溫 靜，孟月玥，楊清華，肖晨超

（1.中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083；2.自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心，北京 100048）

目前的地質(zhì)應(yīng)用中只是簡(jiǎn)單使用了北斗系統(tǒng)的定位功能，一是精度略低于應(yīng)用需求，二是沒有形成面向行業(yè)應(yīng)用的北斗產(chǎn)品。為了推廣北斗高精度服務(wù)在地質(zhì)調(diào)查與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，本文從地質(zhì)調(diào)查與監(jiān)測(cè)三大主體業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求出發(fā)，分析了各項(xiàng)業(yè)務(wù)的具體應(yīng)用需求，并根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)了各類增強(qiáng)產(chǎn)品，為提高內(nèi)外業(yè)一體化程度提供了可能性，為保障野外作業(yè)安全、實(shí)現(xiàn)地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域的導(dǎo)航系統(tǒng)國產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。

1 服務(wù)分析

北斗高精度位置服務(wù)在地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在內(nèi)業(yè)中心和外業(yè)終端的功能上。內(nèi)業(yè)中心基于專業(yè)地圖服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和展示，同時(shí)實(shí)現(xiàn)作業(yè)管理、設(shè)備管理、人員管理等，外業(yè)終端功能包括高精度定位導(dǎo)航、專題信息采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

1）定位精度需求。利用米級(jí)、亞米級(jí)、厘米級(jí)等不同精度的定位，服務(wù)不同類型的地質(zhì)調(diào)查業(yè)務(wù)，提升野外效率，用于管理和決策調(diào)度。

2）專題信息采集。地質(zhì)監(jiān)測(cè)和調(diào)查業(yè)務(wù)的野外工作中需要高精度采集各類型地質(zhì)體范圍面積及各類屬性信息，野外實(shí)時(shí)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入與整理，并及時(shí)上報(bào)變化信息。

3）終端監(jiān)控。內(nèi)業(yè)中心通過對(duì)外業(yè)終端的實(shí)時(shí)監(jiān)控，掌握作業(yè)任務(wù)進(jìn)度，保障人員安全。

4）通信及實(shí)時(shí)傳輸。通過通信及實(shí)時(shí)傳輸，內(nèi)業(yè)中心可實(shí)現(xiàn)對(duì)外業(yè)終端的統(tǒng)籌管理與互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)外業(yè)任務(wù)的實(shí)時(shí)管理、外業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和上傳，提高工作效率和成果質(zhì)量。

2 應(yīng)用需求分析

2.1 地質(zhì)礦產(chǎn)資源調(diào)查業(yè)務(wù)需求

2.1.1 精度需求

地質(zhì)礦產(chǎn)資源調(diào)查業(yè)務(wù)中對(duì)精度的要求主要體現(xiàn)在導(dǎo)航定位精度、像控點(diǎn)獲取精度和實(shí)地測(cè)量精度。

1）導(dǎo)航定位精度。在實(shí)際工作中，通過導(dǎo)航定位功能可以指引外業(yè)人員到達(dá)目的區(qū)域，需要北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)提供廣域米級(jí)實(shí)時(shí)定位服務(wù)。

2）像控點(diǎn)獲取精度。根據(jù)“區(qū)域地質(zhì)調(diào)查像控點(diǎn)水平位置相對(duì)于附近各等級(jí)控制點(diǎn)的平面位置中誤差不超過圖上0.1 mm，高程精度不小于1/10等高距的精度”[1-3]的要求，1∶250 000區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查的像控點(diǎn)平面精度要求應(yīng)小于25 m，1∶50 000 區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查的像控點(diǎn)平面精度要求應(yīng)小于5 m。因此需要提供廣域米級(jí)實(shí)時(shí)定位服務(wù)。

3）實(shí)地測(cè)量精度。1∶250 000 區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查工作中測(cè)量精度須小于10 m，因此需北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)提供廣域米級(jí)實(shí)時(shí)定位服務(wù)。1∶50 000區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查實(shí)地工作中：進(jìn)行礦點(diǎn)檢查和異常查證時(shí)一般選用大比例尺填圖（比例尺一般為1∶2 000～1∶5 000），大比例尺化探（土壤或巖石測(cè)量）、物探（高精度磁測(cè)[4]、激發(fā)極化法[5]、高精度重力等）綜合剖面測(cè)量；在剖面實(shí)地測(cè)制時(shí)，調(diào)查比例尺一般為1∶2 000～1∶5 000；第四系厚度較小的細(xì)碎屑沉積，比例尺一般大于1∶100～1∶1 000，因此需要北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)提供分米級(jí)精度的定位服務(wù)。

