高精度 GNSS 在复杂地形测绘中的应用与优化

一、高精度GNSS 技术原理与优势

高精度GNSS 技术通过接收多颗导航卫星发射的无线电信号实现精确定位，其核心原理是测量信号从卫星到接收机的传播时间差。卫星星座持续播发包含位置和时间信息的信号，地面接收机同时捕获四颗以上卫星信号时，通过解算伪距方程就能确定三维坐标。与传统单点定位相比，高精度GNSS 采用载波相位观测技术，将定位精度从米级提升至厘米级甚至毫米级，这种突破性进展主要得益于相对定位模式和差分修正技术的成熟应用。

在技术特点方面，高精度GNSS 展现出三大显著优势。全天候作业能力使其不受昼夜和常见气象条件限制，连续运行参考站系统（CORS）的普及更实现了24 小时不间断定位服务。多系统兼容性则体现在同时支持GPS、GLONASS、北斗和Galileo 等卫星系统，卫星可见数量增加显著改善了复杂环境下的定位可靠性。实时动态测量（RTK）技术的应用让移动站能在运动中实时获取高精度坐标，大幅提升了野外作业效率。

相较于传统测绘手段，高精度 GNSS 在工程实践中展现出革命性优势。全站仪等光学设备需要通视条件且受制于人为观测误差，而GNSS 直接突破地形障碍限制，在密林、峡谷等困难区域仍能保持定位精度。其自动化数据采集特性不仅减少人工干预，配合无线传输技术还能实现测量数据的实时回传与处理。特别在大型工程测量中，GNSS 技术将外业工期缩短近半，同时消除传统方法累积的误差，使测绘成果质量产生质的飞跃。这种技术革新为现代测绘建立了新的精度标准，为后续复杂地形应用奠定了坚实基础。

二、复杂地形对GNSS 信号的挑战

复杂地形环境对GNSS 信号传播构成多重挑战，其中信号遮挡与多路径效应是最突出的问题。在峡谷、高山等区域，卫星信号容易被地形障碍物阻挡 剧减少。当可视卫星少于四颗时，系统将无法完成三维定位解算，形成所谓 条件的场景，卫星几何构型不良也会显著增大位置稀释精度（PDOP） 重水 密植被覆盖区域同样棘手，树叶和枝干不仅吸收部分信号能量，还会产生随机散射，造成载波相位 。这种影响在季风季节尤为明显，林区测绘时常出现定位结果断续的现象。

多路径干扰是另一项难以回避的技术难题。当GNSS 信号经山体岩壁、建筑物或地面反射后，接收天线会同时捕获直达波与反射波，形成信号叠加效应。这种"重影"现象导致伪距测量出现系统性偏差，在城市峡谷或矿山巷道中可能引发超过10 厘米的定位误差。特别当反射面材质为金属或玻璃时，多路径效应会被进一步放大。实验表明，在两侧有混凝土护坡的河道中，传统单频接收机的平面定位偏差可达常规环境的3 至 5 倍。此外，动态测绘场景下，移动中的接收机还会遭遇快速变化的多路径干扰，使得误差修正更加困难。

电离层扰动与对流层延迟在复杂地形中往往被低估。高原地区电离层电子密度变化剧烈，会引起载波相位观测的周跳问题；而盆地地形聚集的水汽 在长基线相对定位时会形成空间相关性误差，即使采用双频观测技术也难 气象条件的耦合效应更为棘手，例如山谷中的温度逆温层会改变大气折射率梯度，而传 统 准确模拟这种局部异常。在西南某水电站的对比测试中，未考虑地形修正的GNSS 高程测量结果与全站仪数据相差最大达到8 厘米，充分印证了环境因素的复杂影响。

技术应对方面，当前主要通过硬件改良与算法优化两个维度进行突破。多系统兼容接收机通过增加北斗、Galileo 等卫星信号源，有效改善了峡谷地区的卫星可见性；抗多路径天线设计采用扼流圈结构抑制低仰角反射信号；而基于机器学习的环境识别算法则能自动过滤异常观测值。在川藏铁路控制网测量中，结合地形自适应滤波技术的GNSS 系统成功将隧道口的定位中误差控制在±2 厘米以内，证明通过针对性措施完全可以克服复杂地形的负面影响。

三、高精度GNSS 在复杂地形测绘中的优化策略

针对复杂地形环境的特点，高精度 GNSS 优化策略首先体现在硬件层面的针对性改进。多频段接收机的应用显著提升了信号稳定性，通过同时接收 电离层延迟带来的误差。在峡谷测绘实践中，搭载扼流圈天线的专业 特殊的辐射模式可抑制来自地面和侧向的反射信号。差分基准站的 目中，将基准站间距从常规的30公里缩短至15 公里，使得高程定位精度提升近 40% 值得关注的是，新一代抗干扰天线采用自适应调零技术，能够动态识别并抑制特定方向的干扰源，在电磁环境复杂的矿区表现出色。

算法优化方面，基于深度学习的信号处理技术正在改变传统误差修正模式。通过训练神经网络识别典型地形特征，系统能自动过滤因多路径 “地形自适应卡尔曼滤波算法”，在重庆山城测试中成功将动态 （PPP）技术的革新尤为突出，结合区域大气延迟修正模型， 目中，采用PPP-RTK 混合解算方案后，无需本地基准站支持也能 型不良的问题，多系统融合定位算法通过智能加权不同星座的观测数据， 星的峡谷中仍能维持稳定解算。

数据处理环节的进步为复杂地形测绘提供了新思路。动态后处理技术（PPK）与实时动态测量（RTK）形成互补，在信号遮挡严重的区域先 移Z 开阔地带后再进行精密解算。某地质调查团队在横断山脉采用这种方案，成功解 点云匹配技术的引入则开创性地实现了GNSS 与激光雷达的协同定位 性导航与特征匹配维持精度。在吉林长白山的测试表明，这种组合技术 89% 。时间序列分析方法的应用也取得突破，通过建立误差传播模型，可提 信号衰减趋势，为测量时机选择提供科学依据。

这些优化策略的综合应用正在重塑复杂地形测绘的工作范式。在川藏铁路某特长隧道项目中，通过融合多频段接收、人工智能滤波和动态基准站技 成功实现了隧道 1 厘米的超高精度标定。黄土高原沟壑区的实践则证明，结合PPK 与无人机 能够将 两周的测绘任务压缩至 3 天内完成。随着5G 通信网络的覆盖，实时分米级服 云播发方式直 终端设备，这使得偏远山区测绘不再受限于基础设施短缺。当前技术发展表明，优化策略正从单一 精度提升转向系统性可靠性增强，为攻克极端地形测绘难题提供了多层次解决方案。

综上所述，高精度 GNSS 技术在复杂地形测绘中具有重要的应用价值。通过不断优化技术手段和方法，可以进一步提升测绘的精度和效率。未来，随着技术的不断进步，高精度 GNSS 将在更多领域发挥其独特优势，为测绘行业带来更多的可能性。

参考文献：

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[2]许豪等. "无人机抛投式 GNSS 滑坡监测设备智能化部署选址方法." 测绘学报 53.6（2024）：1140-1153.