GNSS融合技術在自然資源調查與地形測繪中的應用

高精度GNSS技術通過衛星定位實現厘米級測量，顯著提升自然資源勘察測繪的精度與效率。其應用可降低人力成本，拓展復雜環境測量范圍，并支持變形監測、精準農業等多領域。未來將向量子定位、低軌衛星增強等方向發展，需建立統一標準體系以規范技術應用

當前，隨著科學技術發展進程的逐漸加快，以全球導航衛星系統（GNSS）為代表的定位系統在工程測繪和生態環境測量領域得以有效地推廣，應用日益頻繁和廣泛。高精度的GNSS技術應用的核心利用全球衛星導航系統對監測區域的時間和位置進行有效的勘測，這一過程往往會涉及衛星群、地面控制站和用戶接收設備的協同應用。在當前國家和地區對生態環境保護重視程度不斷加強的背景之下，加強自然資源的勘察和測繪對更好地掌握所在地區的生態環境現狀，生態環境破壞情況有很大幫助。傳統的自然資源勘察測繪工作中以人力測繪為主，但由于野外環境較為惡劣，在具體的勘察測繪過程中，往往需要投入大量的人力物力和財力，并且在勘察測繪過程中常常會因為人員操作失當，導致測繪結果出現較大誤差，不能夠精確地反映所在地區的自然資源分布情況和破壞情況。通過將高精度的GNSS技術應用到自然資源勘察測繪當中，能夠實現地理位置和信息獲取的精確性和高效性，降低了人力成本投入，對提高自然資源的勘察測繪精確度有很大幫助，需要在今后的勘察測繪中進行有效的推廣和應用。

GNSS技術原理

高精度GNSS技術原理。高精度GNSS技術主要基于衛星測距原理來確定接收機的位置，其核心內容是通過測量衛星信號從衛星到接收機的傳播時間，結合已知的衛星位置，利用距離公式計算出接收機與衛星之間的距離，再通過多顆衛星的距離測量值進行交匯計算，從而確定接收機的三維坐標，其技術原理主要涵蓋偽距測量、載波相位測量和差分定位三個方面。

偽距測量。接收機通過測量衛星信號中攜帶的偽隨機碼（PRN）從衛星發射到接收機接收的時間差，乘以光速得到接收機與衛星之間的偽距，偽距測量存在衛星鐘差、接收機鐘差、電離層延遲、對流層延遲等一定的誤差。

載波相位測量。載波相位測量是高精度GNSS定位的核心技術，接收機通過測量衛星載波信號的相位變化來確定接收機與衛星之間的距離，載波相位測量的精度比偽距測量高得多，但存在整周模糊度問題，需要通過一定的算法進行計算。

差分定位。差分GNSS技術是提高定位精度的重要方法，通過在已知位置的參考站上安置GNSS接收機，測量參考站與衛星之間的距離，并將測量值與已知的參考站坐標進行比較，計算出誤差修正值，然后將這些修正值通過數據鏈發送給流動站接收機，流動站接收機利用這些修正值對自己的測量值進行修正，從而提高定位精度。

系統組成

高精度GNSS技術在運行過程中，主要由空間部分、地面控制部分和用戶設備三部分組成，空間部分由多顆分布在不同軌道面上的導航衛星組成，向地面發射導航信號。目前在全球范圍內應用的系統主要涵蓋了美國的GPS系統，俄羅斯的GLONASS系統以及中國的北斗衛星導航系統和歐洲的伽利略系統，這些衛星系統的數量和軌道參數存在較大差異性，但是都能夠提供全球區域當中的定位導航服務。地面控制部分主要涵蓋了控制站監測站注入站主要負責管理和協調整個系統的高效運行，其中監測站主要負責跟蹤和測量衛星信號，獲得衛星的軌道運輸信息和時鐘信息，注入站主要是將控制站計算所得到的衛星星歷和時鐘參數等信息傳送到衛星當中。用戶使用的部分主要是接收設備，其主要功能是接收衛星所發出的信號并進行信號的處理和定位計算，高精度GNSS接收設備往往會分布有多個通道，能夠對多顆衛星進行跟蹤處理，并且采用先進的信號處理技術和算法，切實提高計算的精度和可靠性，除此之外在整個系統當中還涵蓋了數據處理軟件以及天線等輔助設施。

提高測量精度與質量

在進行自然資源勘測測繪過程中，傳統的測繪方法往往存在一定的局限性而高精度GNSS技術在測繪中能夠實現厘米級甚至是毫米級的精準定位，尤其是在橋梁高層建筑等工程的勘測測繪過程中，由于該項技術的定位數據更加精確，應用期間能夠更加準確地定位建筑物的位置和形狀，為工程設計和施工提供數據支持，確保整個項目工程建設的安全性和穩定性。除此之外高精度GNSS技術在應用過程中不容易受到外界因素的影響，個人工作開展過程中不容易受到地形氣候條件等諸多不良因素的影響，再加上該項技術主要采用衛星信號進行定位有效避免了人為操作所造成的誤差，減少了測量誤差，提高了測繪結果的準確性和精確性。

提升工作效率

自然資源勘查測繪中高精度GNSS技術可以在短時間內獲取大量的測量數據，與傳統測量方法相比無需在多個測量點之間進行繁瑣的儀器架設和測量操作，只需將GNSS接收機安置在測量點上，即可快速獲取該點的三維坐標等信息，該項技術在大面積的地形測繪、土地勘界等項目中的深度應用可以大幅縮短測量時間，提高工作效率。在進行數據處理和數據反饋過程中，GNSS接收機還可以實現實時處理測量數據，并將結果及時反饋給操作人員，操作人員可以在現場對測量數據進行檢查和分析，發現問題及時進行處理，避免了傳統測量方法中數據處理和反饋不及時的問題，進一步提高了工作效率。

