北斗衛星導航定位系統在地質測繪中的應用

王東亮

(黑龍江省煤田地質一O八勘探隊，黑龍江 雞西 158100)

北斗衛星導航定位系統在地質測繪中的應用

王東亮

(黑龍江省煤田地質一O八勘探隊，黑龍江 雞西 158100)

文中介紹了北斗衛星導航系統的基本原理，主要技術特征優勢及在地質勘探測繪方面的主要應用。通過實例闡述了北斗導航系統實時動態定位功能在地質測繪中的應用，分析了北斗衛星導航系統的發展前景。

北斗衛星導航系統；地質勘探測繪；北斗實時動態測量

0 引 言

北斗衛星導航定位系統(COMPASS)是我國自主建設、獨立運行并與世界其他衛星導航系統相兼容的全球衛星導航系統，改變了我國完全依賴國外衛星導航系統的局面。不僅滿足了精密定位、車載導航也將廣泛應用于各類測繪行業，對于我們地質勘探行業在地質勘查工程測量的實際應用中，我們可以看到COMPASS測量的優越性，充分顯示了衛星定位技術的無需通視、速度快、精度高等特點，加上國內覆蓋穩定性高，國產化的低價格優勢，更加具有明顯的經濟和社會效益。

1 北斗衛星導航定位系統對比GPS導航系統的優越性

近年來隨著GPS定位技術在測繪行業中的廣泛應用，地勘行業測繪工作現在也廣泛的應用了GPS技術進行測量。而我國自主建設的北斗衛星導航定位系統(COMPASS)以其先進的技術優越性有望將來替代GPS定位系統。目前，北斗衛星導航系統已經實現亞太地區的覆蓋，為亞太地區提供導航定位以及通信服務， 并最終在2020年形成全球覆蓋能力。現在測繪行業廣泛使用的GPS導航系統采用的是二頻定位技術，而北斗地基增強系統是全球首個采用三頻定位技術實現厘米級定位的衛星導航系統，在湖北省的試驗基地定位精度平面和高程分別達到2 cm和5 cm,在精密定位初始化時間和環境適用性等方面優于基于單GPS的增強系統。GPS衛星定位系統在偏遠山區經常出現信號弱或無信號狀態，因此GPS測繪對我們地質測繪有一定局限性，我們地質勘探經常在深山密林中經常無信號影響我們的使用，而COMPASS系統目前主要針對亞太地區覆蓋尤其是國內覆蓋率高，三頻定位技術先進，所以無論是在高樓林立的都市中心還是在手機信號都沒有的深山老林都能夠進行高精度定位。尤其是山區、林區的厘米級實時動態測量坐標的功能對我們地勘測繪行業意義重大。

2 北斗衛星導航定位實時動態測量系統的基本原理

北斗衛星導航定位測量系統COMPASS-RTK 是測量技術與數據傳輸技術相結合而構成的組合系統, 是以載波相位觀測量為依據的實時差分COMPASS 測量技術。它是在基準站安置一臺COMPASS 三頻接收機,對所有可見的COMPASS衛星進行連續觀測, 并將連續觀測所得信息和基準站自身的信息通過無線電傳輸實時傳送出去。在流動站上, COMPASS 接收機上除接收衛星信號外, 同時還接收來自基準站發來的數據信息, 并通過儀器內置軟件實時解算出3 維坐標信息及其精度信息。同時COMPASS的接收機也同時接收美國GPS，俄羅斯GLONASS的衛星信號。運算時候采用GPS跟COMPASS雙系統同時結算，大大提高了測量成果的精度及穩定性。

3 工程實例及分析

COMPASS-RTK 測量技術在永豐勘查區煤炭詳查中的應用。

3.1 測區概況

永豐煤炭詳查區位于黑龍江省雞東縣東海鎮和密山市太平鄉境內，即雞西礦業(集團)東海煤礦東部,行政區劃隸屬黑龍江省雞東縣東海鎮和密山市太平鄉管轄。其地理坐標為：東經131°16′15″～131°32′30″；北緯45°17′15″～45°24′00″。勘查面積93.29 平方千米，勘查深度為垂深1 200 m以淺。

勘查區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。勘查區北部靠近盆地基底，南部有平麻斷裂(F1)通過。勘查區總體構造形態為一軸向SWW～NE向不對稱的復向斜構造。向斜北翼地層傾角緩，南翼地層傾角陡。主向斜南北兩側各有一個次級小背斜，被幾個不同方向的斷層所切割。礦區交通方便，有雞虎公路至勘探區內，公路里程20 km。勘探區地形復雜，有大鍋盔山、小鍋盔山、民主南山等丘陵、低山。地面起伏多，平坦地區是大片水田地覆蓋，丘陵地區為林區區段。

