祁亞科，王若堯

(1河南省煤田地質(zhì)局一隊，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，可實時提供三維坐標(biāo)等優(yōu)點，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［1～9］進行了應(yīng)用研究。這些測量方法，一般采用RTK定位導(dǎo)線的起閉點，用常規(guī)儀器(如全站儀等)施測物理點，也有用RTK施測物理點。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)計坐標(biāo)值，然后再進行點放樣，這樣不僅工序繁瑣，而且工作量大，影響施工進度。針對上述問題，研究一種用RTK選擇施工坐標(biāo)系簡便進行測量的方法，給出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式和計算器計算程序，以實際應(yīng)用給出具體說明。

1 直接測點方法的原理

直接測點方法的原理是根據(jù)地震勘探設(shè)計圖，建立一個假定的工程坐標(biāo)系，以測線方向為縱軸方向(即X軸方向)，以測線方向順時針旋轉(zhuǎn)90°的方向為橫軸方向(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(圖1)。此時，測線上物理點的X坐標(biāo)為所測點樁號×道距，Y坐標(biāo)為設(shè)計圖上的測線號×線距。在野外進行放樣時，只需將原有的勘控點成果都用計算器或者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)計書和設(shè)計圖，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和炮點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)。

其反算程序為:

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)計理論：教學(xué)設(shè)計理論新探索》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)計理論，在“雙主理念”教學(xué)設(shè)計模式的基礎(chǔ)上進行更加具體地調(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)計模式(如圖1)。

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

3 實地應(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)計圖和測線設(shè)計方案在實地進行野外測量放線工作。由于坐標(biāo)系的類型是不會影響點與點之間的相對位置的，不管是采用北京54坐標(biāo)系還是假定的工程坐標(biāo)系，點與點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)系下的勘控點即可進行野外放樣。在點位放到實地后再進行數(shù)據(jù)采集，以獲取該點位在實地的三維坐標(biāo)。以便于內(nèi)業(yè)處理時重新計算該點的54坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。

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

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

為了使放樣的物理點成果盡可能接近理論設(shè)計值，保證物理點點位放樣精度，設(shè)置報警半徑為5 m，數(shù)據(jù)記錄半徑為0．5 m(CQ值)，實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個物理點放樣實測值與設(shè)計值進行比較，結(jié)果如下:

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

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

1．00 m≤Fs≤2．00 m;數(shù)量:13;占總點數(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，要對物理點進行復(fù)測檢驗。對全工區(qū)73個檢核點復(fù)測，互差比較如下:

0．00 m≤ΔX≤0．20 m;數(shù)量:51;占檢核點百分比:69．86%。

0．20 m ＜ ΔX≤0．40 m;數(shù)量:12;占檢核點百分比:16．44%。

0．40 m ＜ ΔX≤0．60 m;數(shù)量:10;占檢核點百分比:13．70%。

0．00 m ＜ ΔY≤0．20 m;數(shù)量:47;占檢核點百分比:64．38%。

0．20 m ＜ ΔY≤0．40 m;數(shù)量:15;占檢核點百分比:20．55%。

0．40 m ＜ ΔY≤0．60 m;數(shù)量:11;占檢核點百分比: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，實時載波相位差分測量(RTK)復(fù)測、檢核的物理點與原測點的成果互差最大限差為:ΔX≤0．6 m;ΔY≤0．6 m，從以上檢核點互差比較，全部成果符合要求。

對工區(qū)RTK放樣點精度進行統(tǒng)計:放樣點總數(shù)為1 280;檢核點總數(shù)為73;檢核點占總點數(shù)百分比5．7%;點位中誤差 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，物理點點位中誤差:ΔX≤0．3 m;ΔY≤0．3 m，從以上精度統(tǒng)計表明，放樣物理點中誤差遠(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)大量事實表明，流動站相對于基準(zhǔn)站來說，RTK放樣點的精度控制在±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)的勘控點進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，然后再利用GPS－RTK和全站儀直接對點位進行標(biāo)定，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采用計算器和Excel進行編輯處理，所測數(shù)據(jù)做到了正確無誤。實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目的施工需要。

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