手持GPS在礦區周邊裂縫調查中的應用＊

錢躍磊

（許昌學院城市與環境學院，河南 許昌461000）

0 引 言

GPS定位技術在測量領域中作為現代測量手段已逐步占據主導地位[1]。在礦區沉陷區及裂縫調查中采用GPS定位技術與常規測量技術相比，無論在速度、效率、質量、操作方面，還是對氣象的適應能力等方面GPS衛星定位技術具有無可替代的優勢，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，為礦區沉陷區及裂縫調查工作縮短測量時間，提高了工作效率，節省了大量人力物力。

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，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、耕地等都產生了很大影響，為了更好的保護礦區生態環境和耕地復墾及對當地群眾生產、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、調查分析等，為評估提供詳實的第一手資料。由于采空區都是處于山地丘陵地帶，用傳統的經緯儀、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，大大簡化了調查工程的難度，縮短了調查工程時間，既節約了測量成本，節省人力物力，又能夠滿足工程精度要求。

2 手持GPS操作設置

1）系統設置

在使用之前先進行自定義坐標系統的設置。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，選擇以下內容：坐標系統：用戶格網－橫向墨卡托，地圖基準：CHBJ54，北參考：真北。在坐標系統中輸入以下參數：原點緯度：0.000 0°N；原點經度：111.545 0°E；比例因子1.000 000；m；單位轉換：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）參數計算

由于礦區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，定位結果為84坐標系下的經緯度，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，將測量的數據轉換為地方坐標系下的經緯度。要先確定北京54至WGS－84的7個布爾莎參數：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這三個平移參數即可。

通過以下公式和參數計算Dx，Dy，Dz三個參數。因為Dx，Dy，Dz是三個平移參數，所以因地區而異。計算方法為：搜集該應用區域內GPS“B”級網三個以上點的 WGS－84坐標系B，L，H 值及北京54坐標系的B，L，H，∈值。根據采集的數據，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，算出當地的三個平移參數為

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，在概略中心坐標中輸入經度：111.545 0，緯度：34.52.

在橫軸墨卡托投影參數里設置：

原點緯度：0.0000；原點經度：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在調查礦區周邊裂縫的應用

1）裂縫位置測定

到達礦區沉陷區地表裂縫位置后，打開GPS電源，在導航屏幕下選擇衛星狀態屏幕，觀察定位衛星的顆數及信號的強弱。當信號穩定后，進行應用。只要能接收到4顆以上的衛星信號即可使用。按所介紹的系統設置和參數設置的方法進行具體的系統和參數設置，輸入完成后保存。在地圖屏幕中找到航點創建，選擇用戶自定義，進行自定義航點創建。裂縫周邊找幾個特征點，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，保證有足夠數量的衛星用于定位解算。盡量遠離大功率的電子波發射裝置，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，因此測量數據有一定的滯后性，點位測量時，需數據穩定后才能采集成果[5]。

3）應用GPS之前，應進行坐標參數轉換，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，直到回到出發點，再按一下確定鍵，便可得出結果。

5 結 論

經過實地應用，共對常村礦區沉陷區內的四條比較大的裂縫進行了實地測量調查，實測裂縫總長度達3 147.6m.測定塌陷面積達3 871.55m2.獲得了沉陷區內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治理、土地復墾、環境保護提供了科學依據，并為協調處理工農關系及責任賠償提供現場資料。

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

[1]李征航，黃勁松.GPS測量與數據處理[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接收機在林業調查中的應用研究[J].安徽農業科學，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].礦產勘查，2010（4）：380－384.