行測量時測量角度選取的偏差就會導致最終測量結果出現錯誤。另外使用GNSS技術進行水利工程測繪時，測量位置周邊的高壓線、高層建筑等等都會影響衛星信號的傳輸，同時接受器周邊的原有通信網絡也會干擾信息傳遞過程，故難以使用GNSS技術完成全部的測量工作，仍需結合使用全站儀進行部分人工測量。而GNSS系統在后期處理工作中不能對人工測量數據進行準確的轉換，導致測量結果出現誤差。

另外，目前我國的水利工程測繪人員大多沒有經過專業的培訓，不能熟練運用GNSS系統的操作技術，這不僅會大大降低實際測繪效率，還會導致測繪數據出現偏差從而影響整體測繪質量甚至干擾水利工程的正常施工[3]。在測繪過程中，測量人員若不能及時根據GNSS測量數據實際對測量工作加以調整，對于測繪過程中出現的問題不能第一時間解決，這將會影響水利工程的測繪效果。除此之外，目前在水利工程測繪中使用傳統方法可以基本滿足測繪需要，而且全站儀、水平儀等儀器也結合測繪工作需求的變化進行了升級，這也影響了GNSS技術在水利工程測繪領域的應用及普及。

3 現代水利工程測繪領域中GNSS技術的應用探析

我國大力開展水利工程建設，而且工程位置大多較為偏遠，因此傳統的測繪技術難以滿足測繪工作需要，引入GNSS技術勢在必行。結合目前水利工程測繪中GNSS技術應用所存在的問題，測繪人員需要對現有的測量模式進行優化，確保測繪質量。

首先在使用GNSS技術進行水利工程測繪時，施工人員需要全面掌握水利工程施工設計及周邊的環境情況，并根據以上信息合理選擇測繪點及測繪位置以發揮GNSS技術的優勢。而且在測繪點選擇時，施工人員還需要對當地的標架條件及地理位置進行考察，確保選擇的點位可以滿足測繪需求。在確定測繪點位置后，測繪人員還需要優化GNSS布網測量過程，要結合水利工程施工特點合理選擇點連式、邊連式及網連式的布網模式，使GNSS控制測量網更加貼合施工實際而且改善其幾何強度，進一步提升GNSS技術測量的精確度及可靠性。其次，水利工程測繪人員也需要在平日里加強對GNSS相關知識的學習，掌握專業操作技能，避免在實際測繪中由于人為操作問題導致的測量誤差，同時應及時根據測繪狀態對測繪工作內容加以調整，確保測繪工作真正滿足水利工程施工的需要。最后，由于建筑物的遮擋或是地面通信網絡的干擾衛星難以獲取準確的位置坐標信息，測繪人員在使用全站儀進行測量之后，應結合GNSS系統內的基線坐標參數對測量結果進行轉換，確保GNSS數據處理系統可以準確高效地完成后期的測繪數據整合工作，避免出現信息傳遞的偏差，從而保障測繪的精度。

在采用GNSS技術進行水利工程測繪的同時，結合運用RTK技術可以實現精度的提升，同時基于固定的基準站可以實現動態測繪。基準站接受各個監測衛星傳來的數據并將其傳輸至各個流動站，流動站內部經過差分計算處理分析觀測數據與衛星數據間的偏差并加以儲存同時輸出流動站的空間位置坐標。動態測繪不僅可以進一步提升水利工程測繪的精度，還可以改善測繪工作的全面性，有效提升水利工程測繪質量[4]。基于動態測繪技術，人們也將GNSS技術運用于水利工程監測之中，監測工作流程見圖3。測繪人員可以結合水利工程施工及使用狀態選擇適宜的監測點并布設GNSS控制網，這樣利用GNSS技術對監測點位置參數變化狀態的監控便可以掌握水利工程的形變情況，不僅可以為施工過程提供參考，還可以用于水利工程的安全控制工作。

圖3 基于GNSS技術的水利工程形變監測系統工作流程圖

4 結語

在水利工程測繪中，使用GNSS技術可以有效提升測繪工作的精度及效率。目前實際測繪過程中存在問題眾多，主要有測量人員操作不當、高壓線等影響衛星信號的傳輸和未能及時對GNSS測量數據進行調整等，對此測繪人員應結合水利工程設計及周邊地理環境條件合理選擇監測點并優化GNSS控制網結構。測繪人員還需要提升自身專業水平以避免錯誤操作導致的誤差并優化日常測繪操作。同時GNSS技術還可以運用于水利工程形變監測系統之中，讓測繪工作更好地為水利工程施工服務，確保水利工程施工質量。