王東亮

(黑龍江省煤田地質(zhì)一O八勘探隊(duì)，黑龍江 雞西 158100)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在地質(zhì)測(cè)繪中的應(yīng)用

王東亮

(黑龍江省煤田地質(zhì)一O八勘探隊(duì)，黑龍江 雞西 158100)

文中介紹了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理，主要技術(shù)特征優(yōu)勢(shì)及在地質(zhì)勘探測(cè)繪方面的主要應(yīng)用。通過(guò)實(shí)例闡述了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位功能在地質(zhì)測(cè)繪中的應(yīng)用，分析了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展前景。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；地質(zhì)勘探測(cè)繪；北斗實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量

0 引 言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(COMPASS)是我國(guó)自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行并與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相兼容的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，改變了我國(guó)完全依賴國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的局面。不僅滿足了精密定位、車載導(dǎo)航也將廣泛應(yīng)用于各類測(cè)繪行業(yè)，對(duì)于我們地質(zhì)勘探行業(yè)在地質(zhì)勘查工程測(cè)量的實(shí)際應(yīng)用中，我們可以看到COMPASS測(cè)量的優(yōu)越性，充分顯示了衛(wèi)星定位技術(shù)的無(wú)需通視、速度快、精度高等特點(diǎn)，加上國(guó)內(nèi)覆蓋穩(wěn)定性高，國(guó)產(chǎn)化的低價(jià)格優(yōu)勢(shì)，更加具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)對(duì)比GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)越性

近年來(lái)隨著GPS定位技術(shù)在測(cè)繪行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，地勘行業(yè)測(cè)繪工作現(xiàn)在也廣泛的應(yīng)用了GPS技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。而我國(guó)自主建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(COMPASS)以其先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)越性有望將來(lái)替代GPS定位系統(tǒng)。目前，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)亞太地區(qū)的覆蓋，為亞太地區(qū)提供導(dǎo)航定位以及通信服務(wù)， 并最終在2020年形成全球覆蓋能力?，F(xiàn)在測(cè)繪行業(yè)廣泛使用的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)采用的是二頻定位技術(shù)，而北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)是全球首個(gè)采用三頻定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在湖北省的試驗(yàn)基地定位精度平面和高程分別達(dá)到2 cm和5 cm,在精密定位初始化時(shí)間和環(huán)境適用性等方面優(yōu)于基于單GPS的增強(qiáng)系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)在偏遠(yuǎn)山區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)信號(hào)弱或無(wú)信號(hào)狀態(tài)，因此GPS測(cè)繪對(duì)我們地質(zhì)測(cè)繪有一定局限性，我們地質(zhì)勘探經(jīng)常在深山密林中經(jīng)常無(wú)信號(hào)影響我們的使用，而COMPASS系統(tǒng)目前主要針對(duì)亞太地區(qū)覆蓋尤其是國(guó)內(nèi)覆蓋率高，三頻定位技術(shù)先進(jìn)，所以無(wú)論是在高樓林立的都市中心還是在手機(jī)信號(hào)都沒(méi)有的深山老林都能夠進(jìn)行高精度定位。尤其是山區(qū)、林區(qū)的厘米級(jí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量坐標(biāo)的功能對(duì)我們地勘測(cè)繪行業(yè)意義重大。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的基本原理

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位測(cè)量系統(tǒng)COMPASS-RTK 是測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合系統(tǒng), 是以載波相位觀測(cè)量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分COMPASS 測(cè)量技術(shù)。它是在基準(zhǔn)站安置一臺(tái)COMPASS 三頻接收機(jī),對(duì)所有可見(jiàn)的COMPASS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè), 并將連續(xù)觀測(cè)所得信息和基準(zhǔn)站自身的信息通過(guò)無(wú)線電傳輸實(shí)時(shí)傳送出去。在流動(dòng)站上, COMPASS 接收機(jī)上除接收衛(wèi)星信號(hào)外, 同時(shí)還接收來(lái)自基準(zhǔn)站發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)信息, 并通過(guò)儀器內(nèi)置軟件實(shí)時(shí)解算出3 維坐標(biāo)信息及其精度信息。同時(shí)COMPASS的接收機(jī)也同時(shí)接收美國(guó)GPS，俄羅斯GLONASS的衛(wèi)星信號(hào)。運(yùn)算時(shí)候采用GPS跟COMPASS雙系統(tǒng)同時(shí)結(jié)算，大大提高了測(cè)量成果的精度及穩(wěn)定性。

