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摘要：GNSS城市测量技术内容主要包括城市CORS系统建设、城市GNSS网建设、城市GNSS RTK测量、城市GNSS高程测量等，本文主要就这几方面的技术应用作了简要应用分析。
关键词：GNSS；CORS系统；控制网；RTK测量；高程测量
Abstract: GNSS measurement technology mainly includes the construction of city, city CORS city GNSS network construction, city, city GNSS RTK measurement of GNSS height measurement, this paper focuses on several aspects of this technology are briefly applied analysis.
Key words: GNSS; CORS system; control network; RTK measurement; height measurement
中图分类号：P224
全球导航卫星系统（GNSS）技术的应用，导致传统测量的布网方法、作业手段和内外作业程序发生了根本性的变革，为城市测量提供了一种崭新的技术手段和方法。全球导航定位系统具有全球性、全天候、高效率、多功能、高精度的特点。在用于大地定位时，测站间不要求互相通视，无需造标，不受天气条件影响。一次观测，可以获得测站点的三维坐标。卫星定位城市测量技术内容包括城市CORS系统建设、城市GNSS网建设、城市GNSS RTK测量、城市GNSS高程测量等，适用于城市各等级控制测量、工程测量、变形测量和地形测量等。GNSS技术将以高速度、高精度、低成本为城市建设服务，快速、及时、准确地为城市规划、建设和管理提供测绘保障。
一、城市CORS系统建设
GNSS技术已在国内导航、定位、科学研究领域得到广泛应用。一个城市只应建设一个城市CORS系统，避免重复建设和资源浪费。系统建设不但要满足城市测绘部门对定位的需求，还要综合考虑地震、气象、土地和其他行业对系统的需求[1]。具体实施可根据城市和经济发展情况可以一次建设完成，也可分期建设，城市CORS系统作为城市重要的空间数据基础设施之一，首先要满足城市对空间定位的不同服务需求。
城市CORS网的布设不同于城市常规GNSS网的布设，常规GNSS网的边长一般较短，而CORS网站间距离可根据系统功能设计而适当加长。下表1列举了部分城市及地区已建成的CORS网平均边长。
表1部分城市及地区CORS网
根据对部分城市及地区已建成的CORS网平均边长的统计和分析，制定了城市CORS网的平均边长为40km这一指标。为了满足CORS系统厘米级的实时定位服务精度。在具体布设中可以根据城市地理位置、城市规模和建设应用等情况，有针对性地确定CORS站密度。但是相邻CORS站最长间距不宜超过80 km。由于地壳形变、自然灾害、地下水的过量开采等原因，可能导致城市CORS站站址的不稳定，应定期对CORS网进行坐标解算，解算周期不应超过一年。CORS站坐标的平面位置变化不应超过1.5cm；高程变化不应超过3cm。当CORS站坐标的变化量不符合规定时，应分析原因，并应及时更新CORS站坐标或另选新站。对于地面沉降严重的区域，可另行制定高程变化的变化量限值。
二、城市GNSS控制网建设
GNSS网的布设应遵循从整体到局部、分级布网的原则。城市首级GNSS网应一次全面布设，加密GNSS网可逐级布网、越级布网或布设同级全面网。GNSS网布设特征：如果某GNSS网由n个点组成，每点的设站次数为m，用N台GNSS接收机来进行观测时，观测的时段数C：C=n﹒m/N一个时段中用N台GNSS接收机来进行同步观测时，可组成非独立的基线向量数：N（N-1）/2，所以该GPS网中共有非独立的基线向量数：J总=C﹒N（N-1）/2每个时段中可测定的独立基线向量数为N-1条，故在该网中独立基线向量数总数为：J独= C﹒（N-1）
