祁亞科，王若堯

(1河南省煤田地質(zhì)局一隊(duì)，河南新鄭，451100;2黃河科技學(xué)院工學(xué)院建筑工程系，河南鄭州，450063)

在以往的地質(zhì)勘探測(cè)量工作中，一般都采用全站儀進(jìn)行測(cè)量，近年來，隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的飛速發(fā)展，GPS-RTK由于觀測(cè)時(shí)間短，作用距離遠(yuǎn)，測(cè)站間無需通視，可實(shí)時(shí)提供三維坐標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，GPS-RTK技術(shù)也已經(jīng)廣泛應(yīng)用于測(cè)繪領(lǐng)域，也成為了地質(zhì)勘探測(cè)量的首選。已經(jīng)有多篇文獻(xiàn)［1～9］進(jìn)行了應(yīng)用研究。這些測(cè)量方法，一般采用RTK定位導(dǎo)線的起閉點(diǎn)，用常規(guī)儀器(如全站儀等)施測(cè)物理點(diǎn)，也有用RTK施測(cè)物理點(diǎn)。但是三維地震勘探測(cè)量控制坐標(biāo)系統(tǒng)一般是1954年北京坐標(biāo)系或者地方坐標(biāo)系。在野外施工測(cè)量當(dāng)中，由于直接在這些坐標(biāo)系中采集點(diǎn)位的偏移量比較困難，因此，必須經(jīng)常在儀器中先輸入測(cè)線的設(shè)計(jì)坐標(biāo)值，然后再進(jìn)行點(diǎn)放樣，這樣不僅工序繁瑣，而且工作量大，影響施工進(jìn)度。針對(duì)上述問題，研究一種用RTK選擇施工坐標(biāo)系簡(jiǎn)便進(jìn)行測(cè)量的方法，給出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式和計(jì)算器計(jì)算程序，以實(shí)際應(yīng)用給出具體說明。

1 直接測(cè)點(diǎn)方法的原理

直接測(cè)點(diǎn)方法的原理是根據(jù)地震勘探設(shè)計(jì)圖，建立一個(gè)假定的工程坐標(biāo)系，以測(cè)線方向?yàn)榭v軸方向(即X軸方向)，以測(cè)線方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°的方向?yàn)闄M軸方向(即Y軸方向－－－東坐標(biāo))，以最小測(cè)線，即0測(cè)線和測(cè)線最小樁號(hào)，即0樁號(hào)為工程坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)(圖1)。此時(shí)，測(cè)線上物理點(diǎn)的X坐標(biāo)為所測(cè)點(diǎn)樁號(hào)×道距，Y坐標(biāo)為設(shè)計(jì)圖上的測(cè)線號(hào)×線距。在野外進(jìn)行放樣時(shí)，只需將原有的勘控點(diǎn)成果都用計(jì)算器或者EXCEL轉(zhuǎn)化成為工程坐標(biāo)系下的坐標(biāo)成果即可。通過這種方法在野外施工時(shí)，不管是采用GPS-RTK，還是利用全站儀進(jìn)行放樣，都能一目了然地判斷所在的位置，同時(shí)也避免了大量繁瑣的工序，簡(jiǎn)化了野外施工過程［10～12］。

圖1 工程坐標(biāo)系

2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

為方便野外測(cè)量放線施工，須建立相應(yīng)的工程坐標(biāo)系。根據(jù)測(cè)區(qū)設(shè)計(jì)書和設(shè)計(jì)圖，把大地坐標(biāo)系XOY坐標(biāo)軸平移x0，y0，并順時(shí)針旋轉(zhuǎn) T，建立起工程坐標(biāo)系 x′o′y′(圖 1)。

新的工程坐標(biāo)系 x′o′y′中，其中的坐標(biāo) x′軸表示樁距，y′軸表示線距。這樣每一條檢波線和每一條炮線上的檢波點(diǎn)和炮點(diǎn)都只有一個(gè)唯一的工程坐標(biāo)P(x′，y′)和大地坐標(biāo)系P(N，E)相對(duì)應(yīng)，它們之間相應(yīng)的換算關(guān)系為:

Lb1 1:A“X0”:B“Y0”:T:{NE}:X=(N－A)×cosT+(E－B)×sinT:Y=(E－B)×cosT－(N－A)×sinT

X=X▲ Y=Y▲ Goto 1

程序中:X0，Y0為施工坐標(biāo)原點(diǎn)在大地中的坐標(biāo);T為施工坐標(biāo)系相對(duì)于大地坐標(biāo)系的夾角;N為大地坐標(biāo)系中的X坐標(biāo);E為大地坐標(biāo)系中的Y坐標(biāo)。

其反算程序?yàn)?

