何欣松

(新疆喀啦通克礦業(yè)有限責(zé)任公司 富蘊(yùn) 836107)

StarFire星站差分技術(shù)在礦區(qū)測量中的應(yīng)用探討

何欣松

(新疆喀啦通克礦業(yè)有限責(zé)任公司 富蘊(yùn) 836107)

StarFire系統(tǒng)是美國NaVCom公司在WCT(wide-Area Correction Translorm)基礎(chǔ)上，應(yīng)用JPL的實(shí)時修正算法和GIPSY軟件，建立的全球差分定位服務(wù)系統(tǒng)。它在全球任何地點(diǎn)、任何時間都能提供厘米級精度的連續(xù)實(shí)時定位服務(wù)。本文以美國NAVCOM公司生產(chǎn)的SF-2040G型RTG接收機(jī)在礦業(yè)權(quán)核查中的應(yīng)用為例，對StarFire系統(tǒng)進(jìn)行介紹和討論。

星站差分 StarFire RTG RTK 礦業(yè)權(quán)核查

1 星站差分系統(tǒng)簡介

1995年，國外開始研究開發(fā)星站差分GPS，先后出現(xiàn)并投入使用的星站差分GPS有5種：GDGPS、OmniSTAR系統(tǒng)、SeaSTAR系統(tǒng)、Skyfix系統(tǒng)、StarFire系統(tǒng)。這些系統(tǒng)經(jīng)過進(jìn)一步地改進(jìn)和完善，有的系統(tǒng)已能達(dá)到厘米級的實(shí)時定位精度。但只有StarFire系統(tǒng)的用戶產(chǎn)品進(jìn)入中國市場，并向我國廣大用戶提供實(shí)時差分定位服務(wù)。

2 StarFire系統(tǒng)組成

StarFire系統(tǒng)是美國NavCom公司建立的一個全球雙頻GPS差分定位系統(tǒng)。它在全球任何地點(diǎn)、任何時間都能提供分米級精度的連續(xù)實(shí)時定位服務(wù)。該系統(tǒng)由參考站、注入站、數(shù)據(jù)處理中心、地球同步衛(wèi)星、用戶站等5部分組成，StarFire系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 StarFire系統(tǒng)工作流程圖

3 StarFire系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

StarFire的全球差分系統(tǒng)是將GPS測量誤差分成兩部分：一部分衛(wèi)星軌道誤差和衛(wèi)星鐘差；另一部分為電離層延遲、對流層延遲、多路徑效應(yīng)和接收機(jī)噪聲等誤差。前一部分，可以通過全球57個參考站不停地觀測予以測定，通過注入站傳給通訊衛(wèi)星作為差分修正參數(shù)播送；而第二部分誤差(電離層與大氣層折射)則各地區(qū)不同，需由用戶站利用雙頻GPS觀測和應(yīng)用JPL的實(shí)時修正算法和GIPSY軟件模型予以修正。

4 StarFire系統(tǒng)的定位模式

StarFire系統(tǒng)目前有3種差分定位模式：WCT(Wide Area Correction Transform)、RTG(Real Time Gipsy)、RTG／RTK組合模式。WCT模式是StarFire系統(tǒng)早期的服務(wù)模式；RTG模式是在WCT模式基礎(chǔ)上，應(yīng)用JPL的實(shí)時修正算法和GIPSY軟件改進(jìn)和發(fā)展的一種實(shí)時差分定位服務(wù)模式；RTG／RTK組合模式是NavCom公司近期推出的一種新的實(shí)時差分定位模式。利用RTK對RTG進(jìn)行初始化，不僅可以克服RTG初始化時間過長的缺點(diǎn)，而且可以獲得厘米級的實(shí)時定位精度。

5 星站差分GPS的應(yīng)用情況

5.1 SF-2040星站差分GPS精度檢驗(yàn)

礦區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)為北京54坐標(biāo)系,利用已知四等點(diǎn)求出WGS-84到54坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換7參數(shù):DX=-92.8638;DY=-1.9209;DZ=482.3091;X=13.1091;RY=4.0856；RZ=4.6348；K=1-10.6507ppm。再將此參數(shù)輸入手簿中，最后用SF-2040GPS RTG模式去測量礦區(qū)北京54坐標(biāo)控制點(diǎn)，在HRMS和VRMS均＜0.1m的條件下讀數(shù)，測量數(shù)據(jù)見表1。

