南方地矿行业手持GPS接收机一体化解决方案
南方地质行业移动GIS 北斗一体化解决方案
广州南方测绘仪器有限公司
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目录
1.南方测绘公司简介 (3)
2.南方地矿行业手持GPS接收机一体化解决方案概述 (4)
2.1 行业背景概述 (4)
2.2 GPS系统组成和基本原理 (5)
2.3 地质矿产勘查GPS测量的工作涉及 (6)
3. 地质地矿勘察工程的GPS作业内容 (7)
3.1勘探网布设与控制测量 (7)
3.2 地质填图 (7)
3.3 工程点布设 (8)
3.4 勘探线剖面测量 (8)
3.5 地质工程点的定位测量 (8)
3.6 物化探测量 (9)
4. 地质地矿勘察工程的GPS技术要求 (10)
4.1 广域差分增强系统 (10)
4.2 连续运行差分参考站 (11)
4.3 北斗卫星导航系统 (12)
5. 地质地矿行业手持GPS应用实例 (16)
5.1 工作区概况及施测步骤 (16)
6. 南方高精度手持GPS接收机产品介绍 (17)
6.1南方S760——“高精度手持RTK” (17)
6.2 南方高精度GIS数据采集器S750G2介绍 (18)
6.3 南方高精度GIS数据采集器S740W介绍 (19)
6.4 南方高精度GIS数据采集器S740介绍 (20)
7. 南方测绘公司云南地区服务网络 ....................................................... 错误!未定义书签。
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1.南方测绘公司简介
南方测绘1989年成立于广州，历经发展，已成为一家集研发、制造、销售和技术服务为一体的专业测绘仪器、地理信息软件产业集团，稳居中国测绘仪器及软件行业第一位。产品出口到全球100多个国家和地区，跻身世界行业4强。
集团现拥有遍布全国的30家省级分公司、130家地市级分公司、3家海外分公司、1家卫星导航公司、1家数码公司和1家高速铁路技术公司，并建成北京、武汉、常州和广州的5家现代化厂房，成为全球最大的测绘仪器制造基地之一。
广州南方卫星导航有限公司（简称“南方卫星导航”），隶属于南方测绘集团，是致力于全球卫星定位导航（GNSS）仪器的研发、生产、销售于一体的高新技术产业公司。服务于陆上和水上测量领域，具有国内最好最齐全的产品系列，产品涵盖：静态GPS测量系统、一体化RTK GNSS测量系统、手持GNSS数据采集系统、GNSS连续运行参考站系统（CORS）、水上双频RTK测量系统、星站差分系统、一体化单双频测深仪以及相关后处理软件等。
“致力于3S信息化” 公司致力于世界级测量仪器和地理信息产业提供商。提供各行业的GIS数据采集以及MIS数据更新和维护解决方案。公司拥有一支专业化的运作团队，经过多年的历练，我们已经成功为国土土地
南方导航为巡查、电力GIS、林业巡查、农业资源调查、市政设施建设、燃气管网、规划建设、石油勘探、水利河网普查、海洋渔业、自然科学研究、地质房产调查、国防建设、信息化产业等提供了整套的集GIS/GPS/RS于一体的解决方案。
南方卫星导航秉承南方测绘的优秀传统，以振兴民族测绘产业为己任，专注于测量领域GNSS产业发展，以昭示未来的灵感勇于实践创新，为全球测量用户提供最先进的测量技术和最优秀的GNSS测量产品。
在实现GNSS国产化、全球化的道路上，南方卫星导航将继续勇往直前，领航行业技术革新。引领中国卫星导航新时代!
