地质测量中GNSS静态控制网测量精度及误差研究

2022-01-01梁晓

中国金属通报 2021年13期

梁晓

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队，新疆哈密 839000）

GNSS系统是基于GPS系统上发展起来的重要技术手段，系统主体和GPS系统没有明显的差异性，但其全球性更加凸显，将世界各种导航系统都包含其中，能够实时地开展定位测量，尤其是在地质测量方面发挥着非常重要的作用。GNSS系统具有的全天候以及全球性特点，越来越受到广大用户青睐。特别是伴随此项技术应用日渐普及，在应用该系统过程当中也出现了很多误差问题。如地球磁场导致的误差和设备自身因素导致的误差，因此应当从GNSS系统概念及其原理入手，探讨分析引发GNSS测量主要因素，采取切实有效的措施，控制和减少误差问题出现，提高GNSS测量精度[1]。

1 GNSS概念阐述

GNSS即全球导航卫星系统，该系统包含GPS、GLONASS以及北斗导航系统和伽利略系统等，而且还包含有有关的增强系统如WAAS、MSAS以及EGNOS等。完整的GNSS系统，还包括其他的卫星导航系统与辅助增强系统。该系统和GPS在原理上基本相同。基于地面设备，实时接收多颗卫星信息，对各个卫星与其轨道位置地面设备距离有效获取，借助三维坐标转换这些数据，对地理三维坐标当中设备的最终位置进行确定，进而获取精准全面的测绘数据与图形。在地质测绘领域当中应用GNSS技术不仅可以大幅提高测量效率和质量，还能使各种地质测绘难题有效解决，对于地质测绘工作而言，此项工作具有很大的复杂性，涉及的方面众多，而在测量工作当中运用GNSS技术不仅可以高效率的完成测绘工作，还能大幅提高测绘工作质量[2]。

2 GNSS技术的优点

2.1 测站之间无需通视

这一优势使得测量工作当中的经费时间有效缩短，也便于灵活的将三维坐标提供出来，运用此项技术进行测量，在对观测站平面位置精确测定的同时，能够对观测站的大地高层精准的开展测定。GNSS测量具有的这些优势特点对大地水准面形状以及地面高程确定提供了非常好的途径，还能为航空物探摄影与精密导航将高层数据提供出来。

2.2 观测时间短

现如今通过经典定位方法的运用，完成一条基线相对定位应用的测量时间，结合精度要求，通常需要45～90min，为使观测时间有效缩短，保证高效作业，现如今高效的短基线相对定位法迅速发展起来，在几分钟之内就能完成观测。

2.3 操作简便

GNSS在地质测量工作当中具有非常高的自动化程度，测量工作人员在测量工作实际，只需要对仪器开关进行安装，对仪器高进行量取，并对仪器状态进行监测，对环境气象数据进行采集即可。剩下的工作通过仪器便能自动化的完成，来捕获卫星信息，跟踪观测与记录。

2.4 GNSS测量

过程当中，能够全天候的开展测量工作，可以在不同地点正和时间下持续性的开展测绘，天气情况不会对其造成影响。

2.5 定位精度高

基线在50km以下的，能够达到1.2×10-6相对定位精度，而基线在100Km～500Km的能够达到10-6、10-7定位精度。基线在1000Km，能够达到10-8定位精度。

3 GNSS技术在地质测绘中的应用分析

GNSS技术在地质勘查测量工作当中主要包括GNSS静态相对定位技术以及RTK动态测量系统。

3.1 GNSS静态相对定位

在具体进行地质勘查测量工作实际，研究区的E级GNSS控制网进行构建，并基于WGS-84椭球体上空间直角坐标来实现GNSS 定位，通过GNSS对测区控制网进行构建，除需要将WGS-84平差成果提供出来，还需要将地方独立坐标系相关数据提供出来。采集外业数据较为简单，只需要将相关步骤完成即可。处理内业数据，涉及很多方面的知识以及处理技巧[3-5]。

3.2 RTK动态测量

在地质勘查测量过程当中，主要用于对比测量基准放线和放样点，在具体进行地质勘察工作实际需要深入社区开展踏勘工作，并将内页准备工作充分做好。地质勘查测量主要是针对测量区域，运用独立坐标系开展测量工作，这样一来就有测区地方独立坐标系和WGS-84坐标系出现的坐标转换问题。通常选取参数之前，将静态作业成果完成。在地质勘察过程当中，普查详查以及勘探等各项工作。RTK测量工作当中都不累及各个点的随机偶然误差，外业操作起来非常简便，测量精度可以达到厘米级。地质勘察工作实际运用RTK动态测量系统，能够高效的完成地形图的测量和加密图根控制点，还能高效率的进行工程放样，获取地质特征数据实现物化探联网，高效率的进行地质剖面测量。

4 GNSS技术在地质测绘中要注意的问题

4.1 控制点的选择

平稳的选择控制点，确保其广阔的视野，便于进行观测以及保存，能够很好的收集信号，具有广阔的覆盖面的区域。这对于提高GNSS技术测量效率和精度有着重要的促进作用，对于施工区的点位，应当对施工放样位置科学选择，确保其密度，使用过程当中还应当确保选择的多样性，如果属于变形监测区，应当充分分析研究变形区之外稳定的参考点，变形体上设置监测点，可以将变形体状况充分的体现出来。