綜上所述，1∶250 000區(qū)域地質(zhì)、區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查需要北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)提供廣域米級(jí)實(shí)時(shí)定位服務(wù)；1∶50 000 區(qū)域地質(zhì)、地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查需要廣域米級(jí)及廣域分米級(jí)定位服務(wù)。

2.1.2 服務(wù)頻率需求

區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查實(shí)際工作中需要實(shí)現(xiàn)快速的動(dòng)態(tài)定位[6]。參照CJJT73-2010《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》，動(dòng)態(tài)測(cè)量中對(duì)RTK 數(shù)據(jù)的采樣間隔為1 s，因此，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的服務(wù)頻率應(yīng)優(yōu)于1 s。

2.1.3 通信服務(wù)需求

區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查業(yè)務(wù)中，對(duì)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)通信服務(wù)的需求主要包括短報(bào)文和文件傳輸功能。

1）短報(bào)文功能。區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查的外業(yè)工作場(chǎng)地通常地理環(huán)境復(fù)雜、交通不發(fā)達(dá)、手機(jī)信號(hào)覆蓋差，尤其是艱險(xiǎn)地區(qū)人煙稀少、沒有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、沒有明顯地物指引，這時(shí)北斗的短報(bào)文功能就可以實(shí)現(xiàn)野外作業(yè)人員和后方數(shù)據(jù)中心人員的即時(shí)通信，實(shí)時(shí)獲取作業(yè)人員定位[7]，保障作業(yè)人員安全。

2）文件傳輸功能。區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中通常需要進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。目前的GPS作業(yè)中大部分是通過儲(chǔ)存卡或數(shù)據(jù)線等方式導(dǎo)出數(shù)據(jù)[8]，這種方式內(nèi)業(yè)人員需要在測(cè)量后一段時(shí)間得到測(cè)量數(shù)據(jù)，不利于內(nèi)業(yè)人員及時(shí)利用數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)[9]。通過文件傳輸功能可以將外業(yè)采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)回內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)中心，及時(shí)排除測(cè)量錯(cuò)誤并及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。

2.2 礦山執(zhí)法監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)需求

2.2.1 精度需求

北斗系統(tǒng)在礦山執(zhí)法監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)主要作用有導(dǎo)航定位、像控點(diǎn)獲取、實(shí)地測(cè)量。

1）導(dǎo)航定位。在礦山執(zhí)法監(jiān)測(cè)實(shí)際應(yīng)用中，米級(jí)的精度就可以達(dá)到導(dǎo)航的要求。

2）像控點(diǎn)獲取。根據(jù)“區(qū)域地質(zhì)調(diào)查像控點(diǎn)水平位置相對(duì)于附近各等級(jí)控制點(diǎn)的平面位置中誤差不超過圖上0.1 mm，高程精度不小于1/10 等高距的精度”的要求，故在日常巡查中1∶10 000 比例尺誤差不超過1 m，衛(wèi)片執(zhí)法中1∶10 000 或1∶50 000 比例尺誤差不超過1 m或5 m，執(zhí)法取證中1∶1 000比例尺誤差不超過10 cm。這就需要北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)提供廣域分米級(jí)或區(qū)域厘米級(jí)實(shí)時(shí)定位服務(wù)。

3）實(shí)地測(cè)量。在日常巡查中比例尺1∶10 000，衛(wèi)片執(zhí)法中比例尺1∶10 000或1∶50 000，執(zhí)法取證中比例尺1∶1 000，故平面精度誤差不超過1 m、5 m、10 cm。這就需要北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)提供廣域分米級(jí)或區(qū)域厘米級(jí)實(shí)時(shí)定位服務(wù)。

綜上，礦山執(zhí)法監(jiān)測(cè)需要北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)提供廣域分米級(jí)、區(qū)域厘米級(jí)實(shí)時(shí)定位服務(wù)。

2.2.2 服務(wù)頻率需求

在礦山執(zhí)法監(jiān)測(cè)實(shí)際工作中需要用到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位。根據(jù)需要，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的服務(wù)頻率應(yīng)優(yōu)于1 s。