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2.南方地矿行业手持GPS接收机一体化解决方案概述
随着测绘技术与测绘仪器设备的快速发展，地质矿产勘查测量技术方法发生了深刻的变革，而随着我国经济社会的全面、快速发展对于矿产资源的需求量越来越大，国家对矿产资源勘查与开发的数量和质量也提出了更高要求，随之带来的地质矿产勘查测量的需求也越来越大，对测量工作的作业效率与质量要求也越来越高。
2.1 行业背景概述
地质勘查工作十分艰苦，地质填图、物化探测网布设、地质工程测量等每一项工作，地质勘查人员都要面临艰苦的作业环境，耗费大量体力。近些年，手持式GPS开始在小比例尺的地质填图及物化探工作中应用，很大程度上改善了地质勘查工作人员的作业条件，降低了作业人员的劳动强度，提高了生产率。但由于普通的导航级手持式GPS单机定位精度不高，一般平面定位精度在15m左右(95％)，只能应用于比例尺不大于1：1万的地质填图及物化探测网布设中，限制了它在地质勘查中的广泛使用。
近年来，国际各大公司相继通过位置差分原理设计出米级，亚米级等高精度手持机，，彻底解决了普通GPS单机定位精度低的问题，经过近几年的实验和应用，亚米级手持GPS稳定、可靠，可广泛应用于地质勘查行业。其中，尤以南方公司的S系列高精度手持GPS接收机最为成功，在地质地矿行业的应用最为广泛，国内一系列地质地矿行业的重大科考及建设项目都选择该系列手持机作为主要技术工具。2011年，我国珠峰地质科考项目组成功再次登顶珠峰，就使用了南方高精度手持GPS接收机S740C作为测量设备，再次印证了南方手持机在地质地矿行业的成功应用。
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图2.1 图为科考队在“Ⅲ7 ”珠峰测量控制点使用北斗导航定位接收机
2.2 GPS系统组成和基本原理
(1)空间部分，GPS卫星星座。GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成，记作(21+3)GPS星座。它位于距地表20-200km的上空，均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗)，轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星。
(2)地面监控系统，包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，卫星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的参数算得的；地面监控系统提供GPS卫星星历，并保持各颗卫星处于同一时间标准。
(3)用户设备部分，GPS信号接收机，能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS 卫星所发送的导航电文，实时计算出测站的三维位置，甚至速度和时间。
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2.3 地质矿产勘查GPS测量的工作涉及
地质矿产勘查GPS测量的工作内容主要包括GPS平面控制测量、GPS高程控制测量、矿区地形图测绘、地质勘探线剖面测量以及地质工程点测量等内容。地质找矿通常分以下几个阶段：即预查(概查)阶段、普查阶段、详查阶段以及勘探阶段，其中普查是在大面积预查的基础上，利用物探、化探、遥感等手段将有可能成为找矿靶区的范围确定下来；而详查则是对找矿靶区的矿化或成矿带做进一步的核实，通常需要进行布设探槽或者钻孔取样等地质工作；勘探则是对成矿区的矿产范围、储量等进行定量确定。在地质勘探阶段，工程测量的具体内容包括：布测勘探基线和勘探线剖面；对勘探线基点、端点、坑口、探井、取样钻孔等地质工程点进行测量；测量勘探坑道和竖井；矿产资源开采动态储量检测计算等。当然，每个矿区的实际情况不同，需要根据不同的地质工作做相应的调整，但是通常勘探工程测量均需要提交矿区地形图、剖面图、工程点位坐标高程和控制资料以及勘探工程点位布置图等资料。
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3. 地质地矿勘察工程的GPS作业内容