3 工程實(shí)例及分析

COMPASS-RTK 測(cè)量技術(shù)在永豐勘查區(qū)煤炭詳查中的應(yīng)用。

3.1 測(cè)區(qū)概況

永豐煤炭詳查區(qū)位于黑龍江省雞東縣東海鎮(zhèn)和密山市太平鄉(xiāng)境內(nèi)，即雞西礦業(yè)(集團(tuán))東海煤礦東部,行政區(qū)劃隸屬黑龍江省雞東縣東海鎮(zhèn)和密山市太平鄉(xiāng)管轄。其地理坐標(biāo)為：東經(jīng)131°16′15″～131°32′30″；北緯45°17′15″～45°24′00″?？辈槊娣e93.29 平方千米，勘查深度為垂深1 200 m以淺。

勘查區(qū)位于雞西盆地北部拗陷的東北部，地形地貌以低山～丘陵為主?？辈閰^(qū)北部靠近盆地基底，南部有平麻斷裂(F1)通過(guò)?？辈閰^(qū)總體構(gòu)造形態(tài)為一軸向SWW～NE向不對(duì)稱的復(fù)向斜構(gòu)造。向斜北翼地層傾角緩，南翼地層傾角陡。主向斜南北兩側(cè)各有一個(gè)次級(jí)小背斜，被幾個(gè)不同方向的斷層所切割。礦區(qū)交通方便，有雞虎公路至勘探區(qū)內(nèi)，公路里程20 km?？碧絽^(qū)地形復(fù)雜，有大鍋盔山、小鍋盔山、民主南山等丘陵、低山。地面起伏多，平坦地區(qū)是大片水田地覆蓋，丘陵地區(qū)為林區(qū)區(qū)段。

3.2 SCOMPASS靜態(tài)控制點(diǎn)測(cè)量

使用儀器為瑞士合資的徠卡品牌三星北斗RTK，該儀器為目前標(biāo)稱可獨(dú)立接收北斗衛(wèi)星并高精度定位的GPS儀器。測(cè)區(qū)內(nèi)及周邊有國(guó)家三角點(diǎn)六個(gè)，分別為發(fā)展村西Ⅱ，尖山子Ⅲ，東海村東Ⅲ，永政村Ⅲ，永寧南山Ⅱ，小鍋盔山Ⅱ。測(cè)區(qū)控制網(wǎng)平面采用1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系，按3°分帶，中央子午線132°。測(cè)區(qū)高程采用1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)。本次工作利用發(fā)展村西Ⅱ和永寧南山Ⅱ兩個(gè)國(guó)家三角點(diǎn)進(jìn)行控制測(cè)量，以上各點(diǎn)標(biāo)石保存完好可供利用。本測(cè)區(qū)控制測(cè)量利用發(fā)展村西和永寧南山為起算點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)聯(lián)測(cè)，共測(cè)設(shè)(GPS)E級(jí)點(diǎn)12個(gè)永平橋頭、松樹(shù)林、永政村和永生村等。，控制面積100 km2。

3.3 COMPASS-RTK鉆孔、地質(zhì)點(diǎn)、水文點(diǎn)的測(cè)量

將基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)D002上，流動(dòng)站測(cè)取每個(gè)控制點(diǎn)的WGS84國(guó)家大地坐標(biāo)系統(tǒng)的平面坐標(biāo)和大地高，通過(guò)12個(gè)已知(GPS)E級(jí)點(diǎn)，解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)，從而測(cè)量出鉆孔、水文點(diǎn)及地質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)成果。測(cè)量工作嚴(yán)格按照《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》進(jìn)行，作業(yè)方法及成果精度均符合規(guī)范要求。

地質(zhì)點(diǎn)、水文點(diǎn)的測(cè)設(shè)均以地質(zhì)人員隨指隨測(cè)的原則測(cè)定。鉆孔放樣，嚴(yán)格按照初測(cè)、復(fù)測(cè)、終測(cè)三道作業(yè)程序進(jìn)行放樣。衛(wèi)星信號(hào)PDOP值1.32(標(biāo)準(zhǔn)為小于3)，測(cè)量結(jié)果均為固定解算且，放樣時(shí)儀器手簿解算顯示誤差DX、DY、DZ均在厘米級(jí)。成果采1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系，1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)，按3°分帶，中央子午線132°。

3.4 測(cè)量成果作業(yè)精度統(tǒng)計(jì)

在作業(yè)時(shí)，我們采用以下3種方法進(jìn)行了精度檢測(cè)：

(1)在已知點(diǎn)架設(shè)移動(dòng)站,采集數(shù)據(jù),得出坐標(biāo)與正確值比較,共檢測(cè)3個(gè)點(diǎn)；

