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摘要：針對傳統(tǒng)地質(zhì)填圖中精度和效率較低的特點(diǎn)，舟紹了用手持GPS輔助進(jìn)行地質(zhì)填圖的應(yīng)用方法，和傳統(tǒng)方法進(jìn)行了各方面的比較，并針對大型輸水渠系的特點(diǎn)提出了使用GPS輔助地質(zhì)填圖的一些注意事項(xiàng)。...

手持GPS在工程地質(zhì)填圖中的應(yīng)用

劉生貴

(南充水利電力建筑勘測設(shè)計(jì)研究院，四川南充637000)

    全球定位系統(tǒng)是美國國防部從20世紀(jì)70年代開始研制的，主要用于軍事與航定位的系統(tǒng)。GPS基于運(yùn)行在6個(gè)軌道上的24顆人造地球衛(wèi)星，可以迅速面精確地獲取空間任意點(diǎn)的二維或三維坐標(biāo)和實(shí)時(shí)導(dǎo)航。目前，空間軌道上的24顆衛(wèi)星已經(jīng)基本覆蓋了全球范圍．這種GPS全球定位網(wǎng)已完全投人運(yùn)行在地球上任何地方、任何時(shí)間同時(shí)接收到4顆以上衛(wèi)星的信號(hào)就可以進(jìn)行定位工作。現(xiàn)今，GPS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大地測量、工程測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航、地殼運(yùn)動(dòng)變形、資源勘察地球動(dòng)力學(xué)等諸多學(xué)科。

1.手持式CPS的特點(diǎn)

    相對于傳統(tǒng)的GPS，手持式GPS體積小，功耗低，掃帶方便、存點(diǎn)快捷、捕捉衛(wèi)星信號(hào)的靈敏度高、定位速度快、單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位精度高。同時(shí)，手持GPS不受天氣、行政界限的約束，可以計(jì)算出當(dāng)?shù)氐膰�際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間．指出Ⅱ北方向。手持GPS還可以將曾經(jīng)歷過的點(diǎn)和路線記錄在機(jī)器內(nèi)部．為使用者起到提示作用．因此受到了從事地質(zhì)工作的廣大野外工作者的歡迎．并被廣泛應(yīng)用于地球物理全探、地震勘探、鐵路和水渠線路勘測等方面的野外工作中。

    當(dāng)觀測時(shí)間達(dá)到5分鐘時(shí)，手持GPs接收機(jī)的定位精度可以穩(wěn)定在5 m左右，若在測區(qū)建立一個(gè)基準(zhǔn)站采用差分技術(shù)，可以獲取米級(jí)到厘米級(jí)的精度。因此．它完壘可以滿足實(shí)際工作中的地質(zhì)觀察點(diǎn)定位及路線導(dǎo)航的需要。

2.手持GPS在地質(zhì)填圖中的應(yīng)用

    2.1標(biāo)定地質(zhì)點(diǎn)

為了提高單點(diǎn)定位的精度和可靠性．避免粗差的出現(xiàn)，當(dāng)局圍的環(huán)境對觀測不利時(shí)，可以在一個(gè)測點(diǎn)上進(jìn)行多次觀測并求其平均值(一些手持GPS接收機(jī)已經(jīng)內(nèi)置了此功能)。

    2.2導(dǎo)航

    在進(jìn)行大型輸水渠系的工程地質(zhì)填圖時(shí)．需要沿著水渠線路進(jìn)行地址點(diǎn)的標(biāo)定。利用手持Gifts接收機(jī)，可以在完成第一個(gè)地質(zhì)點(diǎn)的定位后，將改點(diǎn)儲(chǔ)存到航點(diǎn)表中。這樣，在標(biāo)定下一個(gè)地質(zhì)點(diǎn)時(shí)，就可以獲得現(xiàn)在所處位置相對于第一點(diǎn)的距離和方位。完成第二個(gè)點(diǎn)后每次重復(fù)這個(gè)過程．就可以方便準(zhǔn)確地確定每個(gè)地址點(diǎn)的位置了。

    2.3計(jì)算多邊形面積

    在實(shí)際的工程工作中．有時(shí)需要知道圖上某種巖性巖石的實(shí)際面積。利用已經(jīng)存儲(chǔ)的邊界航點(diǎn)．手持OPS可以非常容易地計(jì)算出這些航點(diǎn)組成的多邊形的面積。計(jì)算方法為

    式中：S為多邊形面積，x,y．為第I個(gè)航點(diǎn)的平面坐標(biāo)。計(jì)算的精度取決于多邊形的航點(diǎn)數(shù)量，航點(diǎn)越多別多邊形面積越精確。

    2.4補(bǔ)點(diǎn)

    在填圖工作完成以后，對于點(diǎn)位密度沒有滿足要求的區(qū)域要進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)工作。利用手持GPS接收機(jī)的“最近航點(diǎn)”的功能，就可以在航點(diǎn)稀疏的區(qū)域隨時(shí)檢查當(dāng)前位置是否是最佳的補(bǔ)點(diǎn)位置。相對于傳統(tǒng)依靠經(jīng)驗(yàn)的補(bǔ)點(diǎn)方法，這種方法省時(shí)省力，可以避免多次返工或者補(bǔ)點(diǎn)過多造成的浪費(fèi)。

