閱讀 3032 次 手持GPS在工程地質(zhì)填圖中的應(yīng)用

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基于運行在6個軌道上的24顆人造地球衛(wèi)星，可以迅速面精確地獲取空間任意點的二維或三維坐標(biāo)和實時導(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)已完全投人運行在地球上任何地方、任何時間同時接收到4顆以上衛(wèi)星的信號就可以進行定位工作。現(xiàn)今，GPS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大地測量、工程測量、運載工具導(dǎo)航、地殼運動變形、資源勘察地球動力學(xué)等諸多學(xué)科。

1.手持式CPS的特點

    相對于傳統(tǒng)的GPS，手持式GPS體積小，功耗低，掃帶方便、存點快捷、捕捉衛(wèi)星信號的靈敏度高、定位速度快、單點實時定位精度高。同時，手持GPS不受天氣、行政界限的約束，可以計算出當(dāng)?shù)氐膰�際標(biāo)準(zhǔn)時間．指出Ⅱ北方向。手持GPS還可以將曾經(jīng)歷過的點和路線記錄在機器內(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)觀測時間達到5分鐘時，手持GPs接收機的定位精度可以穩(wěn)定在5 m左右，若在測區(qū)建立一個基準(zhǔn)站采用差分技術(shù)，可以獲取米級到厘米級的精度。因此．它完壘可以滿足實際工作中的地質(zhì)觀察點定位及路線導(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

為了提高單點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，可以在一個測點上進行多次觀測并求其平均值(一些手持GPS接收機已經(jīng)內(nèi)置了此功能)。

    2.2導(dǎo)航

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

    2.3計算多邊形面積

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

    式中：S為多邊形面積，x,y．為第I個航點的平面坐標(biāo)。計算的精度取決于多邊形的航點數(shù)量，航點越多別多邊形面積越精確。

    2.4補點

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

3.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和參數(shù)驗證

    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)，實用中必須將其轉(zhuǎn)換到地方實用坐標(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)，以便實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。在進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換之前。首先要在測區(qū)收集3個以上的已知點，即不僅知道這幾個已知點的WGS坐標(biāo)(x、y、 z)．而且知道這幾個點在北京54或西安80坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(B、L、H)，同時還要知道這幾個點所在位置的高程異常。將已知點的大地坐標(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)系下已知點的x、y、z、r、，相減，即可得到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的5個參數(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)驗證

    為了保證計算參數(shù)的可靠性，應(yīng)在測區(qū)內(nèi)選擇5個以上的國家點．將手持GPS的觀測值和已知點位坐標(biāo)進行比較．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輔助進行地質(zhì)填圖工作減少了很多人為、經(jīng)驗的因素，得到的結(jié)果更客觀．同時可以提高野外工作的作業(yè)效率．節(jié)省工程經(jīng)費。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進行地質(zhì)填圖的注意事項

    (1)觀測成果要注意復(fù)核。GPS測量具有顯著的實時、快捷等優(yōu)點，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，十別點可能會出現(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)核是先在巳知點上檢測，薪測坐標(biāo)與已知坐標(biāo)較差符合要求后．再進行測量；作業(yè)中復(fù)核一般是采用不同起算點測定部分重合點，或在同一點上采用兩次或多次觀測法觀測。

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

    (3)大型輸水渠系有著線路長．地質(zhì)填圖區(qū)域為帶狀的特點。因此在進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的計算時最好沿輸水渠系選取已知點．并保證已知點的密度盡量均勻，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  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)