手持GPS在礦區(qū)周邊裂縫調(diào)查中的應(yīng)用＊

錢(qián)躍磊

（許昌學(xué)院城市與環(huán)境學(xué)院，河南 許昌461000）

0 引 言

GPS定位技術(shù)在測(cè)量領(lǐng)域中作為現(xiàn)代測(cè)量手段已逐步占據(jù)主導(dǎo)地位[1]。在礦區(qū)沉陷區(qū)及裂縫調(diào)查中采用GPS定位技術(shù)與常規(guī)測(cè)量技術(shù)相比，無(wú)論在速度、效率、質(zhì)量、操作方面，還是對(duì)氣象的適應(yīng)能力等方面GPS衛(wèi)星定位技術(shù)具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。利用GPS定位技術(shù)能夠快速、高效、準(zhǔn)確的提供點(diǎn)、線(xiàn)、面要素的坐標(biāo)及面積測(cè)定，為礦區(qū)沉陷區(qū)及裂縫調(diào)查工作縮短測(cè)量時(shí)間，提高了工作效率，節(jié)省了大量人力物力。

1 研究概況

常村礦是一個(gè)擁有60年開(kāi)采歷史的老礦，由于常年對(duì)地下煤炭的開(kāi)采，形成了大面積的采空區(qū)，致使地面塌陷沉降嚴(yán)重，導(dǎo)致地表沉陷面積高達(dá)6.5km2，而且在一些地表形成了巨大裂縫，對(duì)地表建筑、公路、橋梁、耕地等都產(chǎn)生了很大影響，為了更好的保護(hù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和耕地復(fù)墾及對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)、生活的影響進(jìn)行評(píng)估，需要對(duì)地表塌陷裂縫進(jìn)行實(shí)地測(cè)量、填圖、調(diào)查分析等，為評(píng)估提供詳實(shí)的第一手資料。由于采空區(qū)都是處于山地丘陵地帶，用傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀、全站儀測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量，受地形條件、通視條件、天氣狀況、人員短缺等的影響，既耽誤時(shí)間又浪費(fèi)大量人力。

通過(guò)手持GPS的應(yīng)用，大大簡(jiǎn)化了調(diào)查工程的難度，縮短了調(diào)查工程時(shí)間，既節(jié)約了測(cè)量成本，節(jié)省人力物力，又能夠滿(mǎn)足工程精度要求。

2 手持GPS操作設(shè)置

1）系統(tǒng)設(shè)置

在使用之前先進(jìn)行自定義坐標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)置。以麥哲倫海王星手持GPS Triton300E為例介紹。

打開(kāi)GPS電源，從地圖屏幕中按“MENU”鍵，選擇查看、設(shè)置、導(dǎo)航坐標(biāo)系統(tǒng)，選擇以下內(nèi)容：坐標(biāo)系統(tǒng)：用戶(hù)格網(wǎng)－橫向墨卡托，地圖基準(zhǔn)：CHBJ54，北參考：真北。在坐標(biāo)系統(tǒng)中輸入以下參數(shù)：原點(diǎn)緯度：0.000 0°N；原點(diǎn)經(jīng)度：111.545 0°E；比例因子1.000 000；m；單位轉(zhuǎn)換：1.000 000；原點(diǎn)東偏移：500 000.000 000；原點(diǎn)北偏移：0.000 00；最后按“完成”返回。

2）參數(shù)計(jì)算

由于礦區(qū)一直使用的是北京54坐標(biāo)系，所以在地圖基準(zhǔn)中選擇CH－BJ54，由于手持GPS是以WGS－84坐標(biāo)系為起算依據(jù)，定位結(jié)果為84坐標(biāo)系下的經(jīng)緯度，而日常使用的坐標(biāo)系采用的是北京54坐標(biāo)系，因此要建立兩套坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地方坐標(biāo)系下的經(jīng)緯度。要先確定北京54至WGS－84的7個(gè)布爾莎參數(shù)：Dx，Dy，Dz，K，Rx″，Ry″，Rz″。由于我們可以直接選用 K為1，Rx″，Ry″，Rz″分別為0，所以只需要計(jì)算出Dx，Dy，Dz這三個(gè)平移參數(shù)即可。

通過(guò)以下公式和參數(shù)計(jì)算Dx，Dy，Dz三個(gè)參數(shù)。因?yàn)镈x，Dy，Dz是三個(gè)平移參數(shù)，所以因地區(qū)而異。計(jì)算方法為：搜集該應(yīng)用區(qū)域內(nèi)GPS“B”級(jí)網(wǎng)三個(gè)以上點(diǎn)的 WGS－84坐標(biāo)系B，L，H 值及北京54坐標(biāo)系的B，L，H，∈值。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出不同大地坐標(biāo)系三維直角坐標(biāo)值[2]。計(jì)算公式如下：

通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算與驗(yàn)證后，算出當(dāng)?shù)氐娜齻€(gè)平移參數(shù)為

3）地方坐標(biāo)修正

通過(guò)MapTrack軟件中提供的Magellan手持機(jī)設(shè)置軟件頁(yè)面，輸入7參數(shù)，在概略中心坐標(biāo)中輸入經(jīng)度：111.545 0，緯度：34.52.

在橫軸墨卡托投影參數(shù)里設(shè)置：

原點(diǎn)緯度：0.0000；原點(diǎn)經(jīng)度：111.545 0；原點(diǎn)東坐標(biāo)：500 000；原點(diǎn)北坐標(biāo)：0.