在由n个点组成的GNSS网中只需要有（n-1）条基线向量就可以确定这n个点的相对位置（如果其中有一个点的坐标是已知的，就可以确定其余n-1个点的坐标）。因此， 该GNSS网的必要基线向量数：J必= n-1网中实际测定的独立基线向量数为C﹒（N-1）条，所以，网中的多余基线向量数为：J多= J独- J必= C﹒（N-1）-（n-1）举例：某GNSS网由80个点组成，现准备用5台GNSS接收机来进行观测，每个点重复设站为4次。则全网的观测时段数C为：C=n﹒m/N=80×4/5=64全网共有基线向量数：J总=C﹒N（N-1）/2=64×5×4/2=640条
网中独立基线向量数为：J独= C﹒（N-1）=64×4=256条。GNSS网的必要基线向量数：J必= n-1=80-1=79条。网中的多余基线向量数为：J多= J独- J必= 256-79=177条。三、城市GNSS RTK测量技术及其应用
RTK测量可采用单基站RTK测量和网络RTK测量两种方法进行。已建立CORS系统的城市，宜采用网络RTK测量。在实际作业过程中，有一些通信信号较弱或覆盖不到的困难地区，无法实时进行单基站RTK和网络RTK测量，现场可以采用后处理动态测量的模式进行RTK测量。单基站RTK测量的基准站设置是关键性的第一步。基准站的选择直接影响到作业半径和效率。若基准站选择不当，基准站观测数据质量和无线通讯信号传播质量无法保证。该基准站支持的所有流动站都不能顺利作业，或者造成基准站频繁迁站，影响工作进程。基准站的设置要与当前作业方式匹配，还要与流动站的模式匹配。
靜态GNSS控制网测量可以通过基线精度、重复基线差及环闭合差和平差等作业过程对成果进行检验；RTK测量每个测设点都是相互独立的，点与点之间没有直接关系，对于因意外产生的粗差无法发现[2]。因此，为提高RTK测量的可靠性，保证仪器各种设置正确，测量过程中应选择一定数量的已知坐标点进行测量校核，以检查用户站设备的可靠性以及坐标转换参数的准确性。
利用已有RTK测设的控制点时，应进行坐标或几何检核。对已有的RTK控制点，可以作为RTK测量时的校核点，也可以作为同等级布设的控制点。该校核点如果要作为控制点使用时，应与新布设的控制点统一。统一进行控制点间的边长、角度以及坐标检核，应达到精度要求。RTK测量的精度会受到各种因素的影响。由于载波相位进行测量具有多值性，初始化过程中各种误差以及数据链传输过程中外界环境、电磁波干扰产生的误差的影响，可能导致整周未知数解算不可靠。同时，RTK测设点间的相互独立，与传统测量强调的相邻点间相对关系有着根本上的区别。
四、城市GNSS高程测量技术及实例应用
GNSS高程测量按作业过程应分为高程异常模型的建立、GNSS测量和数据处理。高程异常模型可利用已有模型。高程系统中最常用的有正高系统（以大地水准面作为参考基准面）和正常高系统（以似大地水准面为参考基准面）。我国使用的高程系统是正常高系统。采用GNSS测量技术测定地面点的高程是以地心坐标的地球椭球面为基准的大地高H，大地水准面和似大地水准面相对于地球椭球面有一个高度差，分别称为大地水准面差距N和高程异常ζ。大地高H、正高Hg和正常高Hγ之间按下列公式计算： H＝Hg＋NH＝Hγ＋ζ如果能够比较精确地确定地面点的高程异常，则用GNSS测量方法可精确测定地面点的正常高。
高程异常模型应利用GNSS测量、水准测量、重力测量、地形测量及重力场模型等资料，按物理大地测量计算方法获得。在区域面积小、地形平坦及重力异常变化平缓地区，可利用水准测量和GNSS测量资料，通过数学拟合方法，获取该区域的高程异常模型[3]。区域高程异常模型的正确选取是进行GNSS高程测量的先决条件。采用数学拟合法建立高程异常模型时，应根据拟合区域的面积、地形、区域和地质情况，选择合适的数学模型。测区面积小、地形较为平坦、重力梯度分布平缓时，高程异常模型可采用曲面拟合方法。平面拟合法、多项式曲面拟合法、多面函数拟合法等。GNSS高程控制网布设成线状或带状时，可采用曲线拟合。多项式曲线拟合法、三次样条曲线拟合法、阿克玛（Akima）拟合法等。测区面积较大（超过一百平方公里）、没有似大地水准面精化工作的地区或呈大跨度带状分布时，为了控制高程拟合的误差传递，应根据地形地质情况、高程异常变化梯度合理地划分区域，进行分区拟合计算。GNSS高程拟合的各种模型都各有其优势与缺陷，有其一定的适用范围，且不同拟合模型可能对高程异常模型的影响差异较大，关键在于模型函数能否最佳地表达出整个区域的高程异常变化。因此新建立的GNSS高程异常模型应进行模型的精度评定。