目前南方手持GPS接收机，主要采用GPS-RTK技术。所谓RTK（Real - time kinematic），即实时动态测量技术，它是一种基于载波相位观测的实时差分GPS 测量技术。该技术指，通过无线信号传输，使手持GPS接收机实时获取差分信息——RTK技术的差分信息，来源较为多样化，既可以是地球静止轨道卫星建立的地区性广域差分增强系统（SBAS），也可以是区域连续运行差分参考站（CORS），亦可以是固定接收基准站。其中基准站，参考站或者静止轨道卫星主要是对可见卫星进行不间断的观测，将带有已知点位置或绝对定位的WGS84坐标及载波相位观测值等数据发送至手持GPS接收机，此时移动站接收机就会把自身采集到的GPS 观测值与所接收的差分信息，组成差分观测值，最终求出三维坐标。手持GPS接收机受环境影响和条件限制相对较小，只要星站卫星信号“通视”和差分信号能够获取等基本条件满足，就能够进行快速、高精度的实时定位作业，因此在地质矿产勘查测量中，GPS技术已完全取代常规的测量技术。
3.1勘探网布设与控制测量
手持GPS技术无论是测量精度还是经济效益均好于传统的测量技术，现已成为建立地质勘探网和控制网的主要技术手段。在实际工作中，如果GPS基线边长不超过5公里，在观测环境良好的情况下，可以采用手持机的快速静态定位模式；如果处于比较开阔的平原丘陵地区，则可以直接采用手持GPS动态测量模式。一些边长在5到10公里范围的基本控制网则可以采用GPS静态定位模式；如果外部观测环境良好、设备条件具备，也可以直接采用手持GPS动态测量模式。
3.2 地质填图
利用手持GPS测量地形碎部点最少只需1秒钟就可以完成，而且手持GPS 技术对于测站间的通视条件没有要求，无需频繁搬站，可以实现多个作业组多个流动站同时工作，因此，手持GPS的测量速度更快，作业效率也更高。在地质找
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矿时，需要测制大比例尺的地形图，如果地形条件比较好，比如相对高差小、卫星信号接收好、无死角等，手持GPS可以对各种地物地貌特征点进行完整采集。如果遇到因地形条件限制使卫星信号接收受阻和电台数据链中断的情况，则需要用全站仪补测碎部点。
3.3 工程点布设
手持GPS技术代替传统的工程点测设方法，可以大大缩短外业工作的时间，提高工作效率及工程点位的布设精度。利用手持GPS进行工程点布设的具体步骤为：首先以地质勘探工程首级控制网为基础，确定矿区工程点的分布位置，然后把工程点设计坐标输入到GPS控制手簿中，最后通过手持GPS的放样功能完成工程点的实地布设。
3.4 勘探线剖面测量
通常地质钻孔要设置在勘探线上，所以要对勘探线剖面进行测量，从而为工程布设、储量计算以及勘探设计和其它的综合研究提供更加准确的基础资料。测量勘探线剖面要与相关的规范要求和矿区设计要求相符。测量勘探线剖面传统的方法是地质人员将剖面的起始点布设出来，测量人员再根据起始点沿着与剖面垂直的方向定线并测设勘探基线，再沿着给定的剖面线方向将剖面的剖控点、测站点、剖面点确定下来。如果采用手持GPS技术，则一人就能够完成整个勘探线剖面的测量。
3.5 地质工程点的定位测量
传统的地质工程点定位所采用的是半仪器法，即将罗盘、地形图与地形地貌结合起来，在图上表示出宽度大于等于十米的地质体以及长度大于等于一百米的线状地质体。这种方法费时费力，如果采用手持GPS技术，可以直接利用不超出测区十五公里的国家控控制点为基准点进行测量。
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3.6 物化探测量
物化探测量通常是在测区沿着与地下矿体走向垂直的方向布设物化探测线(物探测点或化探采样点)，这些观测点或者取样点要求等距离或者按照一定的规律布设到实地。利用全站仪或者经纬仪等传统方法布设物化探测网，不仅作业周期长，工作效率低，而且生产成本高、费用大。利用手持GPS技术的线放样功能可以很轻松地进行物化探测量，即先将设计好的测线点输入到GPS-手持GPS控制手簿中，随后外业操作人员利用手持GPS完成设计点位的实地布设工作。
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4. 地质地矿勘察工程的GPS技术要求
4.1 广域差分增强系统
广域差分增强系统，即SBAS（Space Based Augmentation System）,是利用地球静止轨道卫星建立的地区性广域差分增强系统。目前全球发展的SBAS 系统有：
欧空局接收卫星导航系统(EGNOS——欧洲大陆
美国雷声公司的广域增强系统(WAAS)——美洲大陆
日本的多功能卫星增强系统（MSAS）——亚洲大陆
三者具有完全兼容的互操作性。
其特点是：
1、通过地球静止卫星（GEO）发布包括GPS卫星星历误差改正、卫星钟差改正和电离层改的信息；
2、通过GEO卫星发播GPS和GEO卫星完整的数据；
3、GEO卫星的导航载荷发射GPS L1测距信号
图4.1 SBAS系统卫星覆盖图
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4.2 连续运行差分参考站
