地質測量中GNSS靜態控制網測量精度及誤差研究

梁 曉

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第六地質大隊，新疆 哈密 839000）

GNSS系統是基于GPS系統上發展起來的重要技術手段，系統主體和GPS系統沒有明顯的差異性，但其全球性更加凸顯，將世界各種導航系統都包含其中，能夠實時地開展定位測量，尤其是在地質測量方面發揮著非常重要的作用。GNSS系統具有的全天候以及全球性特點，越來越受到廣大用戶青睞。特別是伴隨此項技術應用日漸普及，在應用該系統過程當中也出現了很多誤差問題。如地球磁場導致的誤差和設備自身因素導致的誤差，因此應當從GNSS系統概念及其原理入手，探討分析引發GNSS測量主要因素，采取切實有效的措施，控制和減少誤差問題出現，提高GNSS測量精度[1]。

1 GNSS概念闡述

GNSS即全球導航衛星系統，該系統包含GPS、GLONASS以及北斗導航系統和伽利略系統等，而且還包含有有關的增強系統如WAAS、MSAS以及EGNOS等。完整的GNSS系統，還包括其他的衛星導航系統與輔助增強系統。該系統和GPS在原理上基本相同。基于地面設備，實時接收多顆衛星信息，對各個衛星與其軌道位置地面設備距離有效獲取，借助三維坐標轉換這些數據，對地理三維坐標當中設備的最終位置進行確定，進而獲取精準全面的測繪數據與圖形。在地質測繪領域當中應用GNSS技術不僅可以大幅提高測量效率和質量，還能使各種地質測繪難題有效解決，對于地質測繪工作而言，此項工作具有很大的復雜性，涉及的方面眾多，而在測量工作當中運用GNSS技術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量[2]。

2 GNSS技術的優點

2.1 測站之間無需通視

這一優勢使得測量工作當中的經費時間有效縮短，也便于靈活的將三維坐標提供出來，運用此項技術進行測量，在對觀測站平面位置精確測定的同時，能夠對觀測站的大地高層精準的開展測定。GNSS測量具有的這些優勢特點對大地水準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航將高層數據提供出來。

2.2 觀測時間短

現如今通過經典定位方法的運用，完成一條基線相對定位應用的測量時間，結合精度要求，通常需要45～90min，為使觀測時間有效縮短，保證高效作業，現如今高效的短基線相對定位法迅速發展起來，在幾分鐘之內就能完成觀測。

2.3 操作簡便

GNSS在地質測量工作當中具有非常高的自動化程度，測量工作人員在測量工作實際，只需要對儀器開關進行安裝，對儀器高進行量取，并對儀器狀態進行監測，對環境氣象數據進行采集即可。剩下的工作通過儀器便能自動化的完成，來捕獲衛星信息，跟蹤觀測與記錄。

2.4 GNSS測量

過程當中，能夠全天候的開展測量工作，可以在不同地點正和時間下持續性的開展測繪，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，能夠達到1.2×10-6相對定位精度，而基線在100Km～500Km的能夠達到10-6、10-7定位精度。基線在1000Km，能夠達到10-8定位精度。

3 GNSS技術在地質測繪中的應用分析

GNSS技術在地質勘查測量工作當中主要包括GNSS靜態相對定位技術以及RTK動態測量系統。

3.1 GNSS靜態相對定位

在具體進行地質勘查測量工作實際，研究區的E級GNSS控制網進行構建，并基于WGS-84橢球體上空間直角坐標來實現GNSS 定位，通過GNSS對測區控制網進行構建，除需要將WGS-84平差成果提供出來，還需要將地方獨立坐標系相關數據提供出來。采集外業數據較為簡單，只需要將相關步驟完成即可。處理內業數據，涉及很多方面的知識以及處理技巧[3-5]。

3.2 RTK動態測量

在地質勘查測量過程當中，主要用于對比測量基準放線和放樣點，在具體進行地質勘察工作實際需要深入社區開展踏勘工作，并將內頁準備工作充分做好。地質勘查測量主要是針對測量區域，運用獨立坐標系開展測量工作，這樣一來就有測區地方獨立坐標系和WGS-84坐標系出現的坐標轉換問題。通常選取參數之前，將靜態作業成果完成。在地質勘察過程當中，普查詳查以及勘探等各項工作。RTK測量工作當中都不累及各個點的隨機偶然誤差，外業操作起來非常簡便，測量精度可以達到厘米級。地質勘察工作實際運用RTK動態測量系統，能夠高效的完成地形圖的測量和加密圖根控制點，還能高效率的進行工程放樣，獲取地質特征數據實現物化探聯網，高效率的進行地質剖面測量。

4 GNSS技術在地質測繪中要注意的問題

4.1 控制點的選擇

平穩的選擇控制點，確保其廣闊的視野，便于進行觀測以及保存，能夠很好的收集信號，具有廣闊的覆蓋面的區域。這對于提高GNSS技術測量效率和精度有著重要的促進作用，對于施工區的點位，應當對施工放樣位置科學選擇，確保其密度，使用過程當中還應當確保選擇的多樣性，如果屬于變形監測區，應當充分分析研究變形區之外穩定的參考點，變形體上設置監測點，可以將變形體狀況充分的體現出來。

