錢躍磊

（許昌學院城市與環(huán)境學院，河南 許昌461000）

0 引 言

GPS定位技術在測量領域中作為現(xiàn)代測量手段已逐步占據(jù)主導地位[1]。在礦區(qū)沉陷區(qū)及裂縫調(diào)查中采用GPS定位技術與常規(guī)測量技術相比，無論在速度、效率、質(zhì)量、操作方面，還是對氣象的適應能力等方面GPS衛(wèi)星定位技術具有無可替代的優(yōu)勢，具有很高的實用價值。利用GPS定位技術能夠快速、高效、準確的提供點、線、面要素的坐標及面積測定，為礦區(qū)沉陷區(qū)及裂縫調(diào)查工作縮短測量時間，提高了工作效率，節(jié)省了大量人力物力。

1 研究概況

常村礦是一個擁有60年開采歷史的老礦，由于常年對地下煤炭的開采，形成了大面積的采空區(qū)，致使地面塌陷沉降嚴重，導致地表沉陷面積高達6.5km2，而且在一些地表形成了巨大裂縫，對地表建筑、公路、橋梁、耕地等都產(chǎn)生了很大影響，為了更好的保護礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和耕地復墾及對當?shù)厝罕娚a(chǎn)、生活的影響進行評估，需要對地表塌陷裂縫進行實地測量、填圖、調(diào)查分析等，為評估提供詳實的第一手資料。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、全站儀測量儀器進行測量，受地形條件、通視條件、天氣狀況、人員短缺等的影響，既耽誤時間又浪費大量人力。

通過手持GPS的應用，大大簡化了調(diào)查工程的難度，縮短了調(diào)查工程時間，既節(jié)約了測量成本，節(jié)省人力物力，又能夠滿足工程精度要求。

2 手持GPS操作設置

1）系統(tǒng)設置

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

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

2）參數(shù)計算

由于礦區(qū)一直使用的是北京54坐標系，所以在地圖基準中選擇CH－BJ54，由于手持GPS是以WGS－84坐標系為起算依據(jù)，定位結(jié)果為84坐標系下的經(jīng)緯度，而日常使用的坐標系采用的是北京54坐標系，因此要建立兩套坐標系的對應關系，將測量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地方坐標系下的經(jīng)緯度。要先確定北京54至WGS－84的7個布爾莎參數(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，所以只需要計算出Dx，Dy，Dz這三個平移參數(shù)即可。

通過以下公式和參數(shù)計算Dx，Dy，Dz三個參數(shù)。因為Dx，Dy，Dz是三個平移參數(shù)，所以因地區(qū)而異。計算方法為：搜集該應用區(qū)域內(nèi)GPS“B”級網(wǎng)三個以上點的 WGS－84坐標系B，L，H 值及北京54坐標系的B，L，H，∈值。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，分別計算出不同大地坐標系三維直角坐標值[2]。計算公式如下：

通過相應的計算與驗證后，算出當?shù)氐娜齻€平移參數(shù)為

3）地方坐標修正

通過MapTrack軟件中提供的Magellan手持機設置軟件頁面，輸入7參數(shù)，在概略中心坐標中輸入經(jīng)度：111.545 0，緯度：34.52.

在橫軸墨卡托投影參數(shù)里設置：

原點緯度：0.0000；原點經(jīng)度：111.545 0；原點東坐標：500 000；原點北坐標：0.

按“計算”，把右邊顯示的計算結(jié)果輸入手持GPS，就可得到精確的實時地方坐標。

3 手持GPS在調(diào)查礦區(qū)周邊裂縫的應用

1）裂縫位置測定

到達礦區(qū)沉陷區(qū)地表裂縫位置后，打開GPS電源，在導航屏幕下選擇衛(wèi)星狀態(tài)屏幕，觀察定位衛(wèi)星的顆數(shù)及信號的強弱。當信號穩(wěn)定后，進行應用。只要能接收到4顆以上的衛(wèi)星信號即可使用。按所介紹的系統(tǒng)設置和參數(shù)設置的方法進行具體的系統(tǒng)和參數(shù)設置，輸入完成后保存。在地圖屏幕中找到航點創(chuàng)建，選擇用戶自定義，進行自定義航點創(chuàng)建。裂縫周邊找?guī)讉€特征點，在特征點位置測定坐標并保存，將特征航點進行連線就可以在地圖上把裂縫位置標定出來。

2）裂縫的長度測定

在裂縫的起始端設定航點，沿裂縫邊緣走到裂縫的末端，存儲航點，在航點屏幕下方的距離欄里就看到航點之間的距離，即為所測裂縫的長度。

3）裂縫周長及面積的測定

進行周長和面積測定時有兩種方法[3]：

① 通過測設的裂縫為已知特征點。將裂縫的已知特征點連接成一條閉合航線，再計算對裂縫的周長和面積。

②通過實時面積計算程序進行測定。在地圖屏幕中，按“ENTER”鍵，選擇“實時面積計算”設定航跡，對要測定的裂縫繞行一周，回到原點后，開始計算實時面積，在地圖屏幕上就會顯示出所繞行裂縫的面積和周長了。

4 注意事項

1）盡量選擇比較開闊的地方進行定位，防止信號被遮擋，保證有足夠數(shù)量的衛(wèi)星用于定位解算。盡量遠離大功率的電子波發(fā)射裝置，如電視臺、電臺、微波站、高壓線及微波無線電信號傳送通道等，防止電子信號對GPS信號的干擾[4]。

2）手持機接收信號后軟件處理需要一定時間，因此測量數(shù)據(jù)有一定的滯后性，點位測量時，需數(shù)據(jù)穩(wěn)定后才能采集成果[5]。

3）應用GPS之前，應進行坐標參數(shù)轉(zhuǎn)換，這一點初學者要特別注意。

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

5 結(jié) 論

經(jīng)過實地應用，共對常村礦區(qū)沉陷區(qū)內(nèi)的四條比較大的裂縫進行了實地測量調(diào)查，實測裂縫總長度達3 147.6m.測定塌陷面積達3 871.55m2.獲得了沉陷區(qū)內(nèi)裂縫的第一手詳實資料，并在地形圖上進行了繪制、標注，為常村礦進行沉陷區(qū)治理、土地復墾、環(huán)境保護提供了科學依據(jù)，并為協(xié)調(diào)處理工農(nóng)關系及責任賠償提供現(xiàn)場資料。

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

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

[2]孔祥元，郭際明.大地測量學基礎[M].武漢：武漢大學出版社，2010.

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

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

[5]李國防，閆新亮.手持GPS定位精度測試及查中的應用[J].礦產(chǎn)勘查，2010（4）：380－384.