2.2.3 通信服務(wù)需求

由于礦山執(zhí)法監(jiān)測(cè)的特殊性，獲取實(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)[10]是形成綜合分析報(bào)告、填表并入庫的關(guān)鍵。文件傳輸能實(shí)時(shí)將野外采集信息傳回?cái)?shù)據(jù)處理中心，內(nèi)業(yè)人員可以指揮外業(yè)人員進(jìn)行補(bǔ)測(cè)或修改測(cè)量點(diǎn)錯(cuò)誤[11]，實(shí)現(xiàn)對(duì)違法礦山定性和定量分析。同時(shí)還可通過短報(bào)文功能實(shí)時(shí)監(jiān)控艱險(xiǎn)地區(qū)外業(yè)人員安全。因此在實(shí)際的礦山執(zhí)法檢查工作中需要北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)提供短報(bào)文、文件傳輸?shù)韧ㄐ欧?wù)功能。

2.3 地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)需求

2.3.1 精度需求

地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域涉及實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位的業(yè)務(wù)主要包括地下水環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測(cè)、礦山地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查與監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測(cè)[12]。我國水文地質(zhì)調(diào)查圖幅比例尺集中在1∶10 000、1∶50 000、1∶200 000；地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查/排查，圖幅比例尺集中在1∶50 000、1∶100 000、1∶250 000；礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)主要比例尺為1∶10 000～1∶50 000。

因此，水文地質(zhì)調(diào)查/監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查/排查、礦山調(diào)查/監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)要求野外調(diào)查定點(diǎn)精度優(yōu)于10 m；緩變地質(zhì)災(zāi)害（如地面沉降等）以及災(zāi)害的位移監(jiān)測(cè)需要實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)精度。

2.3.2 服務(wù)頻率需求

水文地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查/排查、遙感調(diào)查野外驗(yàn)證、地質(zhì)災(zāi)害群測(cè)調(diào)查、遠(yuǎn)離河道及水源地地區(qū)的地下水監(jiān)測(cè)、穩(wěn)定礦山邊坡的系統(tǒng)服務(wù)頻率按1次/d，對(duì)崩塌、滑坡、泥石流、在開采礦山邊坡的系統(tǒng)服務(wù)頻率按4 次/d 即可，在變形量加大時(shí)隨時(shí)可加密頻率服務(wù)需求。

2.3.3 通信服務(wù)需求

一般情況下通信采用短報(bào)文或者文件傳輸即可，但在特殊災(zāi)害區(qū)以及網(wǎng)絡(luò)阻斷或無網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)的災(zāi)害區(qū)工作，或者對(duì)工作人員生命有危險(xiǎn)時(shí)，需要語音通信服務(wù)。

3 地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域北斗地基增強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

3.1 1∶50 000～1∶250 000 調(diào)查監(jiān)測(cè)野外導(dǎo)航定位增強(qiáng)產(chǎn)品

1∶50 000 ～1∶250 000調(diào)查監(jiān)測(cè)野外導(dǎo)航定位增強(qiáng)產(chǎn)品，通過單向廣播的方式發(fā)送至用戶終端，基于一定數(shù)量的基準(zhǔn)站原始數(shù)據(jù)，用戶終端對(duì)其進(jìn)行衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差、電離層延遲的差分改正，從而實(shí)現(xiàn)廣域?qū)崟r(shí)米級(jí)的自主定位。其服務(wù)對(duì)象主要為北斗單頻接收機(jī)用戶，實(shí)現(xiàn)方式為單頻偽距差分和單頻載波相位差分[13-14]，通過移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)等方式播發(fā)至全國范圍。

1∶50 000 ～1∶250 000 調(diào)查監(jiān)測(cè)野外導(dǎo)航定位增強(qiáng)產(chǎn)品可應(yīng)用于地質(zhì)填圖、地質(zhì)科研調(diào)查、地質(zhì)物探、地質(zhì)化探、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、遙感調(diào)查野外驗(yàn)證和地質(zhì)災(zāi)害群防群測(cè)等業(yè)務(wù)。

3.2 1∶10 000調(diào)查監(jiān)測(cè)野外導(dǎo)航定位增強(qiáng)產(chǎn)品

1∶10 000 調(diào)查監(jiān)測(cè)野外導(dǎo)航定位增強(qiáng)產(chǎn)品，通過單向廣播的方式發(fā)送至用戶終端，基于更多數(shù)量的基準(zhǔn)站原始數(shù)據(jù)，用戶終端對(duì)其進(jìn)行衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差、電離層延遲的差分改正，從而實(shí)現(xiàn)廣域?qū)崟r(shí)分米級(jí)的自主定位。其服務(wù)對(duì)象主要為北斗雙頻接收機(jī)用戶，其實(shí)現(xiàn)方式為精密單點(diǎn)定位（PPP）。播發(fā)手段包括互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等，覆蓋范圍為全國范圍。

