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GPS手持導(dǎo)航儀在地震踏勘和設(shè)計(jì)的應(yīng)用論文
隨著物探作業(yè)施工區(qū)域逐漸向城區(qū)、廠礦密集區(qū)、大山區(qū)深入,對(duì)地震踏勘及設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高。手持GPS以全天候、高精度、成本低、操作簡(jiǎn)單、高效益等顯著特點(diǎn),給定位提供了極大的方便,越來(lái)越多的應(yīng)用到地震采集踏勘至設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié),大大提高了踏勘精度及效率,成為地震勘探野外采集作業(yè)中必不可少的輔助定位工具。
本文就GPS數(shù)據(jù)格式、定位精度、數(shù)據(jù)采集及交換進(jìn)行了介紹,結(jié)合地理信息軟件Goggle Earth、Global Mapper、MapSend Lite等地理信息軟件,介紹了在地震采集系統(tǒng)中設(shè)計(jì)及踏勘中的應(yīng)用。
一、GPS接收終端簡(jiǎn)介
1.1 便攜式手持終端簡(jiǎn)介
在野外工作中,性價(jià)比較高便攜式GPS接收終端大體上有Garmin、Explorist、Venture 、勞倫斯等機(jī)型,根據(jù)價(jià)位高低及功能多少分為三個(gè)層次的產(chǎn)品。
基本機(jī)型:有Garmin Legend H、eXplorits600等機(jī)型,目前應(yīng)用面較廣,也是普通用戶大規(guī)模使用的普及機(jī)型。中高端機(jī)型:eXplorits510、Garmin Vista C 蜂彩、GPS76C等。該類(lèi)機(jī)型代表市場(chǎng)發(fā)展的主流方向。電子地圖數(shù)據(jù)較為詳細(xì),亦配備內(nèi)置電子羅盤(pán)和氣壓高度計(jì),避免了屏蔽后的方位指向困難,也在一定程度上緩解了GPS 測(cè)高不準(zhǔn)的問(wèn)題。
隨著信息技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展,SD擴(kuò)展卡漸漸應(yīng)用到手持導(dǎo)航儀中,卡容量從最初的64MB 擴(kuò)展到現(xiàn)在的8GB,使人們可以隨心所欲地存儲(chǔ)MapSend格式的詳細(xì)地圖數(shù)據(jù)。
1.2 eXplorist600手持終端簡(jiǎn)介
1.2.1 性能簡(jiǎn)介
eXplorist序列機(jī)型是地震勘探野外作業(yè)目前應(yīng)用較為廣泛的便攜式機(jī)型之一,它有如下特點(diǎn):(1)TrueFix技術(shù),精確度更高,改正精度達(dá)到3m以內(nèi);(2)SD擴(kuò)充卡:支持SD卡 擴(kuò)展內(nèi)存,可實(shí)現(xiàn)航點(diǎn)、航線、航跡無(wú)限存儲(chǔ);(3)內(nèi)置地圖;(4)航跡:可存儲(chǔ)3~5條航跡,每條航跡可包含2000個(gè)航跡點(diǎn);(5)超大顯示屏:超大顯示屏可以清晰的看到GPS數(shù)據(jù)信息,eXplorist510配有高清晰度彩色觸摸顯示屏。
1.2.2 功能簡(jiǎn)介
eXplorist600手持GPS提供3種基本導(dǎo)航功能。(1)航點(diǎn)導(dǎo)航。用航點(diǎn)導(dǎo)航到地圖上某點(diǎn)的直接路徑,通過(guò)點(diǎn)導(dǎo)航模式,就可以根據(jù)手持機(jī)導(dǎo)航信息提示,尋找到坐標(biāo)點(diǎn)。根據(jù)需要,還可以設(shè)置其他數(shù)據(jù)項(xiàng)在顯示屏上,比如方位、時(shí)間、速度、坐標(biāo)等。(2)航線導(dǎo)航。將測(cè)線定義為航線,包括定義航線附近的各種路標(biāo),用于測(cè)線導(dǎo)行。(3)航跡導(dǎo)航。通過(guò)對(duì)行進(jìn)過(guò)的路線進(jìn)行存儲(chǔ),可以在再次行進(jìn)時(shí)重復(fù)原有的路線,或利用航跡返回功能沿原路返回到起點(diǎn)。這一功能在物探施工中非常有用,先期踏勘的班組把航跡存儲(chǔ)起來(lái),然后把GPS交給其他后續(xù)班組,后續(xù)班組利用航跡,直接導(dǎo)航到已設(shè)定的激發(fā)或接收物理點(diǎn)位上。如果在施工中迷失方向,還可以利用這一功能,根據(jù)已存儲(chǔ)的航跡原路返回。
二、eXplorist手持機(jī)數(shù)據(jù)格式
2.1 數(shù)據(jù)類(lèi)型
航點(diǎn)(Waypoint):用于記錄地圖上的某個(gè)點(diǎn)的位置,可以存儲(chǔ)坐標(biāo)(經(jīng)緯度)、注解、點(diǎn)標(biāo)識(shí)等其它信息。航跡(Track):一段運(yùn)動(dòng)軌跡,由很多個(gè)點(diǎn)組成,一般的GPS內(nèi)部可以存幾百個(gè)到幾千個(gè)。Track的生成算法比較重要,好的算法記錄點(diǎn)少而且描述精確。航線(Route):手工或自動(dòng)生成的線路,一般由幾十個(gè)點(diǎn)組成。