3.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和參數(shù)驗(yàn)證

    3.1坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

    GPS的測量成果為WGS-84地心空問直角坐標(biāo)系下的成果(x．y，z)，實(shí)用中必須將其轉(zhuǎn)換到地方實(shí)用坐標(biāo)系．即轉(zhuǎn)換到我國廣泛采用的1954年北京 坐標(biāo)系、l980年西安坐標(biāo)系或地方局部坐標(biāo)系。他們和WGS一84坐標(biāo)系存在著平移、旋轉(zhuǎn)和尺度上的關(guān)系，因此必須要求提供轉(zhuǎn)換參數(shù)，以便實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。在進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換之前。首先要在測區(qū)收集3個(gè)以上的已知點(diǎn)，即不僅知道這幾個(gè)已知點(diǎn)的WGS坐標(biāo)(x、y、 z)．而且知道這幾個(gè)點(diǎn)在北京54或西安80坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(B、L、H)，同時(shí)還要知道這幾個(gè)點(diǎn)所在位置的高程異常。將已知點(diǎn)的大地坐標(biāo)B、L、H通過公式轉(zhuǎn)換為北京54或西安80坐標(biāo)系下相應(yīng)的x．，y、z，及對應(yīng)的橢球長半球R和橢球扁率f．然后將其與WGS一84坐標(biāo)系下已知點(diǎn)的x、y、z、r、，相減，即可得到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的5個(gè)參數(shù)： AX,AY、AZ、AR、AF使用這種方法，可以把GPS所測量的WGS一84坐標(biāo)精確地轉(zhuǎn)換為北京54或者西安80坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)，然后可以幫助野外工作人員將轉(zhuǎn)換后的平面坐標(biāo)定在地形圖上。

    3.2參數(shù)驗(yàn)證

    為了保證計(jì)算參數(shù)的可靠性，應(yīng)在測區(qū)內(nèi)選擇5個(gè)以上的國家點(diǎn)．將手持GPS的觀測值和已知點(diǎn)位坐標(biāo)進(jìn)行比較．若最大較差小于15m，平均較差小于10 m，則參數(shù)可用；否則應(yīng)查出問題的所在并重新計(jì)算直至符合要求。

4.GPS輔助地質(zhì)填圖與傳統(tǒng)的地質(zhì)填圖的比較

    在大型輸水渠系的地質(zhì)填圖中．由于輸水渠系路線長．填圖范圍廣．若使用常規(guī)工程地質(zhì)填圖方法，存在著時(shí)間長，準(zhǔn)確性差，內(nèi)業(yè)資料整理任務(wù)艱巨等諸多困難。

    和傳統(tǒng)的方法相比，用GPS輔助進(jìn)行地質(zhì)填圖工作減少了很多人為、經(jīng)驗(yàn)的因素，得到的結(jié)果更客觀．同時(shí)可以提高野外工作的作業(yè)效率．節(jié)省工程經(jīng)費(fèi)。使用GPs輔助地質(zhì)填圖與傳統(tǒng)的地質(zhì)填圖的比較見表l。

5.使用GPS進(jìn)行地質(zhì)填圖的注意事項(xiàng)

    (1)觀測成果要注意復(fù)核。GPS測量具有顯著的實(shí)時(shí)、快捷等優(yōu)點(diǎn)，但其初始化(整周模糊值)的置信度通常為95％-99％，且作業(yè)中缺乏檢棱條件，十別點(diǎn)可能會(huì)出現(xiàn)粗差。為了保證宴測精度和可靠性，作業(yè)中必須注重成果的復(fù)核。成果的復(fù)核分為作業(yè)前復(fù)桉和作業(yè)中復(fù)棱。作業(yè)前復(fù)核是先在巳知點(diǎn)上檢測，薪測坐標(biāo)與已知坐標(biāo)較差符合要求后．再進(jìn)行測量；作業(yè)中復(fù)核一般是采用不同起算點(diǎn)測定部分重合點(diǎn)，或在同一點(diǎn)上采用兩次或多次觀測法觀測。

    (2)觀測時(shí)應(yīng)保證單點(diǎn)定位時(shí)間大于5分鐘，同時(shí)遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電磁干擾源和大面積反射物。當(dāng)衛(wèi)星高度角小于l0。時(shí)，應(yīng)采用清除障礙物或舉高接收機(jī)的方法保持信號(hào)的接收“。

    (3)大型輸水渠系有著線路長．地質(zhì)填圖區(qū)域?yàn)閹�狀的特點(diǎn)。因此在進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算時(shí)最好沿輸水渠系選取已知點(diǎn)．并保證已知點(diǎn)的密度盡量均勻，以保證轉(zhuǎn)換參數(shù)的準(zhǔn)確性。

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(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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