连续运行差分参考站技术，即CORS技术（Continuous Operational Reference System）即利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统。CORS技术作为卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物在测量中扮演着越来越重要的角色。
CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各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。
基准站网：基准站网由范围内均匀分布的基准站组成。负责采集GPS卫星观测数据并输送至数据处理中心，同时提供系统完好性监测服务。
数据处理中心：系统的控制中心，用于接收各基准站数据，进行数据处理，形成多基准站差分定位用户数据，组成一定格式的数据文件，分发给用户。数据处理中心是CORS的核心单元，也是高精度实时动态定位得以实现的关键所在。中心24小时连续不断地根据各基准站所采集的实时观测数据在区域内进行整体建模解算，自动生成一个对应于流动站点位的虚拟参考站（包括基准站坐标和GPS观测值信息）并通过现有的数据通信网络和无线数据播发网，向各类需要测量和导航的用户以国际通用格式提供码相位/载波相位差分修正信息，以便实时解算出流动站的精确点位。
数据传输系统：各基准站数据通过光纤专线传输至监控分析中心，该系统包括数据传输硬件设备及软件控制模块。
数据播发系统：系统通过移动网络、UHF电台、Internet等形式向用户播发定位导航数据。
用户应用系统：包括用户信息接收系统、网络型RTK定位系统、事后和快速精密定位系统以及自主式导航系统和监控定位系统等。按照应用的精度不同，用户服务子系统可以分为毫米级用户系统，厘米级用户系统，分米级用户系统，米级用户系统等；而按照用户的应用不同，可以分为测绘与工程用户（厘米、分米级），车辆导航与定位用户（米级），高精度用户（事后处理）、气象用户等几类。
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4.3 北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（CNSS ）
，是继美全球定位系统（GPS ）和俄GLONASS 之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力。截止2012年5月在轨卫星12颗，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m ，授时精度优于100ns 。
4.3.1 北斗卫星导航系统发展战略与现状
第一步：2000年建成了北斗卫星导航试验系统，使中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。
第二步：建设北斗卫星导航系统，2012年左右形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。
第三步：2020年左右，北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。
目前，2代北斗卫星导航（区域）系统空间星座由14颗组网卫星组成， 其中包括5颗地球静止轨道（GEO ）9颗非地球静止轨道（Non-GEO ）卫星组成。
服务范围：东经84度到160度，南纬55度到北纬55度之间的大部分区域；
服务精度：位置精度可达平面25米、高程30米；测速精度达到每秒0.4米；授时精度达50纳秒。
今年内将再发射3颗组网卫星，完成“第二步”星座部署，年底前后向亚太地区用户正式提供免费的无源定位、导航、授时服务。
4.3.2 北斗卫星导航系统的优势
1. 中国区域的局部增强
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北斗卫星导航系统包含5颗IGSO 卫星+5颗GEO 对中国区域进行局部增强，是现阶段局部区域利用率最高效的方案。
图4.3 北斗卫星导航系统的观测卫星图
2. 时间可用性和空间可用性更强
24小时全天候服务，星座的分布在中国区域更加合理，可视卫星多，
卫星高度角大。因此，基于北斗的高精度定位产品能够长时间的以低PDOP 值进行工作。
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图4.4 不同卫星导航系统在不同时段测量PDOP 值的变化
3. 兼容其他三大定位系统 北斗卫星导航系统与世界各卫星导航系统的兼容与互操作特性，使北
斗产品的用户都能享受到卫星导航发展的成果。
图4.5 北斗卫星导航系统与其他导航系统卫星联合工作示意图
4.3.3 北斗卫星导航系统用户端接收机
基于北斗卫星导航系统的RTK 应用，高强度加密、安全可靠。
