广西壮族自治区地理信息测绘院 广西柳州 545006
摘要：城市GNSSRTK技术在生活中应用的同时，给生活带来了极大的便利。在很多工程上GNSS技术不仅精度可以满足要求，而且其作业效率也相对较高。本文基于GNSS大地高辅助的数字水准测量方法展开论述。
关键词：GNSS大地高辅助的数字水准测量方法
引言
随着卫星导航定位技术的飞速发展，GNSS静态相对定位能获取地面上两点间高精度的大地高高差，通过合适的数学模型拟合出两点间的高程异常差，从而计算得到两点间的正常高。在平原地区，似大地水准面与参考椭球面大致平行，相距不远两点的高程异常变化不大，因此，在较低精度的工程应用中可直接用大地高差替代水准高差。
1城市GNSS-RTK
RTK测量可采用单基站RTK测量和网络RTK测量两种方法进行。单基站RTK测量方式是临时架设一个或多个基准站，在小区域范围内采用电台或CDM或GPRS等无线通讯方式向流动站用户发出差分改正数的一种测量方式。网络RTK测量是用户在城市CORS系统服务中心经申请、登记、注册，获得授权后，利用基准站网络差分信号的测量方式。已建立CORS系统城市，宜采用网络RTK测量。在困难地区，也可采用后处理动态测量的模式进行RTK测量。城市CORS系统主要由CORS网、通信网络、管理中心和服务中心建设等四部分组成。城市CORS系统作为城市重要的空间数据基础设施，对城市建设提供空间服务。城市GNSS-RTK具有以下优点：①建立了统一的系统，保持了测区的统一性，根据用户的需求，可以随时提供不同的坐标系统；②大大减少了城市控制网的建设时间、人力和物力的投入，同时城市控制网是一个精度统一、均匀及使用方便的控制网；③建立和采用连续基站，保证实时监测，确保工作效率；④用户可以不用建立基站，直接采用单机完成生产任务，实现成本节约；⑤采用稳定精确数据链通讯方式，从而有效防止通讯受到距离的影响和限制。
2RTK定位原理及系统组成
在高速公路建设过程中，施工前要对线路的平、纵、横断面进行测量。高速公路断面测量是以绘制平、纵、横断面图计算高速公路土石方量为最终目，按照设计规范要求在实地采集线路地貌特征点的平面坐标和高程值的测量过程。传统的方法是采用全站仪测量高速公路断面，工作量大，工作效率低，劳动强度大。随着测绘学科和测绘技术的飞速发展，GNSS技术得到了广泛应用，改变了传统的作业方式，外业测量工作的劳动强度大幅降低，工作效率大大提高，工作量显著减少。RTK技术测量精度可达厘米级，可为工程提供快速的测量和放样服务。因此，很有必要就RTK的工作原理、系统组成及用于高速公路断面测量的可行性开展深入的研究。GNSS它是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统，以及相关的增强系统，如美国的WAAS（广域增强系统）等，还涵盖在建的其他卫星导航系统。RTK技术又称之为载波相位差分技术，是建立在及时处理两个测站的载波相位基础上的。由基准站通过数据链实时将其载波观测值及基准站坐标信息一同传送给移动站。移动站接收GNSS卫星的载波相位与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行及时处理，载波相位差分技术能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。RTK系统组成：（1）GNSS接受设备：基准站和移动站；（2）数据链系统：电台和发射天线；（3）电源系统：蓄电池；（4）人机交互设备：电子手簿。电子手簿通过蓝牙连接接收机，进行数据交换。
3GNSS高程计算方法
