陜西土木建筑網首頁 > 學術研究 > 課題研究 > 手持GPS在工程地質填圖中的應用

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

手持GPS在工程地質填圖中的應用

劉生貴

(南充水利電力建筑勘測設計研究院，四川南充637000)

    全球定位系統是美國國防部從20世紀70年代開始研制的，主要用于軍事與航定位的系統。GPS基于運行在6個軌道上的24顆人造地球衛星，可以迅速面精確地獲取空間任意點的二維或三維坐標和實時導航。目前，空間軌道上的24顆衛星已經基本覆蓋了全球范圍．這種GPS全球定位網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顆以上衛星的信號就可以進行定位工作。現今，GPS已經廣泛應用于大地測量、工程測量、運載工具導航、地殼運動變形、資源勘察地球動力學等諸多學科。

1.手持式CPS的特點

    相對于傳統的GPS，手持式GPS體積小，功耗低，掃帶方便、存點快捷、捕捉衛星信號的靈敏度高、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，可以計算出當地的國際標準時間．指出Ⅱ北方向。手持GPS還可以將曾經歷過的點和路線記錄在機器內部．為使用者起到提示作用．因此受到了從事地質工作的廣大野外工作者的歡迎．并被廣泛應用于地球物理全探、地震勘探、鐵路和水渠線路勘測等方面的野外工作中。

    當觀測時間達到5分鐘時，手持GPs接收機的定位精度可以穩定在5 m左右，若在測區建立一個基準站采用差分技術，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觀察點定位及路線導航的需要。

2.手持GPS在地質填圖中的應用

    2.1標定地質點

為了提高單點定位的精度和可靠性．避免粗差的出現，當局圍的環境對觀測不利時，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接收機已經內置了此功能)。

    2.2導航

    在進行大型輸水渠系的工程地質填圖時．需要沿著水渠線路進行地址點的標定。利用手持Gifts接收機，可以在完成第一個地質點的定位后，將改點儲存到航點表中。這樣，在標定下一個地質點時，就可以獲得現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這個過程．就可以方便準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。計算的精度取決于多邊形的航點數量，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域隨時檢查當前位置是否是最佳的補點位置。相對于傳統依靠經驗的補點方法，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.坐標轉換和參數驗證

    3.1坐標轉換

    GPS的測量成果為WGS-84地心空問直角坐標系下的成果(x．y，z)，實用中必須將其轉換到地方實用坐標系．即轉換到我國廣泛采用的1954年北京 坐標系、l980年西安坐標系或地方局部坐標系。他們和WGS一84坐標系存在著平移、旋轉和尺度上的關系，因此必須要求提供轉換參數，以便實現轉換。在進行坐標轉換之前。首先要在測區收集3個以上的已知點，即不僅知道這幾個已知點的WGS坐標(x、y、 z)．而且知道這幾個點在北京54或西安80坐標系下的坐標(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B、L、H通過公式轉換為北京54或西安80坐標系下相應的x．，y、z，及對應的橢球長半球R和橢球扁率f．然后將其與WGS一84坐標系下已知點的x、y、z、r、，相減，即可得到坐標轉換的5個參數： AX,AY、AZ、AR、AF使用這種方法，可以把GPS所測量的WGS一84坐標精確地轉換為北京54或者西安80坐標系下的平面坐標，然后可以幫助野外工作人員將轉換后的平面坐標定在地形圖上。

    3.2參數驗證

    為了保證計算參數的可靠性，應在測區內選擇5個以上的國家點．將手持GPS的觀測值和已知點位坐標進行比較．若最大較差小于15m，平均較差小于10 m，則參數可用；否則應查出問題的所在并重新計算直至符合要求。

4.GPS輔助地質填圖與傳統的地質填圖的比較

    在大型輸水渠系的地質填圖中．由于輸水渠系路線長．填圖范圍廣．若使用常規工程地質填圖方法，存在著時間長，準確性差，內業資料整理任務艱巨等諸多困難。

    和傳統的方法相比，用GPS輔助進行地質填圖工作減少了很多人為、經驗的因素，得到的結果更客觀．同時可以提高野外工作的作業效率．節省工程經費。使用GPs輔助地質填圖與傳統的地質填圖的比較見表l。

5.使用GPS進行地質填圖的注意事項

    (1)觀測成果要注意復核。GPS測量具有顯著的實時、快捷等優點，但其初始化(整周模糊值)的置信度通常為95％-99％，且作業中缺乏檢棱條件，十別點可能會出現粗差。為了保證宴測精度和可靠性，作業中必須注重成果的復核。成果的復核分為作業前復桉和作業中復棱。作業前復核是先在巳知點上檢測，薪測坐標與已知坐標較差符合要求后．再進行測量；作業中復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)觀測時應保證單點定位時間大于5分鐘，同時遠離各種強電磁干擾源和大面積反射物。當衛星高度角小于l0。時，應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．地質填圖區域為帶狀的特點。因此在進行坐標轉換參數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，以保證轉換參數的準確性。

參考文獻

[1]Diy．omh An introductiOthe Global Positionin9SYSTM ANB SOME  Yqeel appli∞tion[J]ReviEw of Geophys．1991，29 249  276

[2]黃丁發，熊永良,全球定位系統(GPS)——理論與實踐[M]成 都目南交通大學出版社．2006

[3]程新文．陳性義手持式GPS定位精度研究[J]測繪通報，2004(9)20—22

[4]曹幼元手持式cPs側量在地質勘寮中∞應用[J]地質與勘探．2002(5)71一73

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

上一篇： 透過“5.12"汶川地震思考農房抗震

下一篇： 衢州市樂業景觀小區抗內澇設計