北斗卫星导航系统是中国拥有自主知识产权的卫星导航定位系统。该系统采用安全可靠的高强度加密设计，提供北斗时和中国2000大地坐标的时空基准，
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更适合国防、电力、政府等关键部门应用。长期以来，在高精度导航领域，核心技术和卫星网络都要依靠国外。现在，北斗卫星导航系统的应用以及南方北斗产品的推出，终于改写了这一历史。
图4.5 南方测绘集团全国率先获准参与北斗产品研发
5. 地质地矿行业手持GPS应用实例
物化探工程测量规范对物探测点的点位精度要求见表5.1。
表5.1 物化探点位精度要求
传统的作业方式是由专业的测量人员用经纬仪或全站仪先将物探测网布设好，物探人员再进行物探工作，往往会出现物探工作与测量工作脱节的情况，这样既增加了丁作成本又费时费力。现在由物探工作人员使用南方手持GPS接收机S750的导航功能，自己来布设物探测网，避免了以上情况的发生，极大地节约了工作成本，提高了工作效率。
5.1 工作区概况及施测步骤
在内蒙古锡林浩特市一个工作区的磁法工作使用了南方S750来布设测网。该工作区面积约12．4km ，海拔在1500～1600m，植被以草场为主，视野开阔。磁法测网为100m×20m，测线方位0度，比例尺为1：10000，根据表5.1要求，测点的点位中误差不能大于5m。
制作磁法测网布置图，将测网中每个测点的坐标求出，制作DAT文件拷贝到S750手持接收机中，再由S750进行卫星接收驻点导航，物探过程中，对于异常区域的点位，在地面上做好标记，以便于测量点位的检查及异常检查。
导航后，对测量工作进行精度评定，随机抽取34个标记点位，进行点位复测，记录下复测坐标，带入公式求出点位中误差
：
通过计算，该锡林浩特市物探测网点位的中误差为0.79m，完全满足规范要求。
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6. 南方高精度手持GPS接收机产品介绍
6.1南方S760——“高精度手持RTK”
技术指标
产品特色：
将采用Windows Mobile 6.1操作系统：便于程序上的扩展和兼容。
采用Marvel(原Intel)PXA-310 624MHz CPU：比肩国际品质PDA性能。
300万像素高清摄像头：多媒体注记应用。
使用西门子MC75手机模块，支持EDGE：高速网络访问及传输。
多种无线工作方式：蓝牙、WIFI、手机拨号上网。
定位精度：外接GPS天线：<10cm
GPS：采用双频RTK主板、双频GPS天线
PDA：从产品模块的选用，协议的定制，应用层的开发都是由我公司自主研发；
对今后的扩展开发，具有更好的便利性和可行性；
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具备相比于其它国产的优越性。支持外接双频天线。
协议
完全支持SBAS(MSAS/WAAS/EGNOS)
6.2 南方高精度GIS 数据采集器S750G2介绍
技术指标
系统：
操作系统： Windows Mobile 6.5 或 CE 6.0，处理器：Marvell PXA-310 624MHz XScale CPU
存储器：256MB RAM 内存/256MB
内置闪存ROM 、支持扩展卡(8G)
640x480分辨率，3.7英寸彩色液晶屏,TFT 触摸屏、内置300万像素高清摄像头,带LED 补光灯
完整的RS232、标准USB 、802.11b/g 无线LAN （选配）、 标准蓝牙
内置GPRS/GSM通讯模块，支持EDGE
定位精度：
定位精度：亚米，外部源或SBAS（与区域相关）实时差分改正，后差分；
<0.5米（CEP），接入VRS\NRS
平面5mm+1ppm，高程10mm+1ppm，静态后处理，需外接天线。
6.3 南方高精度GIS数据采集器S740W介绍
技术指标
操作系统： Windows Mobile CE 6.0，处理器：Marvell PXA-310 624MHz XScale CPU
存储器：256MB RAM内存/256MB 内置闪存ROM、支持扩展卡(8G)
320*240分辨率，3.7英寸彩色液晶屏,TFT触摸屏
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软键盘字符录入、内置300万摄像头
完整的RS232、标准USB、802.11b/g无线LAN（选配）、标准蓝牙内置GPRS/GSM通讯模块，支持EDGE。
定位精度：
定位精度：1-3米，外部源或SBAS（与区域相关）实时差分改正。
通道：22通道
数据更新率：1Hz（可选扩展）
冷启动：<45s
6.4 南方高精度GIS数据采集器S740介绍
技术指标
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