计算实例：依据图1，HA＝142.156m，hl＝7.412m，S1=2.5km，h2＝4.356m，S2＝3.0km，h3＝-11.762m，S3＝2．0km。请计算B、C兩点的高程值。
图1 计算实例图
答： HA＝142.156(m)W＝∑hi＝0.006(m)∑Si＝2.5+3.0+2＝7.5(m)Vi＝-W×Si／∑Si＝-0.006×Si／7.5＝-0.0008Si(m)Vl＝-0.002(m)V2＝-0.002 4(m)V3＝-0.0016(m)HB＝HA+h1+V1＝142.156+7.412-0.002＝149.566(m)HC＝HB+h2+V2＝149.566+4.356-0.002 4＝153.9196(m)结论：
GNSS测量技术已成为城市测量工作中的主要技术手段，其主要技术内容包括城市CORS系统建设、GNSS网建设、GNSS RTK测量和GNSS高程测量。城市CORS系统建设要首先满足城市对空间定位的不同服务需求；而GNSS网布设应遵循从整体到局部、分级布网的原则；GNSS RTK测量要注意基准站的选择，基准站的选择直接影响到作业半径和效率；对GNSS高程测量首先要建立高程异常模型，再就是做好GNSS测量和数据处理工作。
参考文献：
[1] 禹旭,王幸.GNSS在数字城市基础测绘项目中的应用[J].科技信息,2012,(11):75,36.DOI:10.3969/j.issn.1001-9960.2012.11.053.
[2] 徐雁.GNSS静态测量技术要求浅析[J].城市建设理论研究（电子版）,2012,(35).
[3]郝东宏.CORS技术在地籍测量中的应用[J].南北桥,2011,(3):30,3.DOI:10.3969/j.issn.1672-0407.2011.03.009.
关键词：GNSS；CORS系统；控制网；RTK测量；高程测量
Abstract: GNSS measurement technology mainly includes the construction of city, city CORS city GNSS network construction, city, city GNSS RTK measurement of GNSS height measurement, this paper focuses on several aspects of this technology are briefly applied analysis.
Key words: GNSS; CORS system; control network; RTK measurement; height measurement
中图分类号：P224
全球导航卫星系统（GNSS）技术的应用，导致传统测量的布网方法、作业手段和内外作业程序发生了根本性的变革，为城市测量提供了一种崭新的技术手段和方法。全球导航定位系统具有全球性、全天候、高效率、多功能、高精度的特点。在用于大地定位时，测站间不要求互相通视，无需造标，不受天气条件影响。一次观测，可以获得测站点的三维坐标。卫星定位城市测量技术内容包括城市CORS系统建设、城市GNSS网建设、城市GNSS RTK测量、城市GNSS高程测量等，适用于城市各等级控制测量、工程测量、变形测量和地形测量等。GNSS技术将以高速度、高精度、低成本为城市建设服务，快速、及时、准确地为城市规划、建设和管理提供测绘保障。
一、城市CORS系统建设
GNSS技术已在国内导航、定位、科学研究领域得到广泛应用。一个城市只应建设一个城市CORS系统，避免重复建设和资源浪费。系统建设不但要满足城市测绘部门对定位的需求，还要综合考虑地震、气象、土地和其他行业对系统的需求[1]。具体实施可根据城市和经济发展情况可以一次建设完成，也可分期建设，城市CORS系统作为城市重要的空间数据基础设施之一，首先要满足城市对空间定位的不同服务需求。
