GNSS在大地测绘中的应用

GNSS在大地测绘中的应用

摘要：全球导航卫星系统（GNSS）是一种基于卫星系统的空间定位系统，在大地测绘领域发挥着至关重要的作用。本文详细介绍了 GNSS 的组成部分以及其进行大地测绘的原理、方法和具体流程，展示了 GNSS 在大地测绘中高精度、全天候等优势。

引言：大地测绘是获取地球表面地形、地貌以及地球内部结构等信息的重要手段，对于地理信息系统建设、城市规划、地质勘探等众多领域具有重要意义。GNSS 的出现和发展，极大地推动了大地测绘技术的进步，使测绘工作更加高效、精确。

GNSS系统组成

空间部分（卫星星座）：由多颗卫星组成，这些卫星在不同轨道上运行，可连续向用户播发用于导航定位的测距信号和导航电文，并接收来自地面监控系统的各种信息和命令以维持系统的正常运转。

地面控制部分：包括主控站、注入站和监测站。主控站负责管理、协调地面监控系统中的各部分工作，根据各监控站对 GNSS 的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据编制成导航电文通过注入站注入到卫星中去，同时对卫星进行控制，发布指令调整卫星轨道和卫星钟读数。注入站的作用是向导航卫星输入导航电文和其他命令。监测站则对视场中的各 GNSS 卫星进行伪距观测，自动记录各种气象元素，将伪距观测值进行改正后传送给主控站。

用户设备部分（接收机）：GNSS接收机用于测定从接收机至 GNSS 卫星的距离，并根据卫星星历所给出的观测瞬间卫星在空间的位置等信息求出自己的三维位置、三维运动速度和钟差等参数。

GNSS大地测绘原理

GNSS定位的本质是空间距离后方交会。把工作卫星当作已知点，其瞬时坐标可通过广播星历计算得出，地面点为待测未知点，通过架设卫星信号接收机进行测量。利用电磁波在空气中传播速度为光速 c 的性质，通过测定卫星信号到地面接收机的时间求得两点之间的距离。然后选择至少 3 颗卫星，按照坐标反算公式列出三个距离方程，最后求解方程，得到待测点的三维坐标值。

其中，测距方法主要有两种：

伪距测量：卫星发射一组测距码信号，经过时间 t 后到达接收机天线，接收机通过码相关技术测定测距码的传播时间，进而测定距离，公式为 ρ = c×t。这种方法精度相对较低，但速度快，可用于快速定位和粗略测量。

载波相位测量：把卫星信号的载波作为量测对象，对载波进行相位观测，确定卫星信号和接收机参考信号的相位差，推算出相位观测值，继而求出某一时刻卫星到接收机天线相位中心的距离，公式为 ρ = λ×φ。该方法精度较高，可达到厘米级甚至毫米级，常用于高精度大地测绘。

GNSS大地测绘方法

静态测量：在定位过程中，接收机天线的位置相对于周围地面点而言处于静止状态。通过长时间观测，接收多颗卫星的信号，利用载波相位测量等技术，精确测定接收机天线的位置。这种方法适用于建立大地控制网、测定高精度的控制点坐标等。

动态测量：接收机天线在测量过程中处于运动状态。如在航空摄影测量中，将 GNSS 接收机安装在飞机上，在飞行过程中实时测定飞机的位置和姿态，为航空摄影提供精确的定位信息。

实时动态定位（RTK）：是一种高精度的动态定位技术。它通过在基准站和移动站间进行高精度数据传输和处理，实时获取移动站的三维坐标。RTK 技术可实现厘米级的定位精度，广泛应用于地形测量、工程测量等领域。

GNSS大地测绘流程

准备工作：根据测绘任务的要求，选择合适的GNSS接收机和天线，斌进行设备的检查和校准。同时，手机测区的相关治疗，如地形图、控制点坐标等，确定测量方案和观测路线。

观测作业：在测站上安装GNSS接收机和天线，按照预定的测量方案进行观测。在观测过程中，要确保接收机处于良好的工作状态，记录观测数据，包括卫星信号的强度、相位、伪距等信息，以及观测时间、气象条件等辅助数据。

数据处理：将观测数据传输到计算机中，使用专业的 GNSS 数据处理软件进行处理。首先对数据进行预处理，包括数据编辑、剔除异常数据、修复周跳等。然后根据测量方法和精度要求，选择合适的数学模型和算法进行解算，得到测站的坐标、高程等测量结果。

成果检查与验收：对测量成果进行检查和分析，包括精度评估、可靠性检验等。检查测量结果是否符合预期的精度要求，是否存在误差过大或异常的数据。如果成果质量合格，则进行验收和提交，为后续的大地测绘应用提供准确的数据支持。

结论

GNSS技术以其高精度、全天候、高效率等优点，成为现代大地测绘的重要手段。通过精确测定地面点的三维坐标，GNSS为大地测绘提供了丰富、准确的数据，推动了大地测绘技术的不断发展和进步，在国民经济建设、科学研究和国防等领域发挥着不可替代的作用。随着 GNSS 技术的不断完善和发展，其在大地测绘中的应用前景将更加广阔。