4.2 埋石的选择

标石存在多种种类，标石有普通的也有深埋式的，同时还有观测墩强制对中装置。矿山测量主要运用深埋式标志，必须要保证材料与相关要求符合，这样才能确保更长时间的进行保存。埋石工作开展过程当中，工作人员应当进入现场对点进行编制，这样才能为今后应用过程当中快速及时的查找提供便利。

5 影响GNSS测量的因素

5.1 轨道因素

卫星信号是通过地面终端设备来进行接收的，这需要关部门对颁布的星历来对卫星轨道位置进行确定，来实时观测这些卫星接收信号，卫星轨道和星历有着非常紧密的关联性，所以在误差方面也常常用星历误差来称谓。导致这方面的误差有很多原因所造成，卫星星历进行地面控制站测定过程当中，需要跟踪卫星，及时收集相关数据，然而在具体跟踪监测过程当中，常常由于摄动力影响卫星而出现误差，导致不能完整地收集数据，导致测量过程当中误差时常出现。而且数据检测工作当中，地面控制站也有一些误差存在，导致卫星中传输一些具有误差的信号，并向客户终端设备进行传输，进而引发测量误差的出现。正是因卫星没有正确的将数据信息提供出来，导致很难精准地开展控制测量工作，这种误差的出现主要是因为轨道因素所造成，对GNSS技术应用造成一定影响，导致其测量精度很难符合测量要求。

5.2 传输因素

因GNSS系统在传输和接收卫星信号过程当中，需要将电离层与对流层穿过，而且极易遭受障碍物带来的反射，所以传输信号过程当中，并不是非常顺利的，传输GNSS信号过程当中由于电离层以及对流层因素影响导致迟滞影响十分突出，同时这种影响因素有着不同的原理。电离层中有卫星信号穿过想客户终端传输的，应当对客户终端接受角度问题进行充分分析，垂直向的接收角度中端，在白天误差能够扩大到10m～15m，而夜晚在3m～5m之间。如果是低仰视角度的接收机，数值延迟情况，要相较于垂直向存在很多，白天以及夜晚分别为50m和10m，特别是在异常阶段，会出现更高的延迟值。对流程穿越的卫星信号，由于其中有大量的杂质存在，导致信号难以实现真空速度传播，由于折射因素影响，导致传播速度减缓。排除高空大气层带来的影响，在信号传播时，常常因物质之间的接触而出现反射，这些反射常常影响信号终端的接收，而导致的影响强弱，和终端具有抗干扰强度的高低存在很大不同，同时根据信号反射强弱存在的误差，也会有相应的差距存在。

5.3 地面系统因素

通常情况下，观测过程当中的失误以及天线偏移是地面系统存在的常见误差因素。由于观测方面的不足导致的误差，很多是因为观测人员技术能力不高和专业素质不足，没有充分了解设备自身情况，或者设备自身存在一些精准性不高的问题所导致，难以精准全面的观测和分析数据，导致数据当中有很大的误差出现，不能及时的发现。从客观层面上进行分析，设备自身存在的不足引发的误差，不可以归结为人为因素带来的影响。然而，工作人员应当将地面设备维护检修工作充分做好，来控制和减少各类误差的出现。设备发生偏移很多是因为改变相为中心，难以和圆中心有效重叠所导致，进而引发信号接收过程当中，时强时弱，导致测量偏差的出现。

6 提升GNSS测量精准性的策略

6.1 提高卫星星历精度

GNSS技术应用过程当中主要运用区域跟踪卫星轨道技术，倘若跟踪站在地理坐标方面有误差出现，这就会影响到卫星轨道的测量，因此需要把卫星轨道测量精度控制在两米以内。并保证跟踪站自身不应当出现20公分以上的误差，这是目前在区域定轨方面我国提出的重要要求。通过高精度定位现有跟踪站，同时以此为前提，有效校正高空卫星轨道，确保轨道卫星在星历方面有着更加精准的数值，用户对卫星定位信息进行接收过程当中，将会获得更加精准的数据。

6.2 提高信号传输精度

在电离层与对流层当中信号发生的迟滞现象，便可运用双频接收机来进行控制，并充分考虑是电离层和对流层当中信号遭受的影响，对相一关模型进行制作，来有效更正，确保精准的获取有关数据，具体应用过程当中可以通过同步测量方法进行观测，确保地理数据获取更加详细，精准化的获取有关数据，使客户端地理数据接收更加精准可靠。

6.3 地面设备

通常情况下，光压模型在地面接收设备当中应用较多，或者应用的光压模型为多项式，可以光压改正太阳光模型，确保定轨高精度的相关要，是地面观测误差得到很好的控制，对于接受设备当中的接收机钟，应当核算求解钟差数值，同时运用观测值求差的手段，开展载波相位定位工作，如果天线位置与原中心位置出现偏差过程当中，为了避免这种情况，出现定位测量不准确的情况，必须要科学合理的进行天线设计，将天线盘的指定方向设定为北方，更正述职过程当中运用求差法来完成，使中心偏离问题引发的误差得到控制[6]。