1∶10 000 調(diào)查監(jiān)測(cè)野外導(dǎo)航定位增強(qiáng)產(chǎn)品可應(yīng)用于礦山執(zhí)法檢查、礦山監(jiān)測(cè)、地質(zhì)異常查證、礦產(chǎn)勘查、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、遙感調(diào)查野外驗(yàn)證、地質(zhì)災(zāi)害群測(cè)群防等業(yè)務(wù)。

3.3 大比例尺區(qū)域測(cè)量采樣差分增強(qiáng)產(chǎn)品

大比例尺區(qū)域測(cè)量采樣差分增強(qiáng)產(chǎn)品內(nèi)容主要以綜合誤差改正數(shù)為主，采用雙向通信的方式進(jìn)行產(chǎn)品生成和播發(fā)。通過實(shí)時(shí)解算模糊度，獲取對(duì)流層誤差、電離層誤差、軌道誤差等改正數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶終端提供的概略位置信息，通過各種內(nèi)插算法[15]計(jì)算出綜合誤差改正數(shù)發(fā)送給客戶終端，用戶終端通過綜合誤差改正數(shù)對(duì)其定位數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的實(shí)時(shí)定位。服務(wù)對(duì)象主要為北斗雙頻接收機(jī)用戶，實(shí)現(xiàn)方式為雙頻載波相位差分（網(wǎng)絡(luò)RTK），播發(fā)手段為移動(dòng)通信，覆蓋范圍為加密網(wǎng)地區(qū)。

大比例尺區(qū)域測(cè)量采樣差分增強(qiáng)產(chǎn)品主要應(yīng)用于礦山執(zhí)法檢查。

3.4 地質(zhì)災(zāi)害高精度監(jiān)測(cè)差分增強(qiáng)產(chǎn)品

地質(zhì)災(zāi)害高精度監(jiān)測(cè)差分增強(qiáng)產(chǎn)品是定位精度最高的差分產(chǎn)品，產(chǎn)品主要包括后處理觀測(cè)數(shù)據(jù)、精密衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差、地球定向參數(shù)（EOP）等，經(jīng)高精度基線計(jì)算來實(shí)現(xiàn)后處理毫米級(jí)高精度，不具備實(shí)時(shí)性。地質(zhì)災(zāi)害高精度監(jiān)測(cè)差分增強(qiáng)產(chǎn)品的生成依賴于北斗地基增強(qiáng)基準(zhǔn)站原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)象主要面向北斗雙頻接收機(jī)用戶，其實(shí)現(xiàn)方式為高精度基線解算，播發(fā)手段為互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信，覆蓋范圍為全國范圍。

地質(zhì)災(zāi)害高精度監(jiān)測(cè)差分增強(qiáng)產(chǎn)品是定位精度較高的增強(qiáng)產(chǎn)品，主要應(yīng)用于地質(zhì)滑坡監(jiān)測(cè)和地面沉降監(jiān)測(cè)。

4 結(jié) 語

不同定位精度的北斗地基增強(qiáng)數(shù)據(jù)，可有效服務(wù)于地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的各項(xiàng)業(yè)務(wù)，可以節(jié)省人力財(cái)力和時(shí)間成本，同時(shí)有望在地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測(cè)主體業(yè)務(wù)中實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)的國產(chǎn)自主化。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測(cè)領(lǐng)域不同業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，本文分析了其對(duì)北斗地基增強(qiáng)應(yīng)用的各項(xiàng)需求，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出不同的北斗地基增強(qiáng)產(chǎn)品，為北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)在地質(zhì)調(diào)查與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的深入廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

在北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的支撐下，可以確保位置獲取的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和安全性，保證野外工作效率和最終工作成果質(zhì)量，有望建立高精度、高效率的野外工作流程，同時(shí)也對(duì)野外安全生產(chǎn)和突發(fā)狀況營救提供了重要的基礎(chǔ)保障。北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)在地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用，有利于加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查的技術(shù)先進(jìn)性，有利于促進(jìn)地質(zhì)調(diào)查事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。