Lb1 0:A“X0”:B“Y0”:T:{XY}:N=A+XcosT － YsinT:E=B+XsinT+YcosT

N=N▲ E=E▲ Goto 0

翻轉(zhuǎn)課堂是“課前”和“課堂”兩個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)緊密配合的教學(xué)組織形式，體現(xiàn)了“學(xué)生主體，教師主導(dǎo)”的教育理念，課堂上主要以相應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)為學(xué)習(xí)發(fā)生的主要場(chǎng)所。楊開城教授在《以學(xué)習(xí)活動(dòng)為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)理論：教學(xué)設(shè)計(jì)理論新探索》一書中提到，“以學(xué)習(xí)活動(dòng)為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)理論將學(xué)習(xí)活動(dòng)作為組成教學(xué)系統(tǒng)的基本單元”。何克抗教授“雙主理念”的教學(xué)設(shè)計(jì)模式主要針對(duì)的是課堂上45分鐘的教學(xué)組織形式。鑒于此，我們需要結(jié)合“以學(xué)習(xí)活動(dòng)為中心”的教學(xué)設(shè)計(jì)理論，在“雙主理念”教學(xué)設(shè)計(jì)模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行更加具體地調(diào)整、修改和發(fā)展而形成真正適合翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)模式(如圖1)。

同樣也可以用Excel或者CAD等進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其具體方法可參考文獻(xiàn)［13～15］。

3 實(shí)地應(yīng)用

某測(cè)區(qū)屬于丘陵—山前沖洪積平原地貌，起伏較大，測(cè)區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)級(jí)公路四通八達(dá)，相互連接各個(gè)行政村，區(qū)內(nèi)村莊較多，村莊附近樹林枝繁葉茂，通視較為困難，若以全站儀等傳統(tǒng)測(cè)量方法施工，作業(yè)質(zhì)量和效率會(huì)受到一定影響，通視條件便利。工程由2011年4月1日入場(chǎng)，2011年4月25日結(jié)束，本期共采用GPS(RTK)技術(shù)布置圖根級(jí)勘控點(diǎn)34個(gè)，標(biāo)定地震測(cè)線10條。

野外具體測(cè)量就是根據(jù)測(cè)區(qū)的設(shè)計(jì)圖和測(cè)線設(shè)計(jì)方案在實(shí)地進(jìn)行野外測(cè)量放線工作。由于坐標(biāo)系的類型是不會(huì)影響點(diǎn)與點(diǎn)之間的相對(duì)位置的，不管是采用北京54坐標(biāo)系還是假定的工程坐標(biāo)系，點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離保持不變。這樣在野外施測(cè)時(shí)只需采用工程坐標(biāo)系下的勘控點(diǎn)坐標(biāo)，利用GPS-RTK求出相應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)或者是在全站儀中輸入轉(zhuǎn)換后的工程坐標(biāo)系下的勘控點(diǎn)即可進(jìn)行野外放樣。在點(diǎn)位放到實(shí)地后再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以獲取該點(diǎn)位在實(shí)地的三維坐標(biāo)。以便于內(nèi)業(yè)處理時(shí)重新計(jì)算該點(diǎn)的54坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。

具體操作中測(cè)線點(diǎn)位采用線號(hào)加樁號(hào)來表示，如:DZ21-108，DZ21表示線號(hào)，108表示樁號(hào)。從起點(diǎn)開始每隔20 m放一個(gè)物理點(diǎn)，物理點(diǎn)采用石灰加木樁表示。

測(cè)線經(jīng)過村莊不能實(shí)地放樣時(shí)，在木樁上表明線偏距離，并在附近墻壁上噴紅漆注明點(diǎn)號(hào)與偏心距離。測(cè)量工作日?qǐng)?bào)按要求均在現(xiàn)場(chǎng)填寫完整。