城市CORS网的布设不同于城市常规GNSS网的布设，常规GNSS网的边长一般较短，而CORS网站间距离可根据系统功能设计而适当加长。下表1列举了部分城市及地区已建成的CORS网平均边长。
表1部分城市及地区CORS网
根据对部分城市及地区已建成的CORS网平均边长的统计和分析，制定了城市CORS网的平均边长为40km这一指标。为了满足CORS系统厘米级的实时定位服务精度。在具体布设中可以根据城市地理位置、城市规模和建设应用等情况，有针对性地确定CORS站密度。但是相邻CORS站最长间距不宜超过80 km。由于地壳形变、自然灾害、地下水的过量开采等原因，可能导致城市CORS站站址的不稳定，应定期对CORS网进行坐标解算，解算周期不应超过一年。CORS站坐标的平面位置变化不应超过1.5cm；高程变化不应超过3cm。当CORS站坐标的变化量不符合规定时，应分析原因，并应及时更新CORS站坐标或另选新站。对于地面沉降严重的区域，可另行制定高程变化的变化量限值。
二、城市GNSS控制网建设
GNSS网的布设应遵循从整体到局部、分级布网的原则。城市首级GNSS网应一次全面布设，加密GNSS网可逐级布网、越级布网或布设同级全面网。GNSS网布设特征：如果某GNSS网由n个点组成，每点的设站次数为m，用N台GNSS接收机来进行观测时，观测的时段数C：C=n﹒m/N一个时段中用N台GNSS接收机来进行同步观测时，可组成非独立的基线向量数：N（N-1）/2，所以该GPS网中共有非独立的基线向量数：J总=C﹒N（N-1）/2每个时段中可测定的独立基线向量数为N-1条，故在该网中独立基线向量数总数为：J独= C﹒（N-1）
在由n个点组成的GNSS网中只需要有（n-1）条基线向量就可以确定这n个点的相对位置（如果其中有一个点的坐标是已知的，就可以确定其余n-1个点的坐标）。因此， 该GNSS网的必要基线向量数：J必= n-1网中实际测定的独立基线向量数为C﹒（N-1）条，所以，网中的多余基线向量数为：J多= J独- J必= C﹒（N-1）-（n-1）举例：某GNSS网由80个点组成，现准备用5台GNSS接收机来进行观测，每个点重复设站为4次。则全网的观测时段数C为：C=n﹒m/N=80×4/5=64全网共有基线向量数：J总=C﹒N（N-1）/2=64×5×4/2=640条
网中独立基线向量数为：J独= C﹒（N-1）=64×4=256条。GNSS网的必要基线向量数：J必= n-1=80-1=79条。网中的多余基线向量数为：J多= J独- J必= 256-79=177条。三、城市GNSS RTK测量技术及其应用
RTK测量可采用单基站RTK测量和网络RTK测量两种方法进行。已建立CORS系统的城市，宜采用网络RTK测量。在实际作业过程中，有一些通信信号较弱或覆盖不到的困难地区，无法实时进行单基站RTK和网络RTK测量，现场可以采用后处理动态测量的模式进行RTK测量。单基站RTK测量的基准站设置是关键性的第一步。基准站的选择直接影响到作业半径和效率。若基准站选择不当，基准站观测数据质量和无线通讯信号传播质量无法保证。该基准站支持的所有流动站都不能顺利作业，或者造成基准站频繁迁站，影响工作进程。基准站的设置要与当前作业方式匹配，还要与流动站的模式匹配。
靜态GNSS控制网测量可以通过基线精度、重复基线差及环闭合差和平差等作业过程对成果进行检验；RTK测量每个测设点都是相互独立的，点与点之间没有直接关系，对于因意外产生的粗差无法发现[2]。因此，为提高RTK测量的可靠性，保证仪器各种设置正确，测量过程中应选择一定数量的已知坐标点进行测量校核，以检查用户站设备的可靠性以及坐标转换参数的准确性。