按“計(jì)算”，把右邊顯示的計(jì)算結(jié)果輸入手持GPS，就可得到精確的實(shí)時(shí)地方坐標(biāo)。

3 手持GPS在調(diào)查礦區(qū)周邊裂縫的應(yīng)用

1）裂縫位置測(cè)定

到達(dá)礦區(qū)沉陷區(qū)地表裂縫位置后，打開(kāi)GPS電源，在導(dǎo)航屏幕下選擇衛(wèi)星狀態(tài)屏幕，觀察定位衛(wèi)星的顆數(shù)及信號(hào)的強(qiáng)弱。當(dāng)信號(hào)穩(wěn)定后，進(jìn)行應(yīng)用。只要能接收到4顆以上的衛(wèi)星信號(hào)即可使用。按所介紹的系統(tǒng)設(shè)置和參數(shù)設(shè)置的方法進(jìn)行具體的系統(tǒng)和參數(shù)設(shè)置，輸入完成后保存。在地圖屏幕中找到航點(diǎn)創(chuàng)建，選擇用戶(hù)自定義，進(jìn)行自定義航點(diǎn)創(chuàng)建。裂縫周邊找?guī)讉€(gè)特征點(diǎn)，在特征點(diǎn)位置測(cè)定坐標(biāo)并保存，將特征航點(diǎn)進(jìn)行連線(xiàn)就可以在地圖上把裂縫位置標(biāo)定出來(lái)。

2）裂縫的長(zhǎng)度測(cè)定

在裂縫的起始端設(shè)定航點(diǎn)，沿裂縫邊緣走到裂縫的末端，存儲(chǔ)航點(diǎn)，在航點(diǎn)屏幕下方的距離欄里就看到航點(diǎn)之間的距離，即為所測(cè)裂縫的長(zhǎng)度。

3）裂縫周長(zhǎng)及面積的測(cè)定

進(jìn)行周長(zhǎng)和面積測(cè)定時(shí)有兩種方法[3]：

① 通過(guò)測(cè)設(shè)的裂縫為已知特征點(diǎn)。將裂縫的已知特征點(diǎn)連接成一條閉合航線(xiàn)，再計(jì)算對(duì)裂縫的周長(zhǎng)和面積。

②通過(guò)實(shí)時(shí)面積計(jì)算程序進(jìn)行測(cè)定。在地圖屏幕中，按“ENTER”鍵，選擇“實(shí)時(shí)面積計(jì)算”設(shè)定航跡，對(duì)要測(cè)定的裂縫繞行一周，回到原點(diǎn)后，開(kāi)始計(jì)算實(shí)時(shí)面積，在地圖屏幕上就會(huì)顯示出所繞行裂縫的面積和周長(zhǎng)了。

4 注意事項(xiàng)

1）盡量選擇比較開(kāi)闊的地方進(jìn)行定位，防止信號(hào)被遮擋，保證有足夠數(shù)量的衛(wèi)星用于定位解算。盡量遠(yuǎn)離大功率的電子波發(fā)射裝置，如電視臺(tái)、電臺(tái)、微波站、高壓線(xiàn)及微波無(wú)線(xiàn)電信號(hào)傳送通道等，防止電子信號(hào)對(duì)GPS信號(hào)的干擾[4]。

2）手持機(jī)接收信號(hào)后軟件處理需要一定時(shí)間，因此測(cè)量數(shù)據(jù)有一定的滯后性，點(diǎn)位測(cè)量時(shí)，需數(shù)據(jù)穩(wěn)定后才能采集成果[5]。

3）應(yīng)用GPS之前，應(yīng)進(jìn)行坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換，這一點(diǎn)初學(xué)者要特別注意。

4）采用GPS測(cè)定面積時(shí)，為了提高精度，操作人員要盡量均勻行走，且采用累加式測(cè)量面積的方法，即在行走過(guò)程中在各拐角處按一下確定鍵，直到回到出發(fā)點(diǎn)，再按一下確定鍵，便可得出結(jié)果。

5 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)實(shí)地應(yīng)用，共對(duì)常村礦區(qū)沉陷區(qū)內(nèi)的四條比較大的裂縫進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量調(diào)查，實(shí)測(cè)裂縫總長(zhǎng)度達(dá)3 147.6m.測(cè)定塌陷面積達(dá)3 871.55m2.獲得了沉陷區(qū)內(nèi)裂縫的第一手詳實(shí)資料，并在地形圖上進(jìn)行了繪制、標(biāo)注，為常村礦進(jìn)行沉陷區(qū)治理、土地復(fù)墾、環(huán)境保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)，并為協(xié)調(diào)處理工農(nóng)關(guān)系及責(zé)任賠償提供現(xiàn)場(chǎng)資料。

通過(guò)實(shí)踐表明：手持GPS在丘陵山區(qū)地帶，對(duì)沉陷區(qū)及裂縫調(diào)查中，具有操作簡(jiǎn)單，攜帶方便，測(cè)量快捷等優(yōu)點(diǎn)，又能提供滿(mǎn)足工程精度需要的坐標(biāo)及高程，而且能節(jié)省大量人力物力，節(jié)約測(cè)量成本，為礦山的安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供支持。

[1]李征航，黃勁松.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

[2]孔祥元，郭際明.大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2010.

[3]黎 曦，湯麗瓊.手持低精度及高精度GPS接收機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012（23）：11908－11910

[4]李廣俊.手持GPS精度分析及工程應(yīng)用[J].西部探礦工程，2009（7）：131－133.

[5]李國(guó)防，閆新亮.手持GPS定位精度測(cè)試及查中的應(yīng)用[J].礦產(chǎn)勘查，2010（4）：380－384.