GNSS高程计算实质上就是求算高程异常的过程。目前，确定地面点高程异常的方法主要有：大地水准面模型法、重力测量法、绘等值线图法、区域几何内插法、转换参数法、整体平差法、区域似大地水准面精化法等。不管采用哪种方法，均是利用已知点的数据，建立高程异常的改正模型，从而计算待求点的高程异常。对于测区面积不超过100km2、地形较为平坦的地区或对于一些线形工程项目，可以直接使用水准测量、GNSS测量资料，通过相对简单的平面或二次曲面高程拟合等数学模型，获取该区域的高程异常模型。对于区域范围大或地形地质情况复杂地区，需开展专项的区域似大地水准面精化工作，获得区域高程异常模型成果，该高程异常模型可以应用于后续的GNSS高程测量中。参与拟合计算的GNSS水准点应能反映区域重力异常变化情况，高程异常模型的精度主要取决于这些拟合点的分布和测量精度。由于重力异常变化人为无法确定，为了真实反映区域的重力异常变化情况，作业时只能覆盖作业区域，根据地形特征均匀布点。拟合计算范围的边沿应具有足够的已知点，以确保内插计算，避免外推。
4实例验证
某公路工程路线总长约200km，总体呈近似南北走向，水准路线总长超过500km，如按四等水准测量精度采用水准仪施测，存在收集到的当地已知水准点精度低，相互之间的高差含有很大的粗差，已知点之间的兼容性极差，没有办法使用已知点高程进行约束平差，而另一方面，由于项目工期紧任务重，按规范要求采用水准仪进行全线水准测量往返观测难以保证按时完成。因此，采用GNSS测量获取线路控制点的高程，前期选取一段线路分别用水准仪四等水准测量和GNSS测量的高程成果进行高差比较，验证GNSS测量高程成果的可靠性，且在实际工作中减小外业测量工作量，提高测量效率｡选取其中的一个区段为例进行计算分析，该区段的线路控制网由10个控制点（CP01，CP02，…，CP10）组成，近似呈直线分布，两相邻控制点间距约为500m，路线总长约8km，采用GNSS测量方法进行观测，后处理得到各控制点的高程｡水准测量成果自路线起点选取5个控制点（CP01~CP05）按四等水准测量精度进行往返观测，其余控制点间高差进行单程水准测量往测｡两种测量方法获取的测量成果高差对比见表1、表2。
表1：
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表2：
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从表1、表2统计数据对比，采用水准仪四等水准测量测段高差成果与GNSS测量的高程成果高差较差中，在CP01-CP05控制点测段间较差最小值为Δ=10mm，最大值为Δ=-19mm；在CP06-CP10控制点测段间较差最小值为Δ=8mm，最大值为Δ=-17mm；较差均小于四等水准的限差，GNSS测量的高程成果符合规范要求。通¹ýÇø¶ÎÑéÖ¤£¬GNSS²âÁ¿ÓÅÊÆ£º
①提供全天候、全球性的导航和定位服务。
②可进行高精度、高速度的实时精密导航和定位。
③用途广泛，操作简单。
与传统的测绘手段相比，GNSS测量可体现如下：
①测绘工作的劳动强度大大降低，工作效率大大提高，工作方式及环境大大改善。
②测量过程中，GNSS没有误差积累，定位精度高。传统的测量方法，如控制测量方法，观测精度除受到对中整平因素的影响外，还受到照准误差、大气折射、地球曲率的影响，而且误差误差将随着测站的搬迁而不断积累。GNSS定位中，定位精度与测站的搬迁无关，不存在这方面的误差积累问题。
③GNSS测量定位中，测站之间无需满足通视条件，可以为大型桥梁、隧道的双向施工等大型工程提供精密的控制测量，而传统的测绘方法由于受限于两点之间的地形条件等因素而无法实施。
④GNSS-RTK技术可为厘米级精度需求的工程提供快速的测量和放样服务。
结束语
GNSS水准测量得到高程的精度主要取决于两个方面，一方面是GNSS测量大地高的精度，另一方面是高程异常的精度．随着高精度GNSS仪器投入使用，大地高的测量精度已达到了厘米级精度，所以提高高程异常的精度是提高GNSS水准精度的关键所在．以现代大地测量理论为基础，把高精度的GNSS水准测量成果与重力数据、地形数据以及地球重力场模型研究成果相结合，以精化区域似大地水准面，从而达到GNSS高程测量代替国家三等或四等水准测量的目的，真正实现用GNSS技术快速获取水准高，不仅能提高测绘生产效率，也能更好地为城市发展建设和经济发展提供测绘保障服务．
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