GNSS在控制测量中的应用

（贵州工程应用技术学院矿业工程学院 贵州·毕节 551700）

1 GNSS组成及其优势分析

全球卫星导航系统（GNSS）主要包含了空间卫星星座、地面控制系统以及用户终端三大部分。由中国的北斗卫星导航系统、美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统以及欧洲的GALILEO系统组成，同时也涵盖在建的和以后要建的其他卫星导航系统。

对比用全站仪与水准仪结合的传统布设控制网的方式，它由于测站之间无需通视，在选择站点时具有更加灵活性的特点；由于其信号的传输方式及工作方式又使其具备了自动化、全天候、连续性、实时性、应用广泛与经济性的导航定位定时优点。

2 现行规范及其要求

根据我国目前现行的 GPS网设计规范 GBT18314-2016《全球定位系统（GPS）测量规范》（以下简称《规范》）中，对GNSS控制网的主要技术要求见表1。

表1：GNSS控制网的主要技术要求

其中，二、三、四等网，相邻点最小距离不应小于平均距离的1/2；最大距离不应超过平均距离的2倍；一、二级网的相邻导线长短边距离不应超过3:1，且导线边夹角应大于30°。

表2：城市及工程GPS控制作业中静态GPS测量作业的基本技术要求

《规范》中对城市及工程GPS控制作业中各级测量作业的基本要求规定见表2。

在贵州工程应用技术学院（以下简称贵工程）进行静态控制网的布设时，由于测区面积较小，同时为了控制点达到一定的数量要求，布设基线的长度均小于1km且普遍介于200m～500m之间，适用《规范》中对于二级GNSS网布设的技术要求。

3 GNSS测量的设计与实施

贵工程内分布有毕节市地区E级GNSS控制点，本次通过联测已有的控制点进行静态加密布网；并通过南方NTS-3402R系列全站仪（测距精度2±2×10-6D，测角精度2″）对部分控制点进行测量，检验控制网的精度与可靠性。

由于其测区内无高大建筑物以及地表高压输电线等地物影响，采用GNSS静态观测方法可以减少多路径效应产生的影响，保证测量精度。同时，为了避免其他观测环境因素对接收机信号的影响，因此选择前校门WA17点、化学工程学院旁WA10点、学院大桥K2点等十个点进行校园控制网的布设。

根据测区的实际情况，由于静态控制网的边长属于短基线且平均基线长度小于1km，适用《规范》中的二级GNSS网的测设工作，因此可进行对GNSS短基线控制网布设的应用分析。控制网采用了十个定位点，五个观测时段；具有三条重复基线，十三个同步环；并采用了边连式进行网连接，增强了控制网的几何强度和可靠性。控制点点位分布及控制网形如图1所示。

图1：贵工程校园控制网示意图

本次实验采用了四台中海达 V90机头进行静态测量工作，其静态采集平面精度为±2.5mm ＋ 1ppm，高程精度为±5mm＋1ppm；设置采样间隔为10s，卫星高度角≥15°；观测时段≥60min，符合规范对二级网静态采集的要求。具体观测时段见表3。

表3：静态观测时段

根据观测之前的卫星预报，在上述时间段内，GNSS卫星几何分布的PDOP值小于6，卫星个数都在四颗以上符合观测要求。同时，对联测的控制点使用测距精度2±2×10-6D，测角精度2″的南方NTS-3402R全站仪进行精密导线测量，确保GNSS静态数据与导线测量数据可进行相互校核。

4 基线解算及数据分析

表4：GNSS控制网基线解算结果

为避免数据转换过程中造成数据丢失，本控制网采用中海达HGO软件进行基线向量的解算及网平差。首先剔除观测时段中发现的粗差以及信号间断引起整周跳变的数据，贵工程校园GNSS控制网基线解算结果见表4。

通过对基线解算的结果分析，进行短基线处理时，单频数据通过差分处理方法可有效的消除电离层的影响，从而确保相对定位结果的精度。结果显示平面精度最小值为0.2mm，最大值为0.9mm；高程精度最小值为0.5mm，最大值为1.7mm；完全符合E级控制网导线平面精度小于2mm，高程精度小于5mm的精度要求。Ratio与RMS也符合相应大于2mm和小于25mm的限差要求。表3的数据表明，贵工程校园控制网的基线解算均满足要求。

同时为检验基线的精度与可靠性，同时采用南方NTS-3402R系列全站仪及配套棱镜进行部分导线边的边角检测。由于通视条件受限，本实验仅在部分控制点上进行边长校核。观测值经过加常数改正、乘常数改正以及气象改正等必要的数据处理后，其结果对比见表5。

表5：贵工程平面控制点距离校核表

校核结果显示，三条基线平面控制点控制点最弱边中误差为1/29460，精度精度完全满足《规范》中对于一般工程二等GNSS网的最弱边中误差要求，保证了基线解算的正确性与可靠性。

分别采用北斗卫星导航系统、GPS系统、GLONASS系统对同一组数据在相同条件下进行基线解算的结果，进行精度对比。基线的解算精度对照结果见表6。

表6：单一系统基线解算精度对比

解算结果表明，利用单一卫星导航系统在相同的环境中进行静态控制网布设时，观测时同步卫星的个数以及定位精度仍然存在一定的局限性，利用GNSS系统可以在整体上改善观测的有效性、完整性。

5 GNSS网平差结果分析

代入 WGS—84系下的控制点（WA4、WA6、WA23）利用质量检核合格的基线向量构成的闭合图形，及其相应的方差—协方差阵作为观测信息，进行GPS网的无约束平差。检验值的范围为17.8867～61.5821，检验值为23.6656，检验通过。基线改正结果见表7，自由网平差坐标结果见表8。

表7：基线改正结果

表8：自由网平差坐标结果

其中，平差后的最弱边（WA10-WA40）相对中误差为1/29460，完全满足 GNSS二级网对于最弱边中误差小于1/10000的技术要求。

6 结束语

本文简要的分析了GNSS的组成及其在控制测量中的优势。通对校园控制网的布设，介绍GNSS静态数据采集处理的一般过程。由单一的导航定位系统静态基线解算数据对比，可以看出在相同的观测条件下GNSS组合系统弥补了单一系统在工程测量中的局限性，在整体上改善了系统的有效性、完整性，同时保证了在复杂环境中观测时同步观测的卫星个数和定位精度。