StarFire星站差分技術在礦區測量中的應用探討

何欣松

(新疆喀啦通克礦業有限責任公司 富蘊 836107)

StarFire星站差分技術在礦區測量中的應用探討

何欣松

(新疆喀啦通克礦業有限責任公司 富蘊 836107)

StarFire系統是美國NaVCom公司在WCT(wide-Area Correction Translorm)基礎上，應用JPL的實時修正算法和GIPSY軟件，建立的全球差分定位服務系統。它在全球任何地點、任何時間都能提供厘米級精度的連續實時定位服務。本文以美國NAVCOM公司生產的SF-2040G型RTG接收機在礦業權核查中的應用為例，對StarFire系統進行介紹和討論。

星站差分 StarFire RTG RTK 礦業權核查

1 星站差分系統簡介

1995年，國外開始研究開發星站差分GPS，先后出現并投入使用的星站差分GPS有5種：GDGPS、OmniSTAR系統、SeaSTAR系統、Skyfix系統、StarFire系統。這些系統經過進一步地改進和完善，有的系統已能達到厘米級的實時定位精度。但只有StarFire系統的用戶產品進入中國市場，并向我國廣大用戶提供實時差分定位服務。

2 StarFire系統組成

StarFire系統是美國NavCom公司建立的一個全球雙頻GPS差分定位系統。它在全球任何地點、任何時間都能提供分米級精度的連續實時定位服務。該系統由參考站、注入站、數據處理中心、地球同步衛星、用戶站等5部分組成，StarFire系統組成見圖1。

圖1 StarFire系統工作流程圖

3 StarFire系統的主要特點

StarFire的全球差分系統是將GPS測量誤差分成兩部分：一部分衛星軌道誤差和衛星鐘差；另一部分為電離層延遲、對流層延遲、多路徑效應和接收機噪聲等誤差。前一部分，可以通過全球57個參考站不停地觀測予以測定，通過注入站傳給通訊衛星作為差分修正參數播送；而第二部分誤差(電離層與大氣層折射)則各地區不同，需由用戶站利用雙頻GPS觀測和應用JPL的實時修正算法和GIPSY軟件模型予以修正。

4 StarFire系統的定位模式

StarFire系統目前有3種差分定位模式：WCT(Wide Area Correction Transform)、RTG(Real Time Gipsy)、RTG／RTK組合模式。WCT模式是StarFire系統早期的服務模式；RTG模式是在WCT模式基礎上，應用JPL的實時修正算法和GIPSY軟件改進和發展的一種實時差分定位服務模式；RTG／RTK組合模式是NavCom公司近期推出的一種新的實時差分定位模式。利用RTK對RTG進行初始化，不僅可以克服RTG初始化時間過長的缺點，而且可以獲得厘米級的實時定位精度。

5 星站差分GPS的應用情況

5.1 SF-2040星站差分GPS精度檢驗

礦區坐標系統為北京54坐標系,利用已知四等點求出WGS-84到54坐標系的轉換7參數:DX=-92.8638;DY=-1.9209;DZ=482.3091;X=13.1091;RY=4.0856；RZ=4.6348；K=1-10.6507ppm。再將此參數輸入手簿中，最后用SF-2040GPS RTG模式去測量礦區北京54坐標控制點，在HRMS和VRMS均＜0.1m的條件下讀數，測量數據見表1。

通過以上數據計算出本次測量的點位中誤差為±7.7 cm，高程中誤差為±7.8 cm。在一些相關資料中國家光電測距儀檢測中心對SF－2040G的實際檢測精度平面精度為±8.5 cm，高程精度為±11 m。通過這些檢測數據可知該儀器精度可靠，其檢測精度與標稱精度基本一致。

表1

5.2 礦業權核查的主要測量內容

礦業權核查需進行野外實地測量，主要是探礦權和采礦權。探礦權主要測量礦區內工程，如探槽、鉆孔、淺井等；采礦權除測量采掘工程平面圖外還要進行拐點放樣。

5.3 野外作業流程

5.3.1 測前準備

利用已有的較高等級控制點求出WGS-84坐標系到54坐標系的轉換7參數，計算7參數時殘差和中誤差＜0.1m最佳。

5.3.2 外業測量

測量時先把GPS和手簿連接好，每個礦權新建一個項目，在坐標轉換里輸入中央子午線和7參數，并選擇好正確的投影面，在設置流動站里輸入天線高，最后進入數據采集選項來測量目標點坐標。

5.3.3 內業數據處理

SF-2040RTG內業處理比較簡單，打開坐標管理，選擇適合的數據格式把測量數據導出，輸入電腦后就可展點作圖。

6 結論

通過此次SF-2040GPS的使用，對StarFire系統有了一定的認識，總結其優缺點如下：

(1)無需耗費巨資自建GPS參考站系統，其使用范圍比參考站系統更廣闊。

(2)無需架設基準站。星站差分系統的改正信息是通過海事衛星直接傳送的，不需要進行基準站架設,一人一機就可以開始作業。

(3)無需差分電臺數據鏈穩定，作用距離不受限制。

(4)不用控制點也可開始測量。只需求一定區域內的七參數(比如一個縣)，以后在這個區域內進行1∶2 000以下小比例尺測繪時輸入該參數后就可進行測量，省去了控制測量的麻煩，并且精度均勻。

(5)RTG／RTK組合模式不但使測量具有厘米級的精度，還能解決RTK數據鏈斷斷續續對測繪造成的不利影響。

⑹該儀器的初始化時間過長，要獲得厘米級精度需要的時間更長，且對衛星的要求也更高；衛星很容易失鎖，測量過程中輕微遮擋就可能使得HRMS和VRMS變大，精度也隨之降低，要重新得到較高精度又需要等待很長時間，所以該儀器還不能直接用來測量大比例尺地形圖。

[1]翟清斌,張銳,張莉.StarFire差分GPS服務介紹.北京：測繪科學，2004.4.

[2]熊剛,束煥然,廖七一,王小滿,李蘭清.StarFire-RTG星基差分實時精密單點定位原理、測試與應用.北京：全球定位系統，2006.5.

[3]馮林剛,趙永貴.星基差分GPS-StarFire系統.北京：測繪通報，2006.11.

收稿：2013-11-26