2.2 數(shù)據(jù)格式定義
GPX( GPS Exchange Format )是GPS數(shù)據(jù)的交換格式,是一種基于XML(Extensible Markup Language)的一種開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),編碼采用UTH-8 Unicode格式,分別以XML標(biāo)簽的形式記錄文件基本格式、航點(diǎn)、航跡、航線等信息。目前GPX在GPS 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、制圖等方面支持上百種應(yīng)用軟件和網(wǎng)絡(luò)服務(wù),成為GPS接收機(jī)、桌面軟件、移動(dòng)設(shè)備軟件以及基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)格式(見(jiàn)表1)。
GPX 數(shù)據(jù)格式僅支持WGS-84 經(jīng)緯度坐標(biāo)(格式為DDD.dddddddddb)。如果已知數(shù)據(jù)為其它坐標(biāo)系數(shù)據(jù), 需要轉(zhuǎn)換為WGS-84經(jīng)緯度格式的坐標(biāo)。
表1 GPX數(shù)據(jù)交換格式屬性
2.3 GPS數(shù)據(jù)交換
2.3.1 GPS手持機(jī)數(shù)據(jù)輸入
GPX交換文件是一個(gè)XML文件,Mapsend Lite軟件、Global Mapper軟件可以直接讀取,而eXplorist GPS手持機(jī)亦能通過(guò)MapSend Lite軟件輸入GPX數(shù)據(jù)。利用Global Mapper數(shù)據(jù)輸入、輸出功能可快速將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為GPX數(shù)據(jù)。其過(guò)程是將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為SPS數(shù)據(jù),利用Global Mapper輸出GPX數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)由MapSend Lite向GPS手持機(jī)寫(xiě)入GPX數(shù)據(jù)。
采用上述方法,可將測(cè)線、炮檢點(diǎn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或踏勘路線利用Global Mapper轉(zhuǎn)化為GPX格式后,利用MapSend Lite批量導(dǎo)入手持機(jī),實(shí)現(xiàn)航點(diǎn)、航線數(shù)據(jù)的快速建立與查詢。
2.3.2 GPS手持機(jī)數(shù)據(jù)輸出
手持GPS 踏勘基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的航點(diǎn)坐標(biāo)位置和測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)必須轉(zhuǎn)換成KLsies、Mesa等地震勘探設(shè)計(jì)軟件可以加載的格式(常見(jiàn)為平面坐標(biāo)或SPS格式,見(jiàn)圖1),才能用來(lái)實(shí)現(xiàn)地震勘探設(shè)計(jì)和圖件的任意比例尺輸出。手持機(jī)GPX格式數(shù)據(jù)輸出,可利用Global Mapper自動(dòng)投影轉(zhuǎn)換功能,將GPX數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)化為采集設(shè)計(jì)軟件通用格式。
圖1 導(dǎo)航儀與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程
采用上述方法,可將野外踏勘時(shí)手持機(jī)記錄的航點(diǎn)、航線數(shù)據(jù)輸出為采集軟件可識(shí)別格式,在采集軟件中準(zhǔn)確、直觀顯示踏勘路線、障礙物及干擾源位置,為地震設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確、詳細(xì)的基礎(chǔ)資料。
三、GPS數(shù)據(jù)采集
3.1 參數(shù)設(shè)置
3.1.1 參考橢球-坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置
GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)所提供的坐標(biāo)屬于WGS-84坐標(biāo)系(經(jīng)緯度坐標(biāo)系),但地震采集常使用的坐標(biāo)系屬于高斯投影的1954年北京坐標(biāo)系,即BJ-54坐標(biāo)系。以下列出了WGS84坐標(biāo)系與1954年北京坐標(biāo)系及1980西安坐標(biāo)系橢球參數(shù)(見(jiàn)表2)。
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