GNSS在城市管理中的應(yīng)用

【摘要】隨著城市化進(jìn)程的加快，在城市規(guī)劃和管理領(lǐng)域，針對(duì)城市現(xiàn)狀信息的收集、分析、整理工作復(fù)雜，特別是城市信息的快速更新和城市突發(fā)事件的快速處理等難以及時(shí)得到解決的問(wèn)題，關(guān)鍵在于如何處理城市發(fā)展過(guò)程中的空間關(guān)系，這就要求在城市建設(shè)管理和規(guī)劃中尋求新技術(shù)、新方法的應(yīng)用。文章概括介紹了城市規(guī)劃的基本概念，詳細(xì)論述了GNSS技術(shù)在城市規(guī)劃管理中的應(yīng)用和在城市規(guī)劃測(cè)量中的應(yīng)用。鑒于GNSS技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的大中型城市嘗試將GNSS技術(shù)運(yùn)用于城市管理。

1.引言

城市規(guī)劃是指導(dǎo)城市建設(shè)，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“龍頭”，是城市建設(shè)和管理的依據(jù)，在城市的建設(shè)和發(fā)展過(guò)程中處于十分重要的地位。城市規(guī)劃是根據(jù)城市的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)對(duì)城市建設(shè)實(shí)施全過(guò)程控制的過(guò)程，這一過(guò)程除決定于城市規(guī)劃管理體制及規(guī)劃設(shè)計(jì)和管理人員的素質(zhì)外，還決定于對(duì)城市歷史、現(xiàn)狀信息的把握以及信息的分析、處理和利用。隨著城市化進(jìn)程的加快，在城市規(guī)劃和管理領(lǐng)域，傳統(tǒng)的規(guī)劃和管理手段已不能適應(yīng)城市飛速發(fā)展的需要，對(duì)城市現(xiàn)狀信息的收集、分析、整理工作相當(dāng)復(fù)雜，特別是城市信息的快速更新和城市突發(fā)事件的快速處理等問(wèn)題難以及時(shí)得到解決，關(guān)鍵在于如何處理城市發(fā)展過(guò)程中的空間關(guān)系，這就要求在城市建設(shè)管理和規(guī)劃中尋求新技術(shù)、新方法的應(yīng)用，不斷提高城市規(guī)劃管理的科技含量，以適應(yīng)現(xiàn)代城市建設(shè)與發(fā)展的需要。鑒于GNSS技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的大中型城市嘗試將GNSS技術(shù)運(yùn)用于城市管理。

2.GNSS技術(shù)在城市規(guī)劃管理中的應(yīng)用

GNSS由于其自動(dòng)化程度高、全天候全天時(shí)作業(yè)、定位快速而精確等特點(diǎn)，已經(jīng)給測(cè)繪技術(shù)帶來(lái)了革命性的變化，在數(shù)字城市規(guī)劃中將發(fā)揮巨大的作用。首先，大量城市遙感信息的精確定標(biāo)工作、城市地籍信息的測(cè)量工作、城市數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作都離不開(kāi)衛(wèi)星定位技術(shù)，數(shù)字城市空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施必須應(yīng)用GNSS技術(shù)。在數(shù)字城市規(guī)劃的信息獲取過(guò)程中，也直接利用GNSS技術(shù)。GNSS技術(shù)在數(shù)字城市規(guī)劃空間信息獲取中的應(yīng)用價(jià)值，主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面。

◆建立城市空間參考基準(zhǔn)

伴隨我國(guó)新型中小城市的迅速發(fā)展，每天都要進(jìn)行大量的城市建設(shè)、國(guó)土規(guī)劃、工程施工等工程。這些工程的實(shí)施都需要測(cè)繪工作基礎(chǔ)，特別是測(cè)量控制點(diǎn)坐標(biāo)。但是以靜態(tài)測(cè)量構(gòu)成的靜態(tài)測(cè)量控制點(diǎn)作為城市建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，已經(jīng)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化城市發(fā)展的要求了。中小城市的建設(shè)與發(fā)展，要靠上百個(gè)乃至更多的控制點(diǎn)來(lái)維持其測(cè)繪基準(zhǔn)，還必須隨壞隨建，不同單位還肯能重復(fù)建設(shè)，每年需要約十萬(wàn)元的直接間接維持費(fèi)用。如果利用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分（RTK）技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行參考站（CORS）作為空間參考基準(zhǔn)，可隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)測(cè)量，單純從完成目前靜態(tài)網(wǎng)的功能要求來(lái)說(shuō)，中小城市只需有五六個(gè)GNSS長(zhǎng)年跟蹤站就夠了，而這一建設(shè)相當(dāng)于以前一到兩年的維護(hù)費(fèi)用，但卻幾乎是一勞永逸的。

