StarFire星站差分技术在矿区测量中的应用探讨

何欣松

(新疆喀啦通克矿业有限责任公司 富蕴 836107)

StarFire星站差分技术在矿区测量中的应用探讨

何欣松

(新疆喀啦通克矿业有限责任公司 富蕴 836107)

StarFire系统是美国NaVCom公司在WCT(wide-Area Correction Translorm)基础上，应用JPL的实时修正算法和GIPSY软件，建立的全球差分定位服务系统。它在全球任何地点、任何时间都能提供厘米级精度的连续实时定位服务。本文以美国NAVCOM公司生产的SF-2040G型RTG接收机在矿业权核查中的应用为例，对StarFire系统进行介绍和讨论。

星站差分 StarFire RTG RTK 矿业权核查

1 星站差分系统简介

1995年，国外开始研究开发星站差分GPS，先后出现并投入使用的星站差分GPS有5种：GDGPS、OmniSTAR系统、SeaSTAR系统、Skyfix系统、StarFire系统。这些系统经过进一步地改进和完善，有的系统已能达到厘米级的实时定位精度。但只有StarFire系统的用户产品进入中国市场，并向我国广大用户提供实时差分定位服务。

2 StarFire系统组成

StarFire系统是美国NavCom公司建立的一个全球双频GPS差分定位系统。它在全球任何地点、任何时间都能提供分米级精度的连续实时定位服务。该系统由参考站、注入站、数据处理中心、地球同步卫星、用户站等5部分组成，StarFire系统组成见图1。

图1 StarFire系统工作流程图

3 StarFire系统的主要特点

StarFire的全球差分系统是将GPS测量误差分成两部分：一部分卫星轨道误差和卫星钟差；另一部分为电离层延迟、对流层延迟、多路径效应和接收机噪声等误差。前一部分，可以通过全球57个参考站不停地观测予以测定，通过注入站传给通讯卫星作为差分修正参数播送；而第二部分误差(电离层与大气层折射)则各地区不同，需由用户站利用双频GPS观测和应用JPL的实时修正算法和GIPSY软件模型予以修正。

4 StarFire系统的定位模式

StarFire系统目前有3种差分定位模式：WCT(Wide Area Correction Transform)、RTG(Real Time Gipsy)、RTG／RTK组合模式。WCT模式是StarFire系统早期的服务模式；RTG模式是在WCT模式基础上，应用JPL的实时修正算法和GIPSY软件改进和发展的一种实时差分定位服务模式；RTG／RTK组合模式是NavCom公司近期推出的一种新的实时差分定位模式。利用RTK对RTG进行初始化，不仅可以克服RTG初始化时间过长的缺点，而且可以获得厘米级的实时定位精度。

5 星站差分GPS的应用情况

5.1 SF-2040星站差分GPS精度检验

矿区坐标系统为北京54坐标系,利用已知四等点求出WGS-84到54坐标系的转换7参数:DX=-92.8638;DY=-1.9209;DZ=482.3091;X=13.1091;RY=4.0856；RZ=4.6348；K=1-10.6507ppm。再将此参数输入手簿中，最后用SF-2040GPS RTG模式去测量矿区北京54坐标控制点，在HRMS和VRMS均＜0.1m的条件下读数，测量数据见表1。

通过以上数据计算出本次测量的点位中误差为±7.7 cm，高程中误差为±7.8 cm。在一些相关资料中国家光电测距仪检测中心对SF－2040G的实际检测精度平面精度为±8.5 cm，高程精度为±11 m。通过这些检测数据可知该仪器精度可靠，其检测精度与标称精度基本一致。

表1

5.2 矿业权核查的主要测量内容

矿业权核查需进行野外实地测量，主要是探矿权和采矿权。探矿权主要测量矿区内工程，如探槽、钻孔、浅井等；采矿权除测量采掘工程平面图外还要进行拐点放样。

5.3 野外作业流程

5.3.1 测前准备

利用已有的较高等级控制点求出WGS-84坐标系到54坐标系的转换7参数，计算7参数时残差和中误差＜0.1m最佳。

5.3.2 外业测量

测量时先把GPS和手簿连接好，每个矿权新建一个项目，在坐标转换里输入中央子午线和7参数，并选择好正确的投影面，在设置流动站里输入天线高，最后进入数据采集选项来测量目标点坐标。

5.3.3 内业数据处理

SF-2040RTG内业处理比较简单，打开坐标管理，选择适合的数据格式把测量数据导出，输入电脑后就可展点作图。

6 结论

通过此次SF-2040GPS的使用，对StarFire系统有了一定的认识，总结其优缺点如下：

(1)无需耗费巨资自建GPS参考站系统，其使用范围比参考站系统更广阔。

(2)无需架设基准站。星站差分系统的改正信息是通过海事卫星直接传送的，不需要进行基准站架设,一人一机就可以开始作业。

(3)无需差分电台数据链稳定，作用距离不受限制。

(4)不用控制点也可开始测量。只需求一定区域内的七参数(比如一个县)，以后在这个区域内进行1∶2 000以下小比例尺测绘时输入该参数后就可进行测量，省去了控制测量的麻烦，并且精度均匀。

(5)RTG／RTK组合模式不但使测量具有厘米级的精度，还能解决RTK数据链断断续续对测绘造成的不利影响。

⑹该仪器的初始化时间过长，要获得厘米级精度需要的时间更长，且对卫星的要求也更高；卫星很容易失锁，测量过程中轻微遮挡就可能使得HRMS和VRMS变大，精度也随之降低，要重新得到较高精度又需要等待很长时间，所以该仪器还不能直接用来测量大比例尺地形图。

[1]翟清斌,张锐,张莉.StarFire差分GPS服务介绍.北京：测绘科学，2004.4.

[2]熊刚,束焕然,廖七一,王小满,李兰清.StarFire-RTG星基差分实时精密单点定位原理、测试与应用.北京：全球定位系统，2006.5.

[3]冯林刚,赵永贵.星基差分GPS-StarFire系统.北京：测绘通报，2006.11.

收稿：2013-11-26