现代水利工程测绘中GNSS技术的应用探析

李 菁

（江苏省扬州市邗江测量服务所，江苏 扬州 225009）

使用GNSS技术进行现代水利工程的测绘，可以有效改善测绘质量并提升测绘效率，但是随着人们对水利工程测绘要求的不断提高，水利工程测绘需要对GNSS技术的应用模式加以升级以满足测绘工作需要。由于我国水利工程测绘中GNSS技术的应用模式还不成熟，不能充分发挥GNSS技术的优势，影响了最终的测绘效果，故需要对GNSS技术在水利工程测绘领域应用进行分析探讨。

1 GNSS技术简介

GNSS技术是现有卫星导航定位技术的总称，美国的GPS、中国的北斗卫星导航系统都属于GNSS技术的范畴。GNSS技术初始的运用主要是通过卫星定位并利用通信设备实现卫星与地面设备的信号传输，准确地完成导航及定位工作。在这一过程中GNSS技术可以快速地获取准确的三维坐标及其他相关信息。而随着其他技术的不断升级，目前研究人员将传统的GNSS技术与智能数据处理技术及RTK技术有机结合，不仅实现了GNSS技术在动态领域的应用还大大提升了位置信息精度，有效扩大了GNSS技术的拥有范围。现阶段，GNSS技术的使用过程主要通过地面控制系统、用户设备及卫星系统协同完成，工作原理见图1。

图1 GNSS技术工作原理

其中，地面控制系统是确保GNSS技术精度的基础。地面控制系统首先通过监测站监控每一个卫星的运行状态并对卫星运行参数进行记录，同时还会储存卫星的星历信息。为了提升监测站监测数据的精度，目前在监测站内部大多配有铯钟，这样可以确保监测数据能真实反映卫星的运动状态及位置的参数。监测站在获取卫星参数的同时还可以获取电离层数据、气象数据等外部信息数据，随后这些数据经过初步整理后被传输至主控站[1]。主控站通过对这些数据的计算分析获得卫星的轨道及时钟参数信息，并经由相应的地面控制站最终传输至用户设备处。目前用户设备主要指GNSS信号接收装置，用户在接收到地面控制站传来的卫星轨道及时钟参数信息后，可以通过解析获取所处位置的基线及坐标信息，这样便可以将借助换算获取测量天线与卫星间的距离及距离变化率进而得到准确的空间位置信息。近年来随着GNSS技术的不断进步，GNSS信号接收机的体积也愈发小巧，为在野外使用GNSS技术进行测绘工作打下了基础。地面控制系统、用户设备的运作都依赖于卫星传递信号的准确性，目前各国的GNSS技术都对卫星的轨道布置进行了优化，均匀分布的卫星可以实现对地球的全面覆盖，因此需要掌握GNSS技术的空间星座并合理进行基线换算。

2 GNSS技术在水利工程测绘中的应用现状分析

现阶段，GNSS技术有多种工作原理，但在水利工程测绘中主要使用的是载波相位时差分原理即RTK技术。使用RTK技术进行目标位置测量时主要利用了相对定位的功能，卫星可以结合移动站的位置信息变化进行动态测量，同时卫星观测数据可以经过换算向移动站传递，随后根究测量数据的差分得到准确的三维位置信息，其测量流程见图2。使用RTK技术进行测量时，要注意基础站位置信息的准确同时要确保有四个以上的跟踪卫星监控移动站的位置信息，以保障测量的准确性[2]。使用GNSS技术进行测量不仅不受外界气候、环境因素的干扰，还不需要满足监测站的通视即可完成测绘工作，也不需进行边角测量，测量过程较为简便。随着信息化及智能化技术的不断发展，现阶段使用GNSS技术进行水利工程测绘时，GNSS技术的相关软件可以自动完成后期的数据处理及计算工作，不仅大大降低了工作人员的工作量还减少了数据处理过程中的误差。

图2 使用GNSS技术进行水利工程测绘流程图

水利工程采用GNSS技术进行测量依然存在诸多问题，影响了实际测量效果。首先在测量过程中误差难以得到有效消除，这主要是由于测量人员操作不当引起的，例如在进行测量时测量角度选取的偏差就会导致最终测量结果出现错误。另外使用GNSS技术进行水利工程测绘时，测量位置周边的高压线、高层建筑等等都会影响卫星信号的传输，同时接受器周边的原有通信网络也会干扰信息传递过程，故难以使用GNSS技术完成全部的测量工作，仍需结合使用全站仪进行部分人工测量。而GNSS系统在后期处理工作中不能对人工测量数据进行准确的转换，导致测量结果出现误差。