◆應(yīng)用于城市航空攝影測(cè)量中

GNSS航空攝影測(cè)量技術(shù)是高精度GNSS動(dòng)態(tài)定位測(cè)量與航空那個(gè)攝影測(cè)量有機(jī)結(jié)合的一項(xiàng)高新技術(shù)。它是在航空攝影飛機(jī)上加載GNSS/IMU組合設(shè)備，并用一定方式將它與航空攝影儀相連接，以此實(shí)時(shí)地獲取攝影瞬間的相機(jī)快門(mén)啟開(kāi)脈沖。在航攝飛機(jī)對(duì)地?cái)z影的同時(shí)，既測(cè)定GNSS信號(hào)接收天線的實(shí)時(shí)在行點(diǎn)位，又精確而自動(dòng)地記錄每一個(gè)攝影時(shí)元。經(jīng)過(guò)測(cè)后數(shù)據(jù)處理，解算出三位坐標(biāo)，并按要求變換成所攝區(qū)的實(shí)用坐標(biāo)，然后將其作為攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差附加觀測(cè)值，參與空中三測(cè)量的聯(lián)合解算，以此達(dá)到大量的減少甚至完全的免除野外實(shí)地測(cè)量像控點(diǎn)的目的，從而導(dǎo)致測(cè)量行業(yè)從技術(shù)手段到隊(duì)伍結(jié)構(gòu)的革命性變化。

◆應(yīng)用于城市測(cè)繪中

目前，城市測(cè)繪技術(shù)正從野外采集和事后處理階段發(fā)展為實(shí)時(shí)處理階段，從一維、二維定位發(fā)展到三維、四維定位階段，現(xiàn)代多個(gè)用戶要求測(cè)繪建立實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、全天候、全時(shí)域、全空域的連續(xù)測(cè)量體系。這樣，任何靜態(tài)形式的、模擬方式的、人工方式的，以光電技術(shù)為主實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的測(cè)繪模式都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這一要求。社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的需要，迫使測(cè)繪工程現(xiàn)代化、信息化、實(shí)時(shí)化，這樣，給予GNSS的三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)繪就成為城市測(cè)繪技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

以北京為例，在市區(qū)布設(shè)了59個(gè)主要控制點(diǎn)構(gòu)成的GNSS主控網(wǎng)，在每個(gè)控制點(diǎn)附近又布設(shè)了一個(gè)方向點(diǎn)，構(gòu)成的GNSS方向網(wǎng)以滿足城市測(cè)繪的需要。在工程測(cè)量控制方面，城市輕軌GNSS控制網(wǎng)，高速公路GNSS控制網(wǎng)還有一些工程的施工放樣、放線、拔地、釘樁等工程的控制都是GNSS控制點(diǎn)。

◆“3S”應(yīng)用

“3S”是地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（RS）和GNSS的簡(jiǎn)稱(chēng)。其中，GNSS主要用于實(shí)時(shí)、快速的提供目標(biāo)的空間位置；遙感用于實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的提供目標(biāo)及其環(huán)境的語(yǔ)義或非語(yǔ)義信息，發(fā)現(xiàn)地球表面上的各種變化，及時(shí)的對(duì)GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)更新；GIS則是對(duì)多種來(lái)源的時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、集成管理和動(dòng)態(tài)存取，作為新的集成系統(tǒng)平臺(tái)，并為智能化數(shù)據(jù)采集提供地學(xué)知識(shí)。

應(yīng)用“3S”集成技術(shù)進(jìn)行城市規(guī)劃編制及規(guī)劃業(yè)務(wù)審批已經(jīng)是規(guī)劃管理信息系統(tǒng)必要的手段。以哈爾濱城市規(guī)劃為例，哈爾濱市委提高城市規(guī)劃執(zhí)法力度，進(jìn)行了“數(shù)字監(jiān)察”項(xiàng)目建設(shè)，使哈爾濱市規(guī)劃管理監(jiān)察大隊(duì)監(jiān)察責(zé)任區(qū)域的巡查、建設(shè)工程的檢查、對(duì)城市規(guī)劃部門(mén)審批的建設(shè)工程項(xiàng)目跟蹤管理等職能提供服務(wù)平臺(tái)?！皵?shù)字監(jiān)察”項(xiàng)目利用哈爾濱市可以同時(shí)接收美國(guó)及俄羅斯兩套不同頻率的衛(wèi)星信號(hào)的得天獨(dú)厚的地理?xiàng)l件，提高了監(jiān)察準(zhǔn)確性及精度。該項(xiàng)目是借助GNSSA準(zhǔn)確的定位，GIS科學(xué)的數(shù)據(jù)、RS現(xiàn)勢(shì)信息、CORS厘米級(jí)城市坐標(biāo)系統(tǒng)等高新技術(shù)，管理城市規(guī)劃違法建設(shè)。實(shí)現(xiàn)日常巡查路線設(shè)計(jì)、重點(diǎn)巡查項(xiàng)目設(shè)定、現(xiàn)場(chǎng)辦公、日常巡查及重點(diǎn)監(jiān)察項(xiàng)目錄像等功能。利用3S集成技術(shù)，把收集、定位、綜合分析等各部分集成起來(lái)，管理人員可以在計(jì)算機(jī)上了解有關(guān)信息，并利用統(tǒng)計(jì)和分析模型等手段了解有關(guān)的綜合數(shù)據(jù)，以便做出科學(xué)的決策。

