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。
5 HNCORS的系统组成
HNCORS网络是以控制中心为中心节点的遍布河南省的星形网络。HNCORS系统由参考站子系统（Refenerce station Sub-system,RSS）、数据通讯子系统（Data Communication Sub-System,DCS）、控制中心（System Management Cente,SMC）、数据分发系统（Data Distribution System,DDS）、服务系统（User Services Sub-System,USS）组成，HNCORS系统组成简图如图2。
6 CORS 的技术优势
①提高了系统的可靠性、缩短了初始化时间。在使用CORS的情况下，用参考站网络代替了单参考站，从而可以对一个地区的系统误差进行模型话，更好的削弱误差的影响，增强了系统的可靠性，减小了初始化时间，并使得RTK精度在网内始终均匀一致。②作用距离大幅度提高。在常规RTK作业中，流动站用户与基准站的距离受到严格限制，在通讯良好的情况下最多不超过10公里，在城市中作业常常不能超过5公里，且作业精度随距离的增长而下降。而在CORS环境下，RTK的作业距离只受网络大小的限制，而与基准站无关，同时采用公用网络（GSM/GPRS/CDMA）作为通讯平台，从而作用距离大幅度提高，消除了作业盲区，实现了跨区域测量。③节约了投资、提高了工作效率。无需架设参考站，省去了野外工作中的值守人员和架设参考站的时间，工作人员不再为四处寻找控制点而苦恼，不再需要一个工作组而仅仅是一个人即可开展测量工作，节省了用户的硬件设备投资和基准站相关工作费用，从而节约了投资、减少了工作量、提高了工作效率。④所有用户可以拥有统一的坐标系统。在CORS覆盖区域内，能够实现测绘系统和定位精度的统一，便于测量成果的系统转换和多用途处理。
7 HNCORS技术在地质测量中的应用实例
7.1 工程概述 工程项目位于舞钢市境内，河南省舞阳地区深部铁矿远景调查和河南省舞阳地区整装勘查项目位于同一区域内，整个项目国家投入近1.3亿，是省重点项目。该项目分布在八台镇、庙街乡、铁山乡、武功乡四个乡镇内。许（昌）—桐（柏）公路自远景调查区通过，工作区向东45km到漯河市，与G107、（北）京—珠（海）高速、京—广铁路相接，向北23km与南（京）—洛（阳）高速相接，向北西50km到达平顶山市，有铁路专线分别到达平顶山市和漯河市，交通极为方便，工作区面积约174平方公里。工作量有：控制测量174km2；1:10000高磁测网布设174km2（网度100m×40m）；1:10000重力测网布设、定测174km2（网度100m×40m）；1:2000高磁、重力剖面测量480.0km（点距10m）；工程点测量120点等。
7.2 坐标系的选择 河南省国土资源厅要求从2009年开始提供的地质资料要采用1980年西安坐标系，高程系采用1985年国家高程基准。
7.3 E级GPS网的建立 平面控制网和高程控制网是地质勘探工程测量的基础。按照测量的一般原则是先控制测量后碎部测量，但由于两个地质项目基本上重叠在同一区域内，同时工期紧、任务重。刚好借助HNCORS我们采取了控制测量和工程测量同步测量的作业方法。在满足地质勘探测量正常生产的前提下，按照规范和设计要求在整个测区进行选点和埋石，布设E级GPS点，利用Trimble R8Ⅲ双频GPS接收机5台套进行E级GPS网的联测。联测了5个D级GPS点作为E级网的起算数据，经整体约束平常确定最终控制网的平差结果。高程采用GPS高程拟合。利用此成果作为重力剖面测量和工程点测量的基础数据。
7.4 地质勘探工程测量 使用天宝R8 GPS接收机，其RTK标称精度为，水平：±5mm+1ppm（2DRMS），垂直：
±10mm+1ppm（2DRMS），选择5点具有水准高程且均匀分布在网络RTK测量范围内的D级GPS点作为公共点，求取七参数进行WGS-84坐标系到地方坐标系的转换。其转换残差水平和垂直都小于5厘米。
7.4.1 地质勘探工程点测量 由于钻孔和地质点分布都比较分散，采用网络RTK对地质点和钻孔的布设和定测是最有优势的。它摆脱了常规RTK由于信号作用距离的限制造成的搬站架站的烦恼。利用手机作为中介使天宝 R8主机连接上网络HNCORS,在取得固定解后到已知控制点上进行检测，确保检测点成果和已知点成果较差△X、△Y不超过5cm，△H不超过10cm后才能进行施测。先把设计好的钻孔坐标输入到天宝TSC2手簿里，利用Trimble R8的点放样功能进行放样和定测。地质点测量是在网络RTK获得固定解后在地质人员需要的地方进行定测。
7.4.2 重力测量和重力剖面测量 重力测量的比例尺是1：10000，网度是100m×40米；重力测量是先把设计好的直线的两个端点输入的天宝TSC2手簿里，采用Trimble R8网络RTK的直线放样功能每隔40米进行一个点放样和定点测量，同时物探人员用重力仪对该点进行观测。重力剖面测量的比例尺是1：2000，点距是10米；重力剖面测量同样也是先把设计好的直线的两个端点输入的天宝TSC2手簿里，采用Trimble R8网络RTK的直线放样功能每隔10米进行一个点的放样和定点测量，同时物探人员用重力仪对该点进行观测。所有布设和定测点都要获得固定解，这样才能满足规范要求，最后所有测量数据提供给物探人员，他们利用测量数据对重力数据进行重力数据改正。
7.4.3 勘探线剖面测量 勘探线剖面测量的比例尺为1：2000，勘探线剖面测量先把设计好的直线的两个端点输入的天宝TSC2手簿里，采用Trimble R8网络RTK的直线放样功能沿勘探线的设计方位对地形变换点、地质界限点等进行测量，勘探线的端点由地质人员根据实际情况而定，端点均用油漆或木桩或水泥桩标记。所有剖面点的定测坐标都要达到固定解，天宝仪器是只要达到固定解还是都能满足规范要求的。成图采用南方CASS8.0进行自动生成，然后根据地质规范要求进行CAD修饰，成图格式为
*.dwg，同时按照地质工作要求转换成MapGIS格式。
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