GNSS地质勘探自动定位与授时系统

摘要

本发明的名称为：GNSS地质勘探自动定位与授时系统。它是基于GNSS CORS一体化的RTK信息定位技术和网络通讯技术，基于分布式的数据处理技术和方法，能够实时定位、存储监测点数据信息。它将数据采集系统与数据处理系统集于一体，将信息的采集、传输、存储和处理分析一体化。该系统具备在各种地质条件下实现实时授时、自动定位特征点的能力，大大增加了地质勘探数据采集的高效性。

说明书

技术领域

本发明涉及自动定位与授时系统，尤其涉及一种GNSS地质勘探自动定位与授时系统。

背景技术

随着地质勘探技术的不断提高，地质勘探活动不断加剧，其勘探范围也不断扩大，常常涉及一些荒无人烟、地形复杂的地区；在地质勘探过程中路线过长、需要采集的点位众多，外界环境复杂，给定位数据的采集造成了很大的阻碍，这也是长期制约地质勘探发展的瓶颈之一。传统的地质勘探定位数据采集通过建立基准站，采用全站仪以及GPS进行手动观测采集，方法单一，手段落后、效率低、信息化程度低，造成人力物力的浪费，不能有效保证数据的准确性、可靠性和实时性。如果能有一套GNSS地质勘探自动定位与授时系统，能够实时采集特征点信息，并且实时发送特征点数据信息，建立数据库进行管理，对地质勘探的发展有着非常重要的意义。

随着卫星导航定位技术、Internet技术、移动技术的发展，基于卫星导航定位等先进技术的GNSS地质勘探自动定位与授时系统成为可能。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题在于提供一种能够实时采集特征点信息，并且实时发送特征点数据信息，建立数据库进行管理的GNSS地质勘探自动定位与授时系统。

本发明的优点在于：

(1)它是基于GNSS CORS一体化的自动定位与授时技术和网络通讯技术，基于分布式的数据采集技术和处理方法，能够实时采集特征点信息，并且实时发送特征点定位信息，建立数据库进行管理；提高网络通讯的稳定性、实时性和安全性，大大增加了数据的时效性。

(2)适合于研究区的坐标系统、模型转换和精化似大地水准面模型，采用多段内插的方法计算内插点的坐标数据，并最高可以设置采样间隔10HZ，多次测量取平均值，提高了GNSSCORS技术的测量精度；

(3)采用电台加无线网络的数据传输方式，传输距离可以达到30km以上，符合野外地质勘测距离条件。

附图说明

图1为GNSS地质勘探自动定位与授时系统布置示意图；

图2为GNSS地质勘探自动定位与授时系统GNSS基准站子系统示意图；

图3为GNSS地质勘探自动定位与授时系统GNSS连续运行移动站子系统示意图；

图4为GNSS地质勘探自动定位与授时系统系统运行结构图；

图5为GNSS地质勘探自动定位与授时系统数据处理中心子系统软件模块示意图；

图6为GNSS地质勘探自动定位与授时系统数据处理中心子系统软件内插法示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，为GNSS地质勘探自动定位与授时系统布置示意图，本发明GNSS地质勘探自动定位与授时系统包括GNSS基准站子系统、实时移动站子系统、数据处理中心子系统、网络通讯子系统。

其中GNSS基准站子系统建设在满足观测环境的地方，如采用视野开阔、周围无遮挡物的基准站形式布设于高坡顶部，GNSS基准站子系统包括CORS专用一体接收机、馈线、避雷针、馈线避雷器、电源避雷器、强制对中装置、三脚架、电台、电台天线。架设在三脚架顶部强制对中装置的CORS专用一体接收机用馈线连接电台接口，馈线避雷器连接避雷针和电源避雷器。CORS专用一体接收机为自主研制的GNSS基准站专用一体接收机，采用天宝双频芯片，稳定性与可靠性更高；使用蘑菇头式设计，具有防摔、防震、防水的功能。基准站实时跟踪、采集、传输、存储GNSS卫星数据，并将结果通过电台传输到移动站拖车内部的数据处理中心系统，为实时移动站子系统逆向网络RTK提供差分数据，同时也为实时移动站子系统数据分析提供参照基准。

如图2所示，为GNSS基准站子系统的安装示意图，GNSS基准站子系统为了满足地质勘探不断移动的特性，基座设计为可移动三脚架组合式，GNSS地质勘探自动定位与授时系统运行前，先在适当站址上架设三脚架，组装强制对中盘和电台，强制对中装置的基座板中心点上带旋转螺纹或卡口，GNSS一体接收机可直接旋转在螺纹上固定不动，并严格对中整平，在基准站附近贴测量标志牌，必要时派专人看护。电台传输10km以内，电台天线需架设5-6m高度；电台传输10km-30km，电台天线需架设15m左右高度。