3.2 SCOMPASS靜態控制點測量

使用儀器為瑞士合資的徠卡品牌三星北斗RTK，該儀器為目前標稱可獨立接收北斗衛星并高精度定位的GPS儀器。測區內及周邊有國家三角點六個，分別為發展村西Ⅱ，尖山子Ⅲ，東海村東Ⅲ，永政村Ⅲ，永寧南山Ⅱ，小鍋盔山Ⅱ。測區控制網平面采用1980年國家大地坐標系，按3°分帶，中央子午線132°。測區高程采用1985年國家高程基準。本次工作利用發展村西Ⅱ和永寧南山Ⅱ兩個國家三角點進行控制測量，以上各點標石保存完好可供利用。本測區控制測量利用發展村西和永寧南山為起算點進行坐標聯測，共測設(GPS)E級點12個永平橋頭、松樹林、永政村和永生村等。，控制面積100 km2。

3.3 COMPASS-RTK鉆孔、地質點、水文點的測量

將基準站架設在已知點D002上，流動站測取每個控制點的WGS84國家大地坐標系統的平面坐標和大地高，通過12個已知(GPS)E級點，解算出轉換參數，從而測量出鉆孔、水文點及地質點的坐標成果。測量工作嚴格按照《地質礦產勘查測量規范》進行，作業方法及成果精度均符合規范要求。

地質點、水文點的測設均以地質人員隨指隨測的原則測定。鉆孔放樣，嚴格按照初測、復測、終測三道作業程序進行放樣。衛星信號PDOP值1.32(標準為小于3)，測量結果均為固定解算且，放樣時儀器手簿解算顯示誤差DX、DY、DZ均在厘米級。成果采1980年國家大地坐標系，1985年國家高程基準，按3°分帶，中央子午線132°。

3.4 測量成果作業精度統計

在作業時，我們采用以下3種方法進行了精度檢測：

(1)在已知點架設移動站,采集數據,得出坐標與正確值比較,共檢測3個點；

(2)分不同時間段對特征點進行重復測量，比較其差值，統計此類點20個；

(3)隨即使用拓普康602AF全站儀檢測相鄰兩地形點的高差和距離，檢測了25個點。

3種方法累計檢測48個點，統計總的作業精度為：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技術應用體會

4.1 作業效率高

在一般的地形地勢下，高質量的COMPASS-RTK設站一次即可測完5 km半徑的測區，大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器的“搬站”次數，作業速度快，勞動強度低，節省了外業費用，提高了勞動效率。GPS-RTK經常出現信號中斷，在林區不能達到固定解，而COMPASS-RTK相比精度穩定性提高尤其是在林區接收信號快、坐標定位固定解快一半不超過一分鐘就能固定。

4.2 定位精度高，數據安全可靠，沒有誤差積累

因為COMPASS-RTK是三頻信號傳輸技術，所以只要滿足COMPASS-RTK的基本工作條件，在一定的作業半徑范圍內(一般林區為5 km)，COMPASS-RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級， COMPASS-RTK的是北斗衛星與GPS衛星同時接收混合解算功能，使得它的坐標精度達到了更高的標準。

4.3 降低了作業條件要求

COMPASS-RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”， 在這點上它基本與GPS-RTK相同，但是三頻信號傳輸技術的使用使得COMPASS-RTK更優于GPS-RTK技術。因此，和傳統測量相比，COMPASS-RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制較小，在傳統測量看來由于地形復雜、地物障礙而造成的難通視地區，只要滿足COMPASS-RTK的基本工作條件，它也能輕松地進行快速的高精度定位作業。

5 結束語

COMPASS-RTK技術在我國以其覆蓋衛星率高、地面監控站密、接收機三頻接收、測量成果混合解算的優勢將全面應用于各類測繪行業，它具有更優于單GPS測量的山區、林區定位精度,可以達到厘米級精度,且不累計傳點誤差,三頻接收觀測時間短并可實時提供3維坐標,操作簡單方便,同時減輕勞動強度等特點。同時COMPASS-RTK技術的廣泛使用,使地質勘探中的測量工作,在生產方式方法上有了很大的變革,使傳統的作業觀念得到更新,促進了地質勘探行業的技術進步。

[1] 侯柯屹，梁福全，張 軍.淺談北斗衛星導航系統及在測繪中的應用[J].2010(11)：62-63.

[2] 劉基余，李征航，王躍虎，等.全球定位系統原理及應用[M].北京：測繪出版社，1993.

[3] 徐邵銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應用[M].武漢大學出版社，2002.

[4] 黎寶琳.淺談北斗衛星導航系統對中國測繪的深遠影響[J].中國科技財富，2011(2):120.

[5] 全球定位系統(GPS)測量規范[J].GB/T18314-2001.

[6] 地質礦產勘查測量規范[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年畢業于黑龍江省工程學院，地理信息系統專業，本科，工學學士學位，并于2010年在黑龍江科技學院取得地質工程專業第二學位。

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.12.004

TD166

B

1009-3230(2014)12-0014-03