地質(zhì)測量中GNSS靜態(tài)控制網(wǎng)測量精度及誤差研究

梁 曉

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第六地質(zhì)大隊，新疆 哈密 839000）

GNSS系統(tǒng)是基于GPS系統(tǒng)上發(fā)展起來的重要技術(shù)手段，系統(tǒng)主體和GPS系統(tǒng)沒有明顯的差異性，但其全球性更加凸顯，將世界各種導(dǎo)航系統(tǒng)都包含其中，能夠?qū)崟r地開展定位測量，尤其是在地質(zhì)測量方面發(fā)揮著非常重要的作用。GNSS系統(tǒng)具有的全天候以及全球性特點(diǎn)，越來越受到廣大用戶青睞。特別是伴隨此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用日漸普及，在應(yīng)用該系統(tǒng)過程當(dāng)中也出現(xiàn)了很多誤差問題。如地球磁場導(dǎo)致的誤差和設(shè)備自身因素導(dǎo)致的誤差，因此應(yīng)當(dāng)從GNSS系統(tǒng)概念及其原理入手，探討分析引發(fā)GNSS測量主要因素，采取切實(shí)有效的措施，控制和減少誤差問題出現(xiàn)，提高GNSS測量精度[1]。

1 GNSS概念闡述

GNSS即全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含GPS、GLONASS以及北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和伽利略系統(tǒng)等，而且還包含有有關(guān)的增強(qiáng)系統(tǒng)如WAAS、MSAS以及EGNOS等。完整的GNSS系統(tǒng)，還包括其他的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與輔助增強(qiáng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)和GPS在原理上基本相同?；诘孛嬖O(shè)備，實(shí)時接收多顆衛(wèi)星信息，對各個衛(wèi)星與其軌道位置地面設(shè)備距離有效獲取，借助三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換這些數(shù)據(jù)，對地理三維坐標(biāo)當(dāng)中設(shè)備的最終位置進(jìn)行確定，進(jìn)而獲取精準(zhǔn)全面的測繪數(shù)據(jù)與圖形。在地質(zhì)測繪領(lǐng)域當(dāng)中應(yīng)用GNSS技術(shù)不僅可以大幅提高測量效率和質(zhì)量，還能使各種地質(zhì)測繪難題有效解決，對于地質(zhì)測繪工作而言，此項(xiàng)工作具有很大的復(fù)雜性，涉及的方面眾多，而在測量工作當(dāng)中運(yùn)用GNSS技術(shù)不僅可以高效率的完成測繪工作，還能大幅提高測繪工作質(zhì)量[2]。

2 GNSS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 測站之間無需通視

這一優(yōu)勢使得測量工作當(dāng)中的經(jīng)費(fèi)時間有效縮短，也便于靈活的將三維坐標(biāo)提供出來，運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行測量，在對觀測站平面位置精確測定的同時，能夠?qū)τ^測站的大地高層精準(zhǔn)的開展測定。GNSS測量具有的這些優(yōu)勢特點(diǎn)對大地水準(zhǔn)面形狀以及地面高程確定提供了非常好的途徑，還能為航空物探攝影與精密導(dǎo)航將高層數(shù)據(jù)提供出來。

2.2 觀測時間短

現(xiàn)如今通過經(jīng)典定位方法的運(yùn)用，完成一條基線相對定位應(yīng)用的測量時間，結(jié)合精度要求，通常需要45～90min，為使觀測時間有效縮短，保證高效作業(yè)，現(xiàn)如今高效的短基線相對定位法迅速發(fā)展起來，在幾分鐘之內(nèi)就能完成觀測。

2.3 操作簡便

GNSS在地質(zhì)測量工作當(dāng)中具有非常高的自動化程度，測量工作人員在測量工作實(shí)際，只需要對儀器開關(guān)進(jìn)行安裝，對儀器高進(jìn)行量取，并對儀器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，對環(huán)境氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行采集即可。剩下的工作通過儀器便能自動化的完成，來捕獲衛(wèi)星信息，跟蹤觀測與記錄。

