GNSS技术在矿产勘查中的应用及可靠性分析——以广东省粤北矿产勘查区为例

卢石坤

(广东省核工业地质局 测绘院，广东 广州 510800)

GNSS的全称是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)，它是泛指全球的、区域的和增强的所有卫星导航系统，如美国的GPS、欧洲的Galileo、俄罗斯的Glonass、中国的北斗卫星导航系统等(赫金明等，2005)。GNSS技术具有定位精度高、观测时间短、操作自动化程度高、测站点间无需通视等优点。而矿产勘查区大都位于偏僻的高山地带，地形复杂，植被茂密，通视条件差，在这样的地区进行传统测绘作业非常困难，且生产的测绘成果精度低。随着GNSS技术的快速发展，及其明显的技术优势，本文结合粤北地质矿产勘查测绘需要，将GNSS技术应用于此次地质矿产勘查，并对其测量成果进行了精度分析。

1 GNSS静态测量控制网精度分析及其应用优势

1.1 GNSS静态测量控制网建立

由于粤北矿产勘查区位于粤赣边界山区，地处偏远，地形、地质条件复杂，且勘查控制范围较大，原有部分控制点是几十年前采用常规方法测量的，整体精度偏低、数量较少，不能满足现代矿产勘查要求。因此，拟重新建立一个能覆盖到全区域的GNSS E级静态控制网，作为该勘查区的首级控制网。

1.1.1 勘查区概况

勘查区地处南岭山脉南麓，位于广东省东北部，地理位置位于东经113°37′—114°00′，北纬25°10′—25°20′。测区内有国道106线和多条省道贯通，交通较为便利。勘查区总面积700 km2，其中山地占70%，属亚热带季风气候，勘查区内树木茂密，通视条件较差。

1.1.2 控制网的布设

布设GNSS E级网时，点位应选在视野开阔、交通方便、便于长期保存和使用的地方，且远离大功率无线电发射源、高压线和大片水域地区，以避免周围磁场对信号干扰和减弱多路径效应的影响。GNSS E级控制网平均边长为3 km，困难地区不超过6 km。

依据上述布网原则，结合勘查区的具体情况，采用点联式与边联式相结合的方式，布设了一个含有5个已知控制点，52个未知控制点的GNSS E级控制网。

1.1.3 控制网的观测和数据处理

(1)控制网观测。使用检定合格的6台中海达H32双频接收机观测，其标称精度不低于10 mm +5×10-6×d(d为距离:km)，架设仪器观测时，每站需记录气象元素，并在开机前、关机后量取两次天线高，误差未超3 mm时，取平均值作为最后天线高。具体观测的技术指标见表1。

(2)数据处理。对野外采集的原始观测数据检查无误后, 使用中海达随机数据处理软件HDS 2003，对全部观测数据进行基线解算和网平差计算。首先计算重复基线较差、同步环闭合差和异步环闭合差, 在符合《铀矿地质勘查规范(DEG0199—2015)》(以下简称《规范》，中国国土资源标准化技术委员会，2015)规定要求后，选取质量好的基线向量构成闭合几何图形，优选边长较短能构成边数较少的异步环基线向量,构建GNSS 基线向量网(王显金，2014)，然后进行GNSS网WGS-84坐标系下的无约束平差,在GNNS网的内部精度符合要求后，再在西安80坐标系中，利用已知起算点成果，进行三维约束平差，平差合格后，最后进行成果输出。

表1 观测技术指标

1.2 GNSS静态测量控制网精度分析

在实际中，影响GNSS测量成果精度的因素很多、也比较复杂，其中主要影响因素有：野外数据采集过程中仪器的等级质量、人员的技术水平、起算数据的精度以及地球弯曲差、大气层电离层折射引起的多路径效应、天线相位中心偏移和数据处理过程中的参数取舍等(魏二虎等，2007)，此次GNSS控制网的测量和计算中，均严格遵守了要求，尽可能减弱上述因素对控制测量成果精度的影响，经最后平差计算，得出了该控制网的主要精度指标。

