浅析HNCORS技术在地质测量中的应用:矿山地质测量技术工作手册

　　摘要： 以前地质测量采用的主要方法是常规GPS-RTK结合传统测量技术。这种方法的缺点是：在进行静态控制测量时无法实时获得控制点的三维坐标，单基站RTK测量作业距离受到限制。 本文简要的介绍了网络RTK技术的工作原理，通过具体的应用实例探讨了网络RTK技术在地质测量过程中的应用及优势。
　　关键词： 网络RTK；HNCORS；地质测量
　　中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）22-0203-030 引言
　　GNSS连续运行参考站系统（Continuously Operating Reference Stations，CORS）集成了卫星定位（GPS、GLONASS、中国北斗、GALILEO等）、通讯、有线及无线网络和气象采集等技术，是一个不间断地面信息源采集系统，是坐标框架建设和维持的主要技术手段和基础设施，不仅服务于测绘领域，再气象辅助预报、地震监测、规划建设、交通导航管理等领域也都发挥着重要的作用。
　　河南省连续运行参考站服务系统（Henan Provincial Continuously Operating Reference Stations，HNCORS）有参考站网、系统控制中心、用户数据中心、用户应用、数据通讯五个子系统组成，各子系统通过网络互联格基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。HNCORS系统彻底改变了传统RTK测量作业方式，大大提高了工作效率。
　　HNCORS采用了网络RTK的主辅站（i-MAX）技术,与常规RTK定位技术相比，i-MAX技术具有对电离层、对流层改正好，定位可靠和精度高，作用范围的等优点，同时最大程度上减少了用户的设备投入，已经成为世界上应用最为广泛的网络RTK技术之一。
　　1 全球导航卫星系统简介
　　谈及卫星定位导航系统，人们首先联想的GPS，然而时至今日，随着众多卫星定位系统的兴起，全球卫星定位系统有了一个全新的称呼，全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，简称GNSS）。当前，在这一领域除大家熟知的美国GPS外，颇有盛名的还有俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS），欧盟的“伽利略”卫星系统（GALILEO）和中国的北斗卫星导航系统。但是由于GPS在GNSS领域的应用最为广泛，所以我们日常生活中也把GPS视为全球导航卫星系统的代表。GNSS以全天候、高精度、自动化、高效率等显著优点，成功的应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航与管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地壳动力学等多种学科。
　　2 GPS的定位原理
　　GPS能够不间断的发布自身的时间、位置等相关信息，而GPS接收机通过对码的量测或载波相位的测量就可得到卫星到接收机的距离，而它在得到至少4颗卫星的观测距离后就可通过空间后方交会解算出接收机的位置。
　　按定位方式分类，GPS定位可分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位是通过一台GPS接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距测量，可用于车船等的概略导航定位。单点定位有着距离无限制、无须通讯、操作简单方便等优点，它的缺点是精度不高，误差达10米左右。相对定位是采用一台GPS接收机作基准站，另一台GPS接收机作流动站，流动站通过接收基准站发布的差分改正数据，以此来修正并计算出当前所处位置，它既可采用伪距测量也可采用相位观测量。差分定位又分为伪距差分（DGPS）和载波相位差分（RTK）。伪距差分的精度可达到3米（C/A码）和50厘米（C/A码+L1）两种，而载波相位差分（L1，L2）的精度可达到3厘米。测量速度比较快，精度也可以满足大部分工程的要求。
　　3 常规RTK的局限性
　　常规RTK是建立在相对定位中流动站与参考站之间误差强相关假设基础之上的。即通过同步观测值进行差分，消除流动站与参考站共有的系统误差影响，包括：卫星钟差、接收机钟差、卫星轨道误差、以及电离层和对流层的延迟误差等的影响。当参考站和流动站距离较近时，如以参考站为中心15公里范围内，上述系统误差强相关假设成立。但是随着距离的增大，导致难以正确确定整周未知数，无法取得固定解，定位精度迅速下降。
　　常规RTK技术存在的缺陷：①精度不均匀，误差随距离的增大而增大。②误差增长使流动站和参考站间距离受到限制。③无线电在城区、山区或有干扰的地方通讯距离有限，使得作业范围会减小。④需要先架设本地的参考站，增加了工作的复杂度和人员设备的投资。
　　为了解决常规RTK技术存在的缺陷，实现区域范围内厘米级、精度均匀的实时动态定位，网络RTK(也就是我们常说的CORS)应运而生。
　　4 CORS的基本工作原理
　　连续运行参考站网（Continue Operation Reference System，简称CORS）并没有一个统一的定义，比较普遍认同的说法为：一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，利用现代计算机、数据通讯和互联网技术组成的网络，实时的向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动的提供经过检验的不同类型的GPS观测值、各种改正数、状态信息以及其他有关GPS服务项目的系统。所谓不同类型的用户是指CORS网服务对象具有多领域特性，不再局限于测绘领域的单位与部门；所谓不同需求的用户是指在实时性方面的需求不同，CORS网能够同时满足实时RTK、RT-DGPS、静态或动态后处理、后处理DGPS及现场高精度准实时定位的不同需求；所谓不同层次的用户是指用户对定位精度期望指标的覆盖范围是广谱的是不同层次的，包括米级、分米级、厘米级甚至毫米级。
　　CORS中的实时动态定位主要依靠网络RTK技术，网络RTK计算差分改正数的方法主要有内插法、线性组合法、虚拟参考站法、区域改正数法（FKP）。与常规RTK不同，VRS网络中，各固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信息，而是将所有原始数据通过数据通讯线路不停地发给控制中心。同时，移动用户在工作前先通过无线电网络向控制中心发送一个概略坐标，控制中心收到这个位置信息后，根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整体改正GPS的轨道误差、电离层误差、对流层误差和大气折射引起的误差，将高精度的差分信号发送给流动站。这个差分信号的效果相当于在流动站旁边生成一个虚拟的参考基站，差分信号可以通过无线通讯设备由控制中心传送给流动站。流动站接收机接收到虚拟参考站差分信号后，采用常规RTK技术进行差分解算。从用户的角度分析，相当于在流动站附件架设了一个参考站，使得成果的可靠性、信号可利用性和精度水平在系统的有效覆盖范围内大致均匀，同离开最近参考站的距离没有明显的相关性，从而解决了常规RTK作业距离上的限制问题，并保证了用户的精度。