2.4 GNSS測量

過程當(dāng)中，能夠全天候的開展測量工作，可以在不同地點(diǎn)正和時間下持續(xù)性的開展測繪，天氣情況不會對其造成影響。

2.5 定位精度高

基線在50km以下的，能夠達(dá)到1.2×10-6相對定位精度，而基線在100Km～500Km的能夠達(dá)到10-6、10-7定位精度。基線在1000Km，能夠達(dá)到10-8定位精度。

3 GNSS技術(shù)在地質(zhì)測繪中的應(yīng)用分析

GNSS技術(shù)在地質(zhì)勘查測量工作當(dāng)中主要包括GNSS靜態(tài)相對定位技術(shù)以及RTK動態(tài)測量系統(tǒng)。

3.1 GNSS靜態(tài)相對定位

在具體進(jìn)行地質(zhì)勘查測量工作實(shí)際，研究區(qū)的E級GNSS控制網(wǎng)進(jìn)行構(gòu)建，并基于WGS-84橢球體上空間直角坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)GNSS 定位，通過GNSS對測區(qū)控制網(wǎng)進(jìn)行構(gòu)建，除需要將WGS-84平差成果提供出來，還需要將地方獨(dú)立坐標(biāo)系相關(guān)數(shù)據(jù)提供出來。采集外業(yè)數(shù)據(jù)較為簡單，只需要將相關(guān)步驟完成即可。處理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)，涉及很多方面的知識以及處理技巧[3-5]。

3.2 RTK動態(tài)測量

在地質(zhì)勘查測量過程當(dāng)中，主要用于對比測量基準(zhǔn)放線和放樣點(diǎn)，在具體進(jìn)行地質(zhì)勘察工作實(shí)際需要深入社區(qū)開展踏勘工作，并將內(nèi)頁準(zhǔn)備工作充分做好。地質(zhì)勘查測量主要是針對測量區(qū)域，運(yùn)用獨(dú)立坐標(biāo)系開展測量工作，這樣一來就有測區(qū)地方獨(dú)立坐標(biāo)系和WGS-84坐標(biāo)系出現(xiàn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。通常選取參數(shù)之前，將靜態(tài)作業(yè)成果完成。在地質(zhì)勘察過程當(dāng)中，普查詳查以及勘探等各項(xiàng)工作。RTK測量工作當(dāng)中都不累及各個點(diǎn)的隨機(jī)偶然誤差，外業(yè)操作起來非常簡便，測量精度可以達(dá)到厘米級。地質(zhì)勘察工作實(shí)際運(yùn)用RTK動態(tài)測量系統(tǒng)，能夠高效的完成地形圖的測量和加密圖根控制點(diǎn)，還能高效率的進(jìn)行工程放樣，獲取地質(zhì)特征數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)物化探聯(lián)網(wǎng)，高效率的進(jìn)行地質(zhì)剖面測量。

4 GNSS技術(shù)在地質(zhì)測繪中要注意的問題

4.1 控制點(diǎn)的選擇

平穩(wěn)的選擇控制點(diǎn)，確保其廣闊的視野，便于進(jìn)行觀測以及保存，能夠很好的收集信號，具有廣闊的覆蓋面的區(qū)域。這對于提高GNSS技術(shù)測量效率和精度有著重要的促進(jìn)作用，對于施工區(qū)的點(diǎn)位，應(yīng)當(dāng)對施工放樣位置科學(xué)選擇，確保其密度，使用過程當(dāng)中還應(yīng)當(dāng)確保選擇的多樣性，如果屬于變形監(jiān)測區(qū)，應(yīng)當(dāng)充分分析研究變形區(qū)之外穩(wěn)定的參考點(diǎn)，變形體上設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，可以將變形體狀況充分的體現(xiàn)出來。