1.2.1 三维无约束平差精度分析

在WGS-84坐标系下，使用中海达随机自带平差软件HDS2003，选取了275条质量较优的基线进行三维无约束平差计算(表2)。

表2 基线残差精度统计

三维无约束平差结果客观的反映了整个控制网的内符合精度，精度统计表明，控制网内符合精度良好，各项指标均满足相关《规范》要求。

1.2.2 三维约束平差精度分析

控制网在三维无约束平差精度达到要求后，以塘洞电站、城口镇政府等5个已知GNSS C级点作为起算点进行了三维约束平差，平差结果精度情况见表3，表4。

表3 基线残差精度和边长相对中误差统计

从上述精度分析可看出，该GNSS静态控制网成果精度均符合《规范》规定的精度要求：即矿产勘查一级控制网最弱点点位中误差不大于0.1 m，最弱点高程中误差不大于0.05 m，最弱边边长相对中误差不大于1/20000。控制网成果整体精度良好、可靠，完全可以满足矿产勘查中首级控制网的精度要求和下一步测绘发展的需要。

表4 点位中误差和高程中误差精度统计

由于矿产勘查大多位于山区，地形复杂、通视条件较差，利用传统方法进行首级控制网布设和测量时，难度大、工作效率低，且难以保证测量成果质量。而利用GNSS技术测量时，由于是通过直接接收卫星信号进行测量，点与点之间不要求通视，不受通视条件限制，因此使得野外布点更加灵活、方便。而且野外观测简单、自动化程度高，受人为干扰因素较少。野外数据处理时，可采用专业的GNSS平差软件进行计算，计算快速、可靠，并能直接输出和打印测量成果(徐绍铨等，2008；包民生等，2010)。因此，在矿产勘查中，利用GNSS技术进行首级控制网测量时，无论在野外布点、测量，还是在室内进行数据计算处理，相对传统的测量方法，不但能提高成果精度水平，而且还能极大的提高工作效率。

2 GNSS RTK测量精度分析及其应用优势

2.1 利用静态测量成果测试分析

选定了覆盖全测区且均匀分布的8个E级已知控制点，在实地对RTK测量成果进行了测试，在已知的C级或E级控制点上架设基准站，分别在选定的8个E级点上架设流动站进行测量(表5)。

表5 静态测试

从表5的测试结果可知，RTK测量坐标误差：X最大相差3.2 cm，Y最大相差2.6 cm,高程H最大相差3.8 cm。

2.2 利用不同时段进行测试分析

GNSS RTK成果精度水平，也可以用同一基准站在不同时段( 如隔几天 )进行测试，选取了分布均匀的6个RTK测量点进行测试，在同一基站E29,分隔三天时间进行测量(表6)。

表6 不同时段测试

由表6的测试结果可知，不同时段 RTK测量坐标误差：X最大相差2.5 cm，Y最大相差3.2 cm,高程H最大相差3.6 cm。

2.3 利用多基站测试分析

在测区内，对同一测点的RTK测量成果，采用两个或以上基准站同时测量， 每个基准站采用不同的频率发送改正数据，流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据，从而得到两个或以上解算结果，比较这些结果就可检验其质量情况(铁占琦，2011)。在测区内选取了5个RTK测量点，分别在E27和E38架设基准站对它们进行测量(表7)。

表7 多基站测试

从表7的测试结果可知，多基站测试RTK测量坐标误差：X最大相差2.6 cm，Y最大相差2.7 cm，高程H最大相差3.1 cm。

由表5、表6、表7不同方式的测试结果显示，无论在平面定位还是高程定位方面，在严格按照操作规程进行操作的情况下，RTK测量结果都能达到厘米级精度，精度水平都优于±5 cm，并均能满足《规范》规定的精度要求，在矿产勘查中，利用该技术进行地质矿产测量，成果精度准确可靠。

3 结论

(1) 采用GNSS静态技术测量矿产勘查区首级控制网时，由于其受外界条件限制少，测量灵活、方便，能克服采用传统方法测量时难度大、效率低的缺点，测设的首级控制网整体强度好、精度均匀、成果质量高；

(2)采用GNSS RTK技术进行矿产勘查测量时，由于其具有快速、灵活、高效等优点，克服了传统测量方法中受复杂地形和通视因素等影响大、成果精度低的影响，在进行矿产勘查测量时，速度快、实时性强、成果精度高；

(3)GNSS RTK测量技术由于还具有良好的数据通信和处理能力，因此在矿产勘查的实时监测、变形预警中，可以实现测量自动化，大大提高监测效率。同时，能进一步帮助勘探单位在勘查中提高找矿效率、扩大找矿成果，为地质矿产勘查提供更加优质、高效的测绘服务。

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