北斗卫星导航定位系统在地质测绘中的应用

王东亮

(黑龙江省煤田地质一O八勘探队，黑龙江 鸡西 158100)

北斗卫星导航定位系统在地质测绘中的应用

王东亮

(黑龙江省煤田地质一O八勘探队，黑龙江 鸡西 158100)

文中介绍了北斗卫星导航系统的基本原理，主要技术特征优势及在地质勘探测绘方面的主要应用。通过实例阐述了北斗导航系统实时动态定位功能在地质测绘中的应用，分析了北斗卫星导航系统的发展前景。

北斗卫星导航系统；地质勘探测绘；北斗实时动态测量

0 引 言

北斗卫星导航定位系统(COMPASS)是我国自主建设、独立运行并与世界其他卫星导航系统相兼容的全球卫星导航系统，改变了我国完全依赖国外卫星导航系统的局面。不仅满足了精密定位、车载导航也将广泛应用于各类测绘行业，对于我们地质勘探行业在地质勘查工程测量的实际应用中，我们可以看到COMPASS测量的优越性，充分显示了卫星定位技术的无需通视、速度快、精度高等特点，加上国内覆盖稳定性高，国产化的低价格优势，更加具有明显的经济和社会效益。

1 北斗卫星导航定位系统对比GPS导航系统的优越性

近年来随着GPS定位技术在测绘行业中的广泛应用，地勘行业测绘工作现在也广泛的应用了GPS技术进行测量。而我国自主建设的北斗卫星导航定位系统(COMPASS)以其先进的技术优越性有望将来替代GPS定位系统。目前，北斗卫星导航系统已经实现亚太地区的覆盖，为亚太地区提供导航定位以及通信服务， 并最终在2020年形成全球覆盖能力。现在测绘行业广泛使用的GPS导航系统采用的是二频定位技术，而北斗地基增强系统是全球首个采用三频定位技术实现厘米级定位的卫星导航系统，在湖北省的试验基地定位精度平面和高程分别达到2 cm和5 cm,在精密定位初始化时间和环境适用性等方面优于基于单GPS的增强系统。GPS卫星定位系统在偏远山区经常出现信号弱或无信号状态，因此GPS测绘对我们地质测绘有一定局限性，我们地质勘探经常在深山密林中经常无信号影响我们的使用，而COMPASS系统目前主要针对亚太地区覆盖尤其是国内覆盖率高，三频定位技术先进，所以无论是在高楼林立的都市中心还是在手机信号都没有的深山老林都能够进行高精度定位。尤其是山区、林区的厘米级实时动态测量坐标的功能对我们地勘测绘行业意义重大。

2 北斗卫星导航定位实时动态测量系统的基本原理

北斗卫星导航定位测量系统COMPASS-RTK 是测量技术与数据传输技术相结合而构成的组合系统, 是以载波相位观测量为依据的实时差分COMPASS 测量技术。它是在基准站安置一台COMPASS 三频接收机,对所有可见的COMPASS卫星进行连续观测, 并将连续观测所得信息和基准站自身的信息通过无线电传输实时传送出去。在流动站上, COMPASS 接收机上除接收卫星信号外, 同时还接收来自基准站发来的数据信息, 并通过仪器内置软件实时解算出3 维坐标信息及其精度信息。同时COMPASS的接收机也同时接收美国GPS，俄罗斯GLONASS的卫星信号。运算时候采用GPS跟COMPASS双系统同时结算，大大提高了测量成果的精度及稳定性。

3 工程实例及分析

COMPASS-RTK 测量技术在永丰勘查区煤炭详查中的应用。

3.1 测区概况

永丰煤炭详查区位于黑龙江省鸡东县东海镇和密山市太平乡境内，即鸡西矿业(集团)东海煤矿东部,行政区划隶属黑龙江省鸡东县东海镇和密山市太平乡管辖。其地理坐标为：东经131°16′15″～131°32′30″；北纬45°17′15″～45°24′00″。勘查面积93.29 平方千米，勘查深度为垂深1 200 m以浅。

勘查区位于鸡西盆地北部拗陷的东北部，地形地貌以低山～丘陵为主。勘查区北部靠近盆地基底，南部有平麻断裂(F1)通过。勘查区总体构造形态为一轴向SWW～NE向不对称的复向斜构造。向斜北翼地层倾角缓，南翼地层倾角陡。主向斜南北两侧各有一个次级小背斜，被几个不同方向的断层所切割。矿区交通方便，有鸡虎公路至勘探区内，公路里程20 km。勘探区地形复杂，有大锅盔山、小锅盔山、民主南山等丘陵、低山。地面起伏多，平坦地区是大片水田地覆盖，丘陵地区为林区区段。