4.2 埋石的選擇

標石存在多種種類，標石有普通的也有深埋式的，同時還有觀測墩強制對中裝置。礦山測量主要運用深埋式標志，必須要保證材料與相關要求符合，這樣才能確保更長時間的進行保存。埋石工作開展過程當中，工作人員應當進入現場對點進行編制，這樣才能為今后應用過程當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

衛星信號是通過地面終端設備來進行接收的，這需要關部門對頒布的星歷來對衛星軌道位置進行確定，來實時觀測這些衛星接收信號，衛星軌道和星歷有著非常緊密的關聯性，所以在誤差方面也常常用星歷誤差來稱謂。導致這方面的誤差有很多原因所造成，衛星星歷進行地面控制站測定過程當中，需要跟蹤衛星，及時收集相關數據，然而在具體跟蹤監測過程當中，常常由于攝動力影響衛星而出現誤差，導致不能完整地收集數據，導致測量過程當中誤差時常出現。而且數據檢測工作當中，地面控制站也有一些誤差存在，導致衛星中傳輸一些具有誤差的信號，并向客戶終端設備進行傳輸，進而引發測量誤差的出現。正是因衛星沒有正確的將數據信息提供出來，導致很難精準地開展控制測量工作，這種誤差的出現主要是因為軌道因素所造成，對GNSS技術應用造成一定影響，導致其測量精度很難符合測量要求。

5.2 傳輸因素

因GNSS系統在傳輸和接收衛星信號過程當中，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中，并不是非常順利的，傳輸GNSS信號過程當中由于電離層以及對流層因素影響導致遲滯影響十分突出，同時這種影響因素有著不同的原理。電離層中有衛星信號穿過想客戶終端傳輸的，應當對客戶終端接受角度問題進行充分分析，垂直向的接收角度中端，在白天誤差能夠擴大到10m～15m，而夜晚在3m～5m之間。如果是低仰視角度的接收機，數值延遲情況，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，會出現更高的延遲值。對流程穿越的衛星信號，由于其中有大量的雜質存在，導致信號難以實現真空速度傳播，由于折射因素影響，導致傳播速度減緩。排除高空大氣層帶來的影響，在信號傳播時，常常因物質之間的接觸而出現反射，這些反射常常影響信號終端的接收，而導致的影響強弱，和終端具有抗干擾強度的高低存在很大不同，同時根據信號反射強弱存在的誤差，也會有相應的差距存在。

5.3 地面系統因素

通常情況下，觀測過程當中的失誤以及天線偏移是地面系統存在的常見誤差因素。由于觀測方面的不足導致的誤差，很多是因為觀測人員技術能力不高和專業素質不足，沒有充分了解設備自身情況，或者設備自身存在一些精準性不高的問題所導致，難以精準全面的觀測和分析數據，導致數據當中有很大的誤差出現，不能及時的發現。從客觀層面上進行分析，設備自身存在的不足引發的誤差，不可以歸結為人為因素帶來的影響。然而，工作人員應當將地面設備維護檢修工作充分做好，來控制和減少各類誤差的出現。設備發生偏移很多是因為改變相為中心，難以和圓中心有效重疊所導致，進而引發信號接收過程當中，時強時弱，導致測量偏差的出現。

6 提升GNSS測量精準性的策略

6.1 提高衛星星歷精度

GNSS技術應用過程當中主要運用區域跟蹤衛星軌道技術，倘若跟蹤站在地理坐標方面有誤差出現，這就會影響到衛星軌道的測量，因此需要把衛星軌道測量精度控制在兩米以內。并保證跟蹤站自身不應當出現20公分以上的誤差，這是目前在區域定軌方面我國提出的重要要求。通過高精度定位現有跟蹤站，同時以此為前提，有效校正高空衛星軌道，確保軌道衛星在星歷方面有著更加精準的數值，用戶對衛星定位信息進行接收過程當中，將會獲得更加精準的數據。

6.2 提高信號傳輸精度

在電離層與對流層當中信號發生的遲滯現象，便可運用雙頻接收機來進行控制，并充分考慮是電離層和對流層當中信號遭受的影響，對相一關模型進行制作，來有效更正，確保精準的獲取有關數據，具體應用過程當中可以通過同步測量方法進行觀測，確保地理數據獲取更加詳細，精準化的獲取有關數據，使客戶端地理數據接收更加精準可靠。

6.3 地面設備

通常情況下，光壓模型在地面接收設備當中應用較多，或者應用的光壓模型為多項式，可以光壓改正太陽光模型，確保定軌高精度的相關要，是地面觀測誤差得到很好的控制，對于接受設備當中的接收機鐘，應當核算求解鐘差數值，同時運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偏差過程當中，為了避免這種情況，出現定位測量不準確的情況，必須要科學合理的進行天線設計，將天線盤的指定方向設定為北方，更正述職過程當中運用求差法來完成，使中心偏離問題引發的誤差得到控制[6]。

7 結語

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