3.GNSS技術(shù)在城市規(guī)劃測(cè)量中的應(yīng)用

3.1 RTK技術(shù)概述

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)（RTK）是GNSS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GNSS測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)新突破。RTK測(cè)量技術(shù)是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GNSS測(cè)量技術(shù)，其基本思想是：在基準(zhǔn)站上設(shè)置1臺(tái)GNSS接收機(jī)，對(duì)所有可見(jiàn)GNSS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶觀測(cè)站。在用戶站上，GNSS接收機(jī)在接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位原理，實(shí)時(shí)地解算整周模糊度未知數(shù)并計(jì)算顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算的定位結(jié)果，便可監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)站與用戶站觀測(cè)成果的質(zhì)量和解算結(jié)果的收斂情況，實(shí)時(shí)地判定解算結(jié)果是否成功，從而減少冗余管測(cè)量，縮短觀測(cè)時(shí)間。

RTK測(cè)量系統(tǒng)一般由三部分組成，包括GNSS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺(tái)與流動(dòng)站的接收電臺(tái)組成，它是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備。軟件系統(tǒng)具有能夠?qū)崟r(shí)解算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)功能。RTK測(cè)量技術(shù)除具有GNSS測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)以外，同時(shí)具有觀測(cè)時(shí)間短，能實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)實(shí)時(shí)解算的優(yōu)點(diǎn)，因此可以提高生產(chǎn)效率。

3.2 CORS技術(shù)概述

CORS系統(tǒng)是利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它是在某一區(qū)域內(nèi)建立若干個(gè)連續(xù)運(yùn)行的永久性參考站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)構(gòu)成新一代的網(wǎng)絡(luò)化的GNSS綜合服務(wù)系統(tǒng)，不僅可以向各級(jí)測(cè)繪用戶提供高精度、連續(xù)的空間基準(zhǔn)、而且可以向?qū)Ш?、時(shí)間、災(zāi)害防治等部門(mén)提供各種數(shù)據(jù)服務(wù)。CORS系統(tǒng)是集高精度靜態(tài)定位與RTK于一身的GNSS系統(tǒng)，主要包括參考站網(wǎng)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與管理中心、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)和用戶應(yīng)用子系統(tǒng)。

建立城市CORS的必要性和意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）城市CORS的建立可以大大提高城市測(cè)繪精度、速度與效率，降低測(cè)繪勞動(dòng)強(qiáng)度和成本，省去測(cè)量標(biāo)志保護(hù)與修復(fù)的費(fèi)用。由于城市建設(shè)速度加快，對(duì)GNSS的C、D、E級(jí)控制點(diǎn)破壞較大，一般在五至八年需要重新布設(shè)控制點(diǎn)，造成人力物力的大量浪費(fèi)。隨著CORS基站的建設(shè)和連續(xù)運(yùn)行，就形成了一個(gè)以永久基站為控制點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。所以，利用已建成的城市CORS系統(tǒng)對(duì)外開(kāi)發(fā)使用，收取一定的費(fèi)用，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)各地的投入和實(shí)際情況制定，當(dāng)然這一點(diǎn)上更多的是社會(huì)效益。

（2）城市CORS的建立，可以對(duì)城市工程建設(shè)進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效、長(zhǎng)期的變形監(jiān)測(cè)，對(duì)災(zāi)害進(jìn)行快速預(yù)報(bào)。CORS項(xiàng)目完成將為城市測(cè)繪、GIS應(yīng)用等提供精度達(dá)厘米級(jí)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位服務(wù)，將極大地加快該城市基礎(chǔ)地理信息的建設(shè)。

（3）城市CORS將是城市信息化的重要組成部分，并由此建立起城市空間基礎(chǔ)設(shè)施的三維、動(dòng)態(tài)、地心坐標(biāo)參考框架，從而從實(shí)時(shí)的空間位置信息面上實(shí)現(xiàn)城市真正的數(shù)字化。CORS建成能使城市跟多部門(mén)和人實(shí)用GNSS高精度服務(wù)，它將在城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮重要作用。由此帶給城市巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是不可估量的，它將為城市進(jìn)一步提供良好的建設(shè)和投資環(huán)境。

4.總結(jié)

通過(guò)對(duì)GNSS技術(shù)在城市規(guī)劃管理和測(cè)量中應(yīng)用的論述，可以看出，GNSS技術(shù)就是城市建設(shè)管理和規(guī)劃中尋求的新技術(shù)和新方法之一，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)城市現(xiàn)狀信息的收集、分析、整理工作的簡(jiǎn)化，特別是城市信息的快速更新和城市突發(fā)事件的快速處理，提高了城市規(guī)劃管理的科技含量，適應(yīng)了現(xiàn)代城市建設(shè)與發(fā)展的需要。今后，將會(huì)有越來(lái)越多的大中型城市嘗試將GNSS技術(shù)運(yùn)用于城市管理。

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