3.2 SCOMPASS静态控制点测量

使用仪器为瑞士合资的徕卡品牌三星北斗RTK，该仪器为目前标称可独立接收北斗卫星并高精度定位的GPS仪器。测区内及周边有国家三角点六个，分别为发展村西Ⅱ，尖山子Ⅲ，东海村东Ⅲ，永政村Ⅲ，永宁南山Ⅱ，小锅盔山Ⅱ。测区控制网平面采用1980年国家大地坐标系，按3°分带，中央子午线132°。测区高程采用1985年国家高程基准。本次工作利用发展村西Ⅱ和永宁南山Ⅱ两个国家三角点进行控制测量，以上各点标石保存完好可供利用。本测区控制测量利用发展村西和永宁南山为起算点进行坐标联测，共测设(GPS)E级点12个永平桥头、松树林、永政村和永生村等。，控制面积100 km2。

3.3 COMPASS-RTK钻孔、地质点、水文点的测量

将基准站架设在已知点D002上，流动站测取每个控制点的WGS84国家大地坐标系统的平面坐标和大地高，通过12个已知(GPS)E级点，解算出转换参数，从而测量出钻孔、水文点及地质点的坐标成果。测量工作严格按照《地质矿产勘查测量规范》进行，作业方法及成果精度均符合规范要求。

地质点、水文点的测设均以地质人员随指随测的原则测定。钻孔放样，严格按照初测、复测、终测三道作业程序进行放样。卫星信号PDOP值1.32(标准为小于3)，测量结果均为固定解算且，放样时仪器手簿解算显示误差DX、DY、DZ均在厘米级。成果采1980年国家大地坐标系，1985年国家高程基准，按3°分带，中央子午线132°。

3.4 测量成果作业精度统计

在作业时，我们采用以下3种方法进行了精度检测：

(1)在已知点架设移动站,采集数据,得出坐标与正确值比较,共检测3个点；

(2)分不同时间段对特征点进行重复测量，比较其差值，统计此类点20个；

(3)随即使用拓普康602AF全站仪检测相邻两地形点的高差和距离，检测了25个点。

3种方法累计检测48个点，统计总的作业精度为：平面精度±0.006 m；高程精度±0.011 m，满足工程精度要求。

4 COMPASS-RTK技术应用体会

4.1 作业效率高

在一般的地形地势下，高质量的COMPASS-RTK设站一次即可测完5 km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。GPS-RTK经常出现信号中断，在林区不能达到固定解，而COMPASS-RTK相比精度稳定性提高尤其是在林区接收信号快、坐标定位固定解快一半不超过一分钟就能固定。

4.2 定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累

因为COMPASS-RTK是三频信号传输技术，所以只要满足COMPASS-RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内(一般林区为5 km)，COMPASS-RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级， COMPASS-RTK的是北斗卫星与GPS卫星同时接收混合解算功能，使得它的坐标精度达到了更高的标准。

4.3 降低了作业条件要求

COMPASS-RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”， 在这点上它基本与GPS-RTK相同，但是三频信号传输技术的使用使得COMPASS-RTK更优于GPS-RTK技术。因此，和传统测量相比，COMPASS-RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足COMPASS-RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。

5 结束语

COMPASS-RTK技术在我国以其覆盖卫星率高、地面监控站密、接收机三频接收、测量成果混合解算的优势将全面应用于各类测绘行业，它具有更优于单GPS测量的山区、林区定位精度,可以达到厘米级精度,且不累计传点误差,三频接收观测时间短并可实时提供3维坐标,操作简单方便,同时减轻劳动强度等特点。同时COMPASS-RTK技术的广泛使用,使地质勘探中的测量工作,在生产方式方法上有了很大的变革,使传统的作业观念得到更新,促进了地质勘探行业的技术进步。

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[2] 刘基余，李征航，王跃虎，等.全球定位系统原理及应用[M].北京：测绘出版社，1993.

[3] 徐邵铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理及应用[M].武汉大学出版社，2002.

[4] 黎宝琳.浅谈北斗卫星导航系统对中国测绘的深远影响[J].中国科技财富，2011(2):120.

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[6] 地质矿产勘查测量规范[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

王东亮(1983-)，男，黑龙江省鸡西市人，工程师，2006年毕业于黑龙江省工程学院，地理信息系统专业，本科，工学学士学位，并于2010年在黑龙江科技学院取得地质工程专业第二学位。

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.12.004

TD166

B

1009-3230(2014)12-0014-03