利用已有RTK测设的控制点时，应进行坐标或几何检核。对已有的RTK控制点，可以作为RTK测量时的校核点，也可以作为同等级布设的控制点。该校核点如果要作为控制点使用时，应与新布设的控制点统一。统一进行控制点间的边长、角度以及坐标检核，应达到精度要求。RTK测量的精度会受到各种因素的影响。由于载波相位进行测量具有多值性，初始化过程中各种误差以及数据链传输过程中外界环境、电磁波干扰产生的误差的影响，可能导致整周未知数解算不可靠。同时，RTK测设点间的相互独立，与传统测量强调的相邻点间相对关系有着根本上的区别。
四、城市GNSS高程测量技术及实例应用
GNSS高程测量按作业过程应分为高程异常模型的建立、GNSS测量和数据处理。高程异常模型可利用已有模型。高程系统中最常用的有正高系统（以大地水准面作为参考基准面）和正常高系统（以似大地水准面为参考基准面）。我国使用的高程系统是正常高系统。采用GNSS测量技术测定地面点的高程是以地心坐标的地球椭球面为基准的大地高H，大地水准面和似大地水准面相对于地球椭球面有一个高度差，分别称为大地水准面差距N和高程异常ζ。大地高H、正高Hg和正常高Hγ之间按下列公式计算： H＝Hg＋NH＝Hγ＋ζ如果能够比较精确地确定地面点的高程异常，则用GNSS测量方法可精确测定地面点的正常高。
高程异常模型应利用GNSS测量、水准测量、重力测量、地形测量及重力场模型等资料，按物理大地测量计算方法获得。在区域面积小、地形平坦及重力异常变化平缓地区，可利用水准测量和GNSS测量资料，通过数学拟合方法，获取该区域的高程异常模型[3]。区域高程异常模型的正确选取是进行GNSS高程测量的先决条件。采用数学拟合法建立高程异常模型时，应根据拟合区域的面积、地形、区域和地质情况，选择合适的数学模型。测区面积小、地形较为平坦、重力梯度分布平缓时，高程异常模型可采用曲面拟合方法。平面拟合法、多项式曲面拟合法、多面函数拟合法等。GNSS高程控制网布设成线状或带状时，可采用曲线拟合。多项式曲线拟合法、三次样条曲线拟合法、阿克玛（Akima）拟合法等。测区面积较大（超过一百平方公里）、没有似大地水准面精化工作的地区或呈大跨度带状分布时，为了控制高程拟合的误差传递，应根据地形地质情况、高程异常变化梯度合理地划分区域，进行分区拟合计算。GNSS高程拟合的各种模型都各有其优势与缺陷，有其一定的适用范围，且不同拟合模型可能对高程异常模型的影响差异较大，关键在于模型函数能否最佳地表达出整个区域的高程异常变化。因此新建立的GNSS高程异常模型应进行模型的精度评定。
计算实例：依据图1，HA＝142.156m，hl＝7.412m，S1=2.5km，h2＝4.356m，S2＝3.0km，h3＝-11.762m，S3＝2．0km。请计算B、C兩点的高程值。
图1 计算实例图
答： HA＝142.156(m)W＝∑hi＝0.006(m)∑Si＝2.5+3.0+2＝7.5(m)Vi＝-W×Si／∑Si＝-0.006×Si／7.5＝-0.0008Si(m)Vl＝-0.002(m)V2＝-0.002 4(m)V3＝-0.0016(m)HB＝HA+h1+V1＝142.156+7.412-0.002＝149.566(m)HC＝HB+h2+V2＝149.566+4.356-0.002 4＝153.9196(m)结论：
GNSS测量技术已成为城市测量工作中的主要技术手段，其主要技术内容包括城市CORS系统建设、GNSS网建设、GNSS RTK测量和GNSS高程测量。城市CORS系统建设要首先满足城市对空间定位的不同服务需求；而GNSS网布设应遵循从整体到局部、分级布网的原则；GNSS RTK测量要注意基准站的选择，基准站的选择直接影响到作业半径和效率；对GNSS高程测量首先要建立高程异常模型，再就是做好GNSS测量和数据处理工作。
参考文献：
[1] 禹旭,王幸.GNSS在数字城市基础测绘项目中的应用[J].科技信息,2012,(11):75,36.DOI:10.3969/j.issn.1001-9960.2012.11.053.
[2] 徐雁.GNSS静态测量技术要求浅析[J].城市建设理论研究（电子版）,2012,(35).
[3]郝东宏.CORS技术在地籍测量中的应用[J].南北桥,2011,(3):30,3.DOI:10.3969/j.issn.1672-0407.2011.03.009.