GNSS 差分技术在水准测量中的应用研究

引言：传统的水准测量方法以水准仪及水准尺为主，操作流程复杂且对人员技能要求较高，易受天气、地形等外界因素影响，限制了大规模、高效测量的开展。随着 GNSS 技术的发展，差分技术的引入打破了传统水准测量的局限性。GNSS 差分技术利用基准站提供的实时差分改正数，有效提高了高程测量精度，并能在视线条件较差的区域进行作业，极大扩展了测量的适用场景和效率。本文围绕 GNSS 差分水准测距的原理、系统设计及实施方案进行探讨，旨在为测绘单位及相关工程提供技术参考，推动测绘作业的智能化与高效化。

一、GNSS 水准测距原理

GNSS 水准测距的基本原理是依托卫星定位系统提供的三维空间坐标，通过差分改正技术，将相对位置关系转换为准确的高程数据。该方法以基准站为已知点，基准站与卫星之间的测距误差会同步影响周边流动站，差分技术正是利用这一同步性，将基准站实时计算得到的误差信息传递给流动站，达到误差抵消的目的。在操作中，流动站通常与基准站保持稳定的无线电链路或采用移动网络作数据传输，保证改正数传递及时准确[1]。GNSS 水准测距与传统水准测量相比，作业人员无需沿线路连续布设水准点，减少了繁琐的前后视读数操作及视距平衡要求，大幅提升了作业效率和作业灵活性。在大跨度桥梁、长隧道及山地公路等复杂场景中，GNSS水准测距可以有效克服传统水准仪受地形和视线限制的弊端，为工程设计和施工放样提供可靠的高程依据。

二、GNSS 水准测距系统应用设计

（一） GNSS 定位模块选用

GNSS 水准测距系统对定位模块的要求较高，需要具备高灵敏度、快速捕获信号、支持多频多星等特性，才能保证测距的高精度与高可靠性。目前，常用的 GNSS 模块一般选用支持 GPS、北斗、GLONASS 及 Galileo等多系统联合定位的高精度板卡，如 Trimble、Leica 或国产高精度接收机模块。在实际水准测距项目中，项目组通常会选用双频或多频 GNSS 接收机，利用L1、L2 等多频信号消除电离层延迟误差，提升高程测量的精度。实际操作中，需要根据测区的地形条件、周边环境干扰等因素选配相应的天线设备，高增益天线能够有效增强信号接收质量，减弱多路径效应。针对野外水准测距的需求，作业团队一般选用便携式RTK 设备，结合基准站信号提供实时差分数据。部分大型水准测距任务中，还会配合CORS 站网，直接调用连续运行参考站数据，实现更大范围内的高精度水准测距作业，减少人工布设基站的人力物力投入[2]。模块选型还需考虑与后期数据处理软件的兼容性，保证原始观测数据格式统一，方便差分解算与成果交付。在采购和使用过程中，技术人员需对 GNSS 接收机进行标定和多次外业试测，验证其静态及动态定位精度是否符合设计精度要求，并根据现场作业特点编制相应的设备操作规程。

在某山区高速公路勘测项目中，测绘团队选用了支持 GPS、北斗双频的 Trimble R10 GNSS 接收机，配套高增益天线，结合当地 CORS 网络实时提供差分改正数。设备在林区复杂地形下仍能稳定接收多星信号，成功完成长距离的高程控制测量，保证了后续施工放样的精度需求。

（二） GNSS 水准测距系统工作流程

在 GNSS 水准测距中，科学合理的作业流程是保证测量结果准确可靠的关键环节。一般来说，GNSS 水准测距流程主要包括前期准备、基准站布设、流动站观测、差分数据传输与处理以及成果验收等步骤。在实际操作中，首先需要对测区进行充分的踏勘，选取合理的基准站位置，保证基准站与流动站间无遮挡，减少信号遮挡和干扰。测区通常会布设1—2 个基准站，并在作业期间保持连续观测，实时采集原始 GNSS 数据，为差分改正提供稳定的参考基准。流动站按测区设计的水准路线点逐点布设，采用静态或动态RTK 模式进行观测。每个水准点需观测不少于规定的历元数，以确保数据的稳定性与可靠性。数据采集完成后，作业人员需对观测数据进行实时或后处理差分改正，剔除粗差、检查坐标闭合差，并进行平差计算，得到最终的高程成果。作业中还需设置合理的冗余观测方案，对关键点重复测量，交叉验证观测结果，降低外业误差。整个流程需严格按照技术规程执行，测量日志、观测记录、数据文件均需留档备查，保证水准测距成果真实可溯。

（三） GNSS 水准测距精度分析

GNSS 差分水准测距要想达到与传统水准测量相媲美的高程精度，需要从系统误差、随机误差及环境误差等多方面进行控制与分析。实际操作中，作业团队通常通过多频观测技术来有效消除电离层和对流层延迟误差，同时选用高灵敏天线减少多路径效应带来的偏差。在基准站与流动站之间，基线长度对精度影响较大，基线过长易导致误差累积，因此合理布设基准站和分段测距是提升精度的重要措施。实际项目中，常采用短基线差分技术或虚拟基站（VRS）方案，在长距离测区内搭建 CORS 网，提升整体差分改正的可靠性。对采集到的原始数据，作业人员需利用专业 GNSS 后处理软件进行基线解算和平差分析，检验观测值与设计值之间的闭合差是否满足技术规范[3]。若存在较大残差，则需对比现场环境、观测时间段及天气状况，分析可能存在的异常数据，并结合重复观测结果做修正或重测。部分高等级公路工程在施工测量阶段会引入水准比对观测，将 GNSS 高程与传统水准仪测得的高程进行交叉核验，以验证 GNSS 成果的可靠性。随着硬件设备和差分算法的不断优化，GNSS 水准测距在实际应用中已能稳定实现厘米级甚至亚厘米级的高程测定精度，逐步满足公路勘测设计、施工放样和竣工验收等各阶段对高程测量的严苛要求。

三、结论

GNSS 差分技术已逐步成为现代水准测距的重要补充手段，为传统测绘作业注入了新的活力。依托实时差分定位、数据自动采集与远程传输等功能，GNSS 水准测距在保证精度的同时大幅提高了作业效率与适用性。面对测绘行业对数据精度和作业效率要求的不断提高，GNSS 差分技术在水准测量中的应用前景十分广阔。未来应进一步优化基准站网络建设与数据处理技术，推动 GNSS 水准测距系统在更多复杂场景下稳定应用，实现测绘作业的智能化与现代化。

参考文献

[1]杨春宇,尹航,郭爽,等.北斗/GNSS 和精密水准测量综合方法在老采空塌陷区地表形变监测中的应用[J].测绘通报,2024,(05):142-146.

[2]龙华,梁雯.GNSS 差分技术在水准测量中的应用[J].广西水利水电,2023,(04):6-8.

[3]马继东.GNSS 高程测量在跨江水准测量中的应用[J]. 陕西水利,2021,(12):135-137.