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)勘探測量工作中，一般都采用全站儀進(jìn)行測量，近年來，隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的飛速發(fā)展，GPS-RTK由于觀測時間短，作用距離遠(yuǎn)，測站間無需通視，可實(shí)時提供三維坐標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，GPS-RTK技術(shù)也已經(jīng)廣泛應(yīng)用于測繪領(lǐng)域，也成為了地質(zhì)勘探測量的首選。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)施測物理點(diǎn)，也有用RTK施測物理點(diǎn)。但是三維地震勘探測量控制坐標(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。針對上述問題，研究一種用RTK選擇施工坐標(biāo)系簡便進(jìn)行測量的方法，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 直接測點(diǎn)方法的原理

直接測點(diǎn)方法的原理是根據(jù)地震勘探設(shè)計(jì)圖，建立一個假定的工程坐標(biāo)系，以測線方向?yàn)榭v軸方向(即X軸方向)，以測線方向順時針旋轉(zhuǎn)90°的方向?yàn)闄M軸方向(即Y軸方向－－－東坐標(biāo))，以最小測線，即0測線和測線最小樁號，即0樁號為工程坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)(圖1)。此時，測線上物理點(diǎn)的X坐標(biāo)為所測點(diǎn)樁號×道距，Y坐標(biāo)為設(shè)計(jì)圖上的測線號×線距。在野外進(jìn)行放樣時，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，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，同時也避免了大量繁瑣的工序，簡化了野外施工過程［10～12］。

圖1 工程坐標(biāo)系

2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

為方便野外測量放線施工，須建立相應(yīng)的工程坐標(biāo)系。根據(jù)測區(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)都只有一個唯一的工程坐標(biāo)P(x′，y′)和大地坐標(biāo)系P(N，E)相對應(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)活動為學(xué)習(xí)發(fā)生的主要場所。楊開城教授在《以學(xué)習(xí)活動為中心的教學(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)活動為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)理論將學(xué)習(xí)活動作為組成教學(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

某測區(qū)屬于丘陵—山前沖洪積平原地貌，起伏較大，測區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)級公路四通八達(dá)，相互連接各個行政村，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)測量方法施工，作業(yè)質(zhì)量和效率會受到一定影響，通視條件便利。工程由2011年4月1日入場，2011年4月25日結(jié)束，本期共采用GPS(RTK)技術(shù)布置圖根級勘控點(diǎn)34個，標(biāo)定地震測線10條。

野外具體測量就是根據(jù)測區(qū)的設(shè)計(jì)圖和測線設(shè)計(jì)方案在實(shí)地進(jìn)行野外測量放線工作。由于坐標(biāo)系的類型是不會影響點(diǎn)與點(diǎn)之間的相對位置的，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。這樣在野外施測時只需采用工程坐標(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。

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

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

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)時差分流動站距參考站的距離控制在4 km以內(nèi)，采用后援軟件對1 280個物理點(diǎn)放樣實(shí)測值與設(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%。

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

工作完成后，要對物理點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測檢驗(yàn)。對全工區(qū)73個檢核點(diǎn)復(fù)測，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)動態(tài)測量技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，實(shí)時載波相位差分測量(RTK)復(fù)測、檢核的物理點(diǎn)與原測點(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)動態(tài)測量技術(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，流動站相對于基準(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量施工當(dāng)中，利用中海達(dá)GPS對測區(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，所測數(shù)據(jù)做到了正確無誤。實(shí)踐證明了該方法操作簡捷，能一目了然地判斷出測線所在位置，同時也節(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。

［1］丁翔宇．蘇六井氣田3維地震勘探中RTK技術(shù)的應(yīng)用［J］．測繪通報(bào)，2003(4):38-41．

［2］劉紹堂．RTK在鄭州東新區(qū)建設(shè)用地勘測定界測量中的應(yīng)用［J］．北京測繪，2005(3):55-56．

［3］李凱．地震勘探中GPS-RTK測量的應(yīng)用［J］．黑龍江科技信息，2011(23):89-89．

［4］朱明明．地震勘探數(shù)據(jù)采集中GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用［J］．現(xiàn)代礦業(yè)，2011(3):51-52．

［5］馬成剛．GPS-RTK測量系統(tǒng)在地震勘探測量中的應(yīng)用［J］．黑龍江科技信息，2011(27):39-39．

［6］劉紹堂，趙讓乾，許成功．某煤田地質(zhì)勘探區(qū)大比例尺測圖GPS測量技術(shù)［J］．地質(zhì)裝備，2008(5):29．

［7］徐紅利，徐國宏．GPS-RTK技術(shù)在山區(qū)地震勘探測量中的應(yīng)用和精度分析［J］．中國煤炭地質(zhì)，2008，20(z1):110-111．

［8］徐斌．GPS(RTK)配合全站儀在煤礦區(qū)地震勘探中的應(yīng)用［J］．陜西煤炭，2009(2):68-69．

［9］劉紹堂，肖海紅，趙站楊．GPS在杭州灣跨海大橋施工中的應(yīng)用．西南科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2005，20(4):42-45．

［10］劉紹堂，盧朝東．邊碎部邊控制的數(shù)字化測圖及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)［J］．中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，16(4):73-75．

［11］劉紹堂，王志武，蔣瑞波．邊控制邊碎部的數(shù)字化測圖方法探析［J］．河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2005(4):20-22．

［12］劉紹堂，詹先運(yùn)．如何做好地質(zhì)工程測量技術(shù)設(shè)計(jì)［J］．中國勘察設(shè)計(jì)，2009(4):48-50．

［13］王松杰，吳興宇．煤田地震勘探報(bào)告編制中Excel的應(yīng)用［J］．山東煤炭科技，2010(5):21-22．

［14］李冰峰，陳華榮，王顯金，等．利用Excel實(shí)現(xiàn)不同坐標(biāo)系間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換［J］．地礦測繪，2007，23(3):13-16．

［15］王強(qiáng)，鹿罡．利用EXCEL實(shí)現(xiàn)空間直角坐標(biāo)與大地坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換［J］．北方交通，2011(4):35-37．