為了使放樣的物理點(diǎn)成果盡可能接近理論設(shè)計(jì)值，保證物理點(diǎn)點(diǎn)位放樣精度，設(shè)置報(bào)警半徑為5 m，數(shù)據(jù)記錄半徑為0．5 m(CQ值)，實(shí)時(shí)差分流動(dòng)站距參考站的距離控制在4 km以內(nèi)，采用后援軟件對(duì)1 280個(gè)物理點(diǎn)放樣實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，結(jié)果如下:

0．00 m≤Fs≤0．50 m;數(shù)量:1 225;占總點(diǎn)數(shù)百分比:95．70%。

0．50 m≤Fs≤1．00 m;數(shù)量:42;占總點(diǎn)數(shù)百分比:3．28%。

1．00 m≤Fs≤2．00 m;數(shù)量:13;占總點(diǎn)數(shù)百分比:1．02%。

放樣測(cè)線道距為20 m，均滿足煤炭物探測(cè)量規(guī)范不大于1/10道距的誤差要求。

工作完成后，要對(duì)物理點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)檢驗(yàn)。對(duì)全工區(qū)73個(gè)檢核點(diǎn)復(fù)測(cè)，互差比較如下:

0．00 m≤ΔX≤0．20 m;數(shù)量:51;占檢核點(diǎn)百分比:69．86%。

0．20 m ＜ ΔX≤0．40 m;數(shù)量:12;占檢核點(diǎn)百分比:16．44%。

0．40 m ＜ ΔX≤0．60 m;數(shù)量:10;占檢核點(diǎn)百分比:13．70%。

0．00 m ＜ ΔY≤0．20 m;數(shù)量:47;占檢核點(diǎn)百分比:64．38%。

0．20 m ＜ ΔY≤0．40 m;數(shù)量:15;占檢核點(diǎn)百分比:20．55%。

0．40 m ＜ ΔY≤0．60 m;數(shù)量:11;占檢核點(diǎn)百分比:15．07%。

《煤炭物探全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，實(shí)時(shí)載波相位差分測(cè)量(RTK)復(fù)測(cè)、檢核的物理點(diǎn)與原測(cè)點(diǎn)的成果互差最大限差為:ΔX≤0．6 m;ΔY≤0．6 m，從以上檢核點(diǎn)互差比較，全部成果符合要求。

對(duì)工區(qū)RTK放樣點(diǎn)精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì):放樣點(diǎn)總數(shù)為1 280;檢核點(diǎn)總數(shù)為73;檢核點(diǎn)占總點(diǎn)數(shù)百分比5．7%;點(diǎn)位中誤差 Mx=0．09 m，My=0．10 m。

《煤炭物探全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，物理點(diǎn)點(diǎn)位中誤差:ΔX≤0．3 m;ΔY≤0．3 m，從以上精度統(tǒng)計(jì)表明，放樣物理點(diǎn)中誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范要求。

從以上各表數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，RTK雖然是一種動(dòng)態(tài)作業(yè)，但系統(tǒng)比較穩(wěn)定，應(yīng)用于地震勘探，其精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煤炭物探測(cè)量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，高精度滿足煤炭地震物探的要求。根據(jù)大量事實(shí)表明，流動(dòng)站相對(duì)于基準(zhǔn)站來說，RTK放樣點(diǎn)的精度控制在±60 cm范圍內(nèi)是完全能夠達(dá)到的。

4 結(jié) 論

采用施工坐標(biāo)系直接測(cè)定物理點(diǎn)的作業(yè)模式應(yīng)用于工程放樣和地震勘探測(cè)量施工當(dāng)中，利用中海達(dá)GPS對(duì)測(cè)區(qū)的勘控點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，然后再利用GPS－RTK和全站儀直接對(duì)點(diǎn)位進(jìn)行標(biāo)定，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采用計(jì)算器和Excel進(jìn)行編輯處理，所測(cè)數(shù)據(jù)做到了正確無誤。實(shí)踐證明了該方法操作簡(jiǎn)捷，能一目了然地判斷出測(cè)線所在位置，同時(shí)也節(jié)省了大量的人力、物力，減少了大量的工作量，提高了工作效率，能更好地滿足工程項(xiàng)目的施工需要。

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