GNSS连续运行移动站包含自主研制的CORS专用一体接收机、接收电台、电源适配器、网桥、避雷针、馈线避雷器、电源避雷器、网络摄像头、仪器设备箱和相关仪器支架。架设在履带采集车支架顶部的CORS专用一体接收机用网线连接在网桥的网络接口上，馈线避雷器连接避雷针和电源避雷器；网络摄像头直接连接在拖车的后顶部，用网线直接接入局域网络，对整个监测拖车单元进行全程监控；接收电台接收基准站电台发送的差分数据，通过串口传输到数据处理中心。自主研制的GNSS监测站专用一体接收机，采用天宝单频芯片，稳定性与 可靠性更高；使用蘑菇头式设计，具有防摔、防震、防水的功能。连续实时移动站站平均分布于履带采集车的首尾与中间部位，实时跟踪、定位、传输、存储GNSS卫星数据，实时接收由GNSS地质勘探自动定位与授时系统转发的GNSS基准站子系统提供的差分数据，实现网络RTK，并通过无线网线将接收机所观测的数据上传到GNSS地质勘探自动定位与授时系统。

如图3所示，为GNSS地质勘探自动定位与授时系统GNSS连续运行移动站子系统安装示意图，该装置为支架连接在接收机安装平面上而成，接收机安装高度不低于0.5m，一般不超过1m，接收机安装平面尺寸为1.0m×0.5m，接收机支架杆保持铅垂状态竖立于接收机安装平面，并在其下方安装一个尺寸为385×195×75mm的网桥，再用网线连接接收机与网桥。接收机支架杆顶部带旋转螺纹，GNSS接收机可直接旋转在螺纹上固定不动；底部为直径100mm、厚度5mm的圆盘，圆盘面上以120°分布三个螺丝孔，用于固定接收机支架。每辆拖车后面拖着一百个履带采集车，整个通路都有从拖车内部连出的48V电源，每个移动站只需加装电源适配器即可为接收机供电。以上各数据都是具体实施的一个例子，本领域的一般技术人员清楚地了解，根据实际使用情况，可以轻易地调整数据。

如图4所示，数据处理中心子系统，主要由服务器、显示器、路由器、防火墙、软件等组成，与GNSS基准站子系统之间依靠电台信号馈线连接，即基准站观测的差分信息通过馈线到达电台，电台通过电台天线发射给数据处理中心的接收电台，接收电台将接收到的差分数据通过串口传入数据处理中心，数据处理中心再用无线路由转发给实时移动站子系统，数据处理中心子系统与实时移动站子系统通过无线WIFI网络方式连接。数据处理中心子系统可管理GNSS基准站子系统与实时移动站子系统，对所得数据进行数据处理、分析、成果输出等。

如图5所示，本发明GNSS地质勘探自动定位与授时系统数据处理中心子系统软件的主要模块及工作流程如下：

①系统用户管理模块：主要考虑数据安全，对登录系统用户身份进行识别；

②工程管理模块：主要对监测点和监测点位置信息做出介绍；

③数据处理模块；主要对采集到的数据进行处理、存储和历史查询；

所述的内插法假设函数为线性函数，通过比例关系式求出内插坐标的数学模型。如图6所示，移动站A、B位于履带采集车上方，他们之间平均分布有n个内插点1、2、3....，采集的移动站A坐标为(Xa，Ya)，采集的移动站B坐标为(Xb，Yb)，则两移动站中间内插站C的坐标为Xc＝Xb+(Xa-Xb)/2、Yc＝Yb+(Yb-Ya)/2，若内插站C位于靠近移动站1/3处，则内插站C的坐标为Xc＝Xb+(Xa-Xb)/3、Yc＝Yb+(Yb-Ya)/3，以此类推。

④地图显示模块：对坐标在地图上进行人性化的显示。

⑤通信模块：完成数据处理中心与GNSS基准站子系统、GNSS连续运行移动站之间通信管理；

基准站串口通讯模块，实现数据处理中心子系统与GNSS基准站子系统之间的实时连接，接收GNSS基准站子系统的原始观测数据和差分信息，并实时将数据分类压缩存储至GNSS地质勘探自动定位与授时系统信息综合数据库；

基于NTRIP协议移动站网络通讯模块，实现数据处理中心子系统与GNSS连续运行移动站之间的实时连接，并将从GNSS基准站子系统接收的差分信息转发给GNSS连续运行移动站，使GNSS连续运行移动站实现RTK定位，并将其定位的结果以NMEA的数据格式传输至GNSS地质勘探自动定位与授时系统信息综合数据库。