通過以上數(shù)據(jù)計算出本次測量的點(diǎn)位中誤差為±7.7 cm，高程中誤差為±7.8 cm。在一些相關(guān)資料中國家光電測距儀檢測中心對SF－2040G的實(shí)際檢測精度平面精度為±8.5 cm，高程精度為±11 m。通過這些檢測數(shù)據(jù)可知該儀器精度可靠，其檢測精度與標(biāo)稱精度基本一致。

表1

5.2 礦業(yè)權(quán)核查的主要測量內(nèi)容

礦業(yè)權(quán)核查需進(jìn)行野外實(shí)地測量，主要是探礦權(quán)和采礦權(quán)。探礦權(quán)主要測量礦區(qū)內(nèi)工程，如探槽、鉆孔、淺井等；采礦權(quán)除測量采掘工程平面圖外還要進(jìn)行拐點(diǎn)放樣。

5.3 野外作業(yè)流程

5.3.1 測前準(zhǔn)備

利用已有的較高等級控制點(diǎn)求出WGS-84坐標(biāo)系到54坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換7參數(shù)，計算7參數(shù)時殘差和中誤差＜0.1m最佳。

5.3.2 外業(yè)測量

測量時先把GPS和手簿連接好，每個礦權(quán)新建一個項(xiàng)目，在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換里輸入中央子午線和7參數(shù)，并選擇好正確的投影面，在設(shè)置流動站里輸入天線高，最后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集選項(xiàng)來測量目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)。

5.3.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

SF-2040RTG內(nèi)業(yè)處理比較簡單，打開坐標(biāo)管理，選擇適合的數(shù)據(jù)格式把測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出，輸入電腦后就可展點(diǎn)作圖。

6 結(jié)論

通過此次SF-2040GPS的使用，對StarFire系統(tǒng)有了一定的認(rèn)識，總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)如下：

(1)無需耗費(fèi)巨資自建GPS參考站系統(tǒng)，其使用范圍比參考站系統(tǒng)更廣闊。

(2)無需架設(shè)基準(zhǔn)站。星站差分系統(tǒng)的改正信息是通過海事衛(wèi)星直接傳送的，不需要進(jìn)行基準(zhǔn)站架設(shè),一人一機(jī)就可以開始作業(yè)。

(3)無需差分電臺數(shù)據(jù)鏈穩(wěn)定，作用距離不受限制。

(4)不用控制點(diǎn)也可開始測量。只需求一定區(qū)域內(nèi)的七參數(shù)(比如一個縣)，以后在這個區(qū)域內(nèi)進(jìn)行1∶2 000以下小比例尺測繪時輸入該參數(shù)后就可進(jìn)行測量，省去了控制測量的麻煩，并且精度均勻。

(5)RTG／RTK組合模式不但使測量具有厘米級的精度，還能解決RTK數(shù)據(jù)鏈斷斷續(xù)續(xù)對測繪造成的不利影響。

⑹該儀器的初始化時間過長，要獲得厘米級精度需要的時間更長，且對衛(wèi)星的要求也更高；衛(wèi)星很容易失鎖，測量過程中輕微遮擋就可能使得HRMS和VRMS變大，精度也隨之降低，要重新得到較高精度又需要等待很長時間，所以該儀器還不能直接用來測量大比例尺地形圖。

[1]翟清斌,張銳,張莉.StarFire差分GPS服務(wù)介紹.北京：測繪科學(xué)，2004.4.

[2]熊剛,束煥然,廖七一,王小滿,李蘭清.StarFire-RTG星基差分實(shí)時精密單點(diǎn)定位原理、測試與應(yīng)用.北京：全球定位系統(tǒng)，2006.5.

[3]馮林剛,趙永貴.星基差分GPS-StarFire系統(tǒng).北京：測繪通報，2006.11.

收稿：2013-11-26