4.2 埋石的選擇

標(biāo)石存在多種種類，標(biāo)石有普通的也有深埋式的，同時還有觀測墩強(qiáng)制對中裝置。礦山測量主要運(yùn)用深埋式標(biāo)志，必須要保證材料與相關(guān)要求符合，這樣才能確保更長時間的進(jìn)行保存。埋石工作開展過程當(dāng)中，工作人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)入現(xiàn)場對點(diǎn)進(jìn)行編制，這樣才能為今后應(yīng)用過程當(dāng)中快速及時的查找提供便利。

5 影響GNSS測量的因素

5.1 軌道因素

衛(wèi)星信號是通過地面終端設(shè)備來進(jìn)行接收的，這需要關(guān)部門對頒布的星歷來對衛(wèi)星軌道位置進(jìn)行確定，來實(shí)時觀測這些衛(wèi)星接收信號，衛(wèi)星軌道和星歷有著非常緊密的關(guān)聯(lián)性，所以在誤差方面也常常用星歷誤差來稱謂。導(dǎo)致這方面的誤差有很多原因所造成，衛(wèi)星星歷進(jìn)行地面控制站測定過程當(dāng)中，需要跟蹤衛(wèi)星，及時收集相關(guān)數(shù)據(jù)，然而在具體跟蹤監(jiān)測過程當(dāng)中，常常由于攝動力影響衛(wèi)星而出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致不能完整地收集數(shù)據(jù)，導(dǎo)致測量過程當(dāng)中誤差時常出現(xiàn)。而且數(shù)據(jù)檢測工作當(dāng)中，地面控制站也有一些誤差存在，導(dǎo)致衛(wèi)星中傳輸一些具有誤差的信號，并向客戶終端設(shè)備進(jìn)行傳輸，進(jìn)而引發(fā)測量誤差的出現(xiàn)。正是因衛(wèi)星沒有正確的將數(shù)據(jù)信息提供出來，導(dǎo)致很難精準(zhǔn)地開展控制測量工作，這種誤差的出現(xiàn)主要是因?yàn)檐壍酪蛩厮斐?，對GNSS技術(shù)應(yīng)用造成一定影響，導(dǎo)致其測量精度很難符合測量要求。

5.2 傳輸因素

因GNSS系統(tǒng)在傳輸和接收衛(wèi)星信號過程當(dāng)中，需要將電離層與對流層穿過，而且極易遭受障礙物帶來的反射，所以傳輸信號過程當(dāng)中，并不是非常順利的，傳輸GNSS信號過程當(dāng)中由于電離層以及對流層因素影響導(dǎo)致遲滯影響十分突出，同時這種影響因素有著不同的原理。電離層中有衛(wèi)星信號穿過想客戶終端傳輸?shù)?，?yīng)當(dāng)對客戶終端接受角度問題進(jìn)行充分分析，垂直向的接收角度中端，在白天誤差能夠擴(kuò)大到10m～15m，而夜晚在3m～5m之間。如果是低仰視角度的接收機(jī)，數(shù)值延遲情況，要相較于垂直向存在很多，白天以及夜晚分別為50m和10m，特別是在異常階段，會出現(xiàn)更高的延遲值。對流程穿越的衛(wèi)星信號，由于其中有大量的雜質(zhì)存在，導(dǎo)致信號難以實(shí)現(xiàn)真空速度傳播，由于折射因素影響，導(dǎo)致傳播速度減緩。排除高空大氣層帶來的影響，在信號傳播時，常常因物質(zhì)之間的接觸而出現(xiàn)反射，這些反射常常影響信號終端的接收，而導(dǎo)致的影響強(qiáng)弱，和終端具有抗干擾強(qiáng)度的高低存在很大不同，同時根據(jù)信號反射強(qiáng)弱存在的誤差，也會有相應(yīng)的差距存在。