降低工作成本

自然資源勘察測繪是一個系統性和長期性的工程，傳統測繪模式下往往需要投入較多的人力成本，花費較高的時間，而高精度GNSS技術的自動化程度高，操作相對簡單，在測量過程中所需的人力較少，可以減少測量人員的數量，降低人工成本，尤其是在一些偏遠地區或復雜地形的測量項目中，使用GNSS技術可以減少測量人員在惡劣環境下的工作強度和工作時間，提高工作的安全性。從費用成本來看GNSS測量設備的價格相對較為合理，而且一臺設備可以同時滿足多種測量需求，與傳統測量儀器相比不需要配備經緯儀、水準儀等大量的輔助設備，節省了設備的購置和維護成本。

拓展測量范圍與應用領域

高精度GNSS技術應用過程中往往不會受到地層環境的諸多限制，可以在山區沙漠海洋等多種復雜的地形和環境當中進行測繪，尤其是在地質勘查海洋測繪等領域應用價值更高，能夠為這些地區的地理信息提供有效的技術支持，拓展了測繪工作范圍。此外該項技術在應用過程中還可以實現有效的拓展除了進行傳統的地形測繪工程測量之外，還可以在變形測量地質災害預警精準農業等領域得以廣泛的應用，其中變形測繪可以實時測量建筑物橋梁大壩等建筑結構的變形情況發現安全隱患并及時提供相應的隱患數據，而在精準農業當中利用高精度GNSS技術可以實現大田作業的精準施肥精準多種精準灌溉，提高了農業生產效率和質量。

前期準備

在勘察測繪之前要做好有效的準備，全面收集勘察測繪區域的相關資料，涵蓋地質、地形、氣象等方面，了解該區域以往的測繪成果、地質構造特點以及常見的氣象條件，依據項目的具體需求和精度要求，挑選合適的高精度GNSS接收機及配套設備，確保所選設備須具備多系統、多頻率接收能力，以確保能夠獲取更豐富的衛星信號，設備使用前還對設備進行嚴格的校準和檢測，保證設備的準確性和可靠性。同時，對參與項目的工作人員開展專業培訓，明確設備的操作演示、常見問題的解決方法等，使其熟悉高精度GNSS技術的基本原理、操作方法以及數據處理流程，提高工作人員的業務水平。

控制網建立

在進行勘測處理過程中，需要在整個勘測測繪區域內選擇合理的控制點，整個控制點要選擇在地勢較為開闊遠離大功率無線電源和大面積水域的區域，保證衛星信號接收的良好，控制點選擇完好之后要及時進行埋石工作，確保控制點的穩定性和長久性。緊接著結合控制點的具體分布情況和衛星的運行情況，制定觀測方案，明確觀測時間、采樣間隔、采樣頻率，保證每個控制點都能夠獲得實時的觀測數據，最后按照觀測方案的相關要求及時采集數據，并實現對數據進行誤差計算，及時消除觀測誤差，更好地控制測繪的精度。

測量內容

在控制網的基礎上，采用高精度GNSS技術進行碎部點測量，將GNSS接收機安置在待測碎部點上，通過接收衛星信號確定碎部點的三維坐標，對于難以到達的碎部點，可以采用RTK（實時動態）測量模式，提高測量效率。

測量獲得的數據要進行數據格式轉換、坐標系統轉換等預處理，然后使用專業的測繪軟件進行成圖，繪制出地形地貌圖，成圖過程中要注意圖形的準確性和美觀性，標注必要的信息。

數據質量控制與成果交付

測繪工作完成之后應該對采集到的測量數據進行全面的質量檢查，確保獲得的數據完整性、準確性、一致性，數據檢測過程中采用重復測量、數據比對等多種方法進行檢查，確保數據質量符合要求。在確保數據一致性準確性之后將測量報告、圖紙、數據文件等測量成果進行整理和歸檔，按照項目要求的格式和標準進行成果交付，為自然資源的管理和決策提供可靠的依據。

新一代技術突破

在今后的技術應用和技術發展過程中量子高精度GNSS技術將會成為未來的發展應用趨勢，通過不斷加強抗干擾量子定位芯片的有效研究，實現勘測精度達毫米級別，同時為確保整個通信信號的精確性和高效性，可以借助鴻雁星座等低軌衛星進一步提高信號強度確保復雜區域的定位準確性能夠達到99.9%。

構建標準體系

高精度GNSS技術應用期間，為確保技術應用的規范性和合理性需要自然資源部制定《GNSS自然資源調查技術規范》，統一設備標校、數據格式等要求，并積極聯合國際標準化組織（ISO）推進GNSS地質監測國際標準（ISO 21427）制定。

綜上所述，在進行地質勘測測繪過程中高精度GNSS技術具有多方面的應用優勢，在提高勘測精確性方面扮演著重要的角色，作為一種現代化的技術手段，在發展過程中應該不斷加強動態化的調整，以充分展現出其得天獨厚的優勢。在開展具體的地質勘測測繪期間，要充分認識到該項技術在勘測測繪中還屬于新鮮事物，要注重加強技術的規范操作和現代化技術的推廣，不斷提高操作人員的專業技術水平，為地質勘測工作的高效開展提供有效的數據支持。

（責任編輯" 莊雙博）

（作者單位：新疆福海縣自然資源局）