另外，目前我国的水利工程测绘人员大多没有经过专业的培训，不能熟练运用GNSS系统的操作技术，这不仅会大大降低实际测绘效率，还会导致测绘数据出现偏差从而影响整体测绘质量甚至干扰水利工程的正常施工[3]。在测绘过程中，测量人员若不能及时根据GNSS测量数据实际对测量工作加以调整，对于测绘过程中出现的问题不能第一时间解决，这将会影响水利工程的测绘效果。除此之外，目前在水利工程测绘中使用传统方法可以基本满足测绘需要，而且全站仪、水平仪等仪器也结合测绘工作需求的变化进行了升级，这也影响了GNSS技术在水利工程测绘领域的应用及普及。

3 现代水利工程测绘领域中GNSS技术的应用探析

我国大力开展水利工程建设，而且工程位置大多较为偏远，因此传统的测绘技术难以满足测绘工作需要，引入GNSS技术势在必行。结合目前水利工程测绘中GNSS技术应用所存在的问题，测绘人员需要对现有的测量模式进行优化，确保测绘质量。

首先在使用GNSS技术进行水利工程测绘时，施工人员需要全面掌握水利工程施工设计及周边的环境情况，并根据以上信息合理选择测绘点及测绘位置以发挥GNSS技术的优势。而且在测绘点选择时，施工人员还需要对当地的标架条件及地理位置进行考察，确保选择的点位可以满足测绘需求。在确定测绘点位置后，测绘人员还需要优化GNSS布网测量过程，要结合水利工程施工特点合理选择点连式、边连式及网连式的布网模式，使GNSS控制测量网更加贴合施工实际而且改善其几何强度，进一步提升GNSS技术测量的精确度及可靠性。其次，水利工程测绘人员也需要在平日里加强对GNSS相关知识的学习，掌握专业操作技能，避免在实际测绘中由于人为操作问题导致的测量误差，同时应及时根据测绘状态对测绘工作内容加以调整，确保测绘工作真正满足水利工程施工的需要。最后，由于建筑物的遮挡或是地面通信网络的干扰卫星难以获取准确的位置坐标信息，测绘人员在使用全站仪进行测量之后，应结合GNSS系统内的基线坐标参数对测量结果进行转换，确保GNSS数据处理系统可以准确高效地完成后期的测绘数据整合工作，避免出现信息传递的偏差，从而保障测绘的精度。

在采用GNSS技术进行水利工程测绘的同时，结合运用RTK技术可以实现精度的提升，同时基于固定的基准站可以实现动态测绘。基准站接受各个监测卫星传来的数据并将其传输至各个流动站，流动站内部经过差分计算处理分析观测数据与卫星数据间的偏差并加以储存同时输出流动站的空间位置坐标。动态测绘不仅可以进一步提升水利工程测绘的精度，还可以改善测绘工作的全面性，有效提升水利工程测绘质量[4]。基于动态测绘技术，人们也将GNSS技术运用于水利工程监测之中，监测工作流程见图3。测绘人员可以结合水利工程施工及使用状态选择适宜的监测点并布设GNSS控制网，这样利用GNSS技术对监测点位置参数变化状态的监控便可以掌握水利工程的形变情况，不仅可以为施工过程提供参考，还可以用于水利工程的安全控制工作。

图3 基于GNSS技术的水利工程形变监测系统工作流程图

4 结语

在水利工程测绘中，使用GNSS技术可以有效提升测绘工作的精度及效率。目前实际测绘过程中存在问题众多，主要有测量人员操作不当、高压线等影响卫星信号的传输和未能及时对GNSS测量数据进行调整等，对此测绘人员应结合水利工程设计及周边地理环境条件合理选择监测点并优化GNSS控制网结构。测绘人员还需要提升自身专业水平以避免错误操作导致的误差并优化日常测绘操作。同时GNSS技术还可以运用于水利工程形变监测系统之中，让测绘工作更好地为水利工程施工服务，确保水利工程施工质量。