(2)分不同時(shí)間段對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，比較其差值，統(tǒng)計(jì)此類點(diǎn)20個(gè)；

(3)隨即使用拓普康602AF全站儀檢測(cè)相鄰兩地形點(diǎn)的高差和距離，檢測(cè)了25個(gè)點(diǎn)。

3種方法累計(jì)檢測(cè)48個(gè)點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)總的作業(yè)精度為：平面精度±0.006 m；高程精度±0.011 m，滿足工程精度要求。

4 COMPASS-RTK技術(shù)應(yīng)用體會(huì)

4.1 作業(yè)效率高

在一般的地形地勢(shì)下，高質(zhì)量的COMPASS-RTK設(shè)站一次即可測(cè)完5 km半徑的測(cè)區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x器的“搬站”次數(shù)，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了勞動(dòng)效率。GPS-RTK經(jīng)常出現(xiàn)信號(hào)中斷，在林區(qū)不能達(dá)到固定解，而COMPASS-RTK相比精度穩(wěn)定性提高尤其是在林區(qū)接收信號(hào)快、坐標(biāo)定位固定解快一半不超過(guò)一分鐘就能固定。

4.2 定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒(méi)有誤差積累

因?yàn)镃OMPASS-RTK是三頻信號(hào)傳輸技術(shù)，所以只要滿足COMPASS-RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)(一般林區(qū)為5 km)，COMPASS-RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)， COMPASS-RTK的是北斗衛(wèi)星與GPS衛(wèi)星同時(shí)接收混合解算功能，使得它的坐標(biāo)精度達(dá)到了更高的標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 降低了作業(yè)條件要求

COMPASS-RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波通視”， 在這點(diǎn)上它基本與GPS-RTK相同，但是三頻信號(hào)傳輸技術(shù)的使用使得COMPASS-RTK更優(yōu)于GPS-RTK技術(shù)。因此，和傳統(tǒng)測(cè)量相比，COMPASS-RTK技術(shù)受通視條件、能見(jiàn)度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測(cè)量看來(lái)由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足COMPASS-RTK的基本工作條件，它也能輕松地進(jìn)行快速的高精度定位作業(yè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

COMPASS-RTK技術(shù)在我國(guó)以其覆蓋衛(wèi)星率高、地面監(jiān)控站密、接收機(jī)三頻接收、測(cè)量成果混合解算的優(yōu)勢(shì)將全面應(yīng)用于各類測(cè)繪行業(yè)，它具有更優(yōu)于單GPS測(cè)量的山區(qū)、林區(qū)定位精度,可以達(dá)到厘米級(jí)精度,且不累計(jì)傳點(diǎn)誤差,三頻接收觀測(cè)時(shí)間短并可實(shí)時(shí)提供3維坐標(biāo),操作簡(jiǎn)單方便,同時(shí)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等特點(diǎn)。同時(shí)COMPASS-RTK技術(shù)的廣泛使用,使地質(zhì)勘探中的測(cè)量工作,在生產(chǎn)方式方法上有了很大的變革,使傳統(tǒng)的作業(yè)觀念得到更新,促進(jìn)了地質(zhì)勘探行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

[1] 侯柯屹，梁福全，張 軍.淺談北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及在測(cè)繪中的應(yīng)用[J].2010(11)：62-63.

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[3] 徐邵銓，張華海，楊志強(qiáng)，等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢大學(xué)出版社，2002.

[4] 黎寶琳.淺談北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)中國(guó)測(cè)繪的深遠(yuǎn)影響[J].中國(guó)科技財(cái)富，2011(2):120.

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[6] 地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范[J].GB/T 18341—2001.

COMPASS in the Mapping of Geological Exploration

WANG Dong-liang

(Heilongjiang Province Coalfield Geology 108 Exploration Team, Jixi 158100, Heilongjiang Province, China)

This paper introduces the basic principle of COMPASS, main technical features and main application in geological exploration and mapping of the COMPASS. Application illustrates the real time dynamic positioning of Beidou navigation system function in geological mapping, analysis of the development prospect of the Beidou satellite navigation system.

COMPASS: The mapping of geological exploration; COMPASS-RTK

2014-10-27

2014-11-25

王東亮(1983-)，男，黑龍江省雞西市人，工程師，2006年畢業(yè)于黑龍江省工程學(xué)院，地理信息系統(tǒng)專業(yè)，本科，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，并于2010年在黑龍江科技學(xué)院取得地質(zhì)工程專業(yè)第二學(xué)位。

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.12.004

TD166

B

1009-3230(2014)12-0014-03