5.3 地面系統(tǒng)因素

通常情況下，觀測過程當(dāng)中的失誤以及天線偏移是地面系統(tǒng)存在的常見誤差因素。由于觀測方面的不足導(dǎo)致的誤差，很多是因?yàn)橛^測人員技術(shù)能力不高和專業(yè)素質(zhì)不足，沒有充分了解設(shè)備自身情況，或者設(shè)備自身存在一些精準(zhǔn)性不高的問題所導(dǎo)致，難以精準(zhǔn)全面的觀測和分析數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)當(dāng)中有很大的誤差出現(xiàn)，不能及時的發(fā)現(xiàn)。從客觀層面上進(jìn)行分析，設(shè)備自身存在的不足引發(fā)的誤差，不可以歸結(jié)為人為因素帶來的影響。然而，工作人員應(yīng)當(dāng)將地面設(shè)備維護(hù)檢修工作充分做好，來控制和減少各類誤差的出現(xiàn)。設(shè)備發(fā)生偏移很多是因?yàn)楦淖兿酁橹行?，難以和圓中心有效重疊所導(dǎo)致，進(jìn)而引發(fā)信號接收過程當(dāng)中，時強(qiáng)時弱，導(dǎo)致測量偏差的出現(xiàn)。

6 提升GNSS測量精準(zhǔn)性的策略

6.1 提高衛(wèi)星星歷精度

GNSS技術(shù)應(yīng)用過程當(dāng)中主要運(yùn)用區(qū)域跟蹤衛(wèi)星軌道技術(shù)，倘若跟蹤站在地理坐標(biāo)方面有誤差出現(xiàn)，這就會影響到衛(wèi)星軌道的測量，因此需要把衛(wèi)星軌道測量精度控制在兩米以內(nèi)。并保證跟蹤站自身不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)20公分以上的誤差，這是目前在區(qū)域定軌方面我國提出的重要要求。通過高精度定位現(xiàn)有跟蹤站，同時以此為前提，有效校正高空衛(wèi)星軌道，確保軌道衛(wèi)星在星歷方面有著更加精準(zhǔn)的數(shù)值，用戶對衛(wèi)星定位信息進(jìn)行接收過程當(dāng)中，將會獲得更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

6.2 提高信號傳輸精度

在電離層與對流層當(dāng)中信號發(fā)生的遲滯現(xiàn)象，便可運(yùn)用雙頻接收機(jī)來進(jìn)行控制，并充分考慮是電離層和對流層當(dāng)中信號遭受的影響，對相一關(guān)模型進(jìn)行制作，來有效更正，確保精準(zhǔn)的獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，具體應(yīng)用過程當(dāng)中可以通過同步測量方法進(jìn)行觀測，確保地理數(shù)據(jù)獲取更加詳細(xì)，精準(zhǔn)化的獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，使客戶端地理數(shù)據(jù)接收更加精準(zhǔn)可靠。

6.3 地面設(shè)備

通常情況下，光壓模型在地面接收設(shè)備當(dāng)中應(yīng)用較多，或者應(yīng)用的光壓模型為多項(xiàng)式，可以光壓改正太陽光模型，確保定軌高精度的相關(guān)要，是地面觀測誤差得到很好的控制，對于接受設(shè)備當(dāng)中的接收機(jī)鐘，應(yīng)當(dāng)核算求解鐘差數(shù)值，同時運(yùn)用觀測值求差的手段，開展載波相位定位工作，如果天線位置與原中心位置出現(xiàn)偏差過程當(dāng)中，為了避免這種情況，出現(xiàn)定位測量不準(zhǔn)確的情況，必須要科學(xué)合理的進(jìn)行天線設(shè)計，將天線盤的指定方向設(shè)定為北方，更正述職過程當(dāng)中運(yùn)用求差法來完成，使中心偏離問題引發(fā)的誤差得到控制[6]。

7 結(jié)語

GNSS技術(shù)測量過程當(dāng)中軌道衛(wèi)星是重要的影響因素，同時還包括空間信息傳輸，地面設(shè)備等影響因素，所以為了提高該技術(shù)的測量精度，應(yīng)當(dāng)充分考慮這些因素，探尋有效的解決方法，伴隨科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，在設(shè)備以及信號傳輸方面的技術(shù)水平逐漸提升，而且測量誤差也會在高速的科技發(fā)展形勢下不斷降低。