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GPS手持導航儀在地震踏勘和設計的應用論文
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,對地震踏勘及設計要求也越來越高。手持GPS以全天候、高精度、成本低、操作簡單、高效益等顯著特點,給定位提供了極大的方便,越來越多的應用到地震采集踏勘至設計各個環(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)采集及交換進行了介紹,結合地理信息軟件Goggle Earth、Global Mapper、MapSend Lite等地理信息軟件,介紹了在地震采集系統(tǒng)中設計及踏勘中的應用。
一、GPS接收終端簡介
1.1 便攜式手持終端簡介
在野外工作中,性價比較高便攜式GPS接收終端大體上有Garmin、Explorist、Venture 、勞倫斯等機型,根據(jù)價位高低及功能多少分為三個層次的產(chǎn)品。
基本機型:有Garmin Legend H、eXplorits600等機型,目前應用面較廣,也是普通用戶大規(guī)模使用的普及機型。中高端機型:eXplorits510、Garmin Vista C 蜂彩、GPS76C等。該類機型代表市場發(fā)展的主流方向。電子地圖數(shù)據(jù)較為詳細,亦配備內置電子羅盤和氣壓高度計,避免了屏蔽后的方位指向困難,也在一定程度上緩解了GPS 測高不準的問題。
隨著信息技術的進步與發(fā)展,SD擴展卡漸漸應用到手持導航儀中,卡容量從最初的64MB 擴展到現(xiàn)在的8GB,使人們可以隨心所欲地存儲MapSend格式的詳細地圖數(shù)據(jù)。
1.2 eXplorist600手持終端簡介
1.2.1 性能簡介
eXplorist序列機型是地震勘探野外作業(yè)目前應用較為廣泛的便攜式機型之一,它有如下特點:(1)TrueFix技術,精確度更高,改正精度達到3m以內;(2)SD擴充卡:支持SD卡 擴展內存,可實現(xiàn)航點、航線、航跡無限存儲;(3)內置地圖;(4)航跡:可存儲3~5條航跡,每條航跡可包含2000個航跡點;(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 功能簡介
eXplorist600手持GPS提供3種基本導航功能。(1)航點導航。用航點導航到地圖上某點的直接路徑,通過點導航模式,就可以根據(jù)手持機導航信息提示,尋找到坐標點。根據(jù)需要,還可以設置其他數(shù)據(jù)項在顯示屏上,比如方位、時間、速度、坐標等。(2)航線導航。將測線定義為航線,包括定義航線附近的各種路標,用于測線導行。(3)航跡導航。通過對行進過的路線進行存儲,可以在再次行進時重復原有的路線,或利用航跡返回功能沿原路返回到起點。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起來,然后把GPS交給其他后續(xù)班組,后續(xù)班組利用航跡,直接導航到已設定的激發(fā)或接收物理點位上。如果在施工中迷失方向,還可以利用這一功能,根據(jù)已存儲的航跡原路返回。
二、eXplorist手持機數(shù)據(jù)格式
2.1 數(shù)據(jù)類型
航點(Waypoint):用于記錄地圖上的某個點的位置,可以存儲坐標(經(jīng)緯度)、注解、點標識等其它信息。航跡(Track):一段運動軌跡,由很多個點組成,一般的GPS內部可以存幾百個到幾千個。Track的生成算法比較重要,好的算法記錄點少而且描述精確。航線(Route):手工或自動生成的線路,一般由幾十個點組成。
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)的一種開發(fā)數(shù)據(jù)標準,編碼采用UTH-8 Unicode格式,分別以XML標簽的形式記錄文件基本格式、航點、航跡、航線等信息。目前GPX在GPS 數(shù)據(jù)格式轉換、制圖等方面支持上百種應用軟件和網(wǎng)絡服務,成為GPS接收機、桌面軟件、移動設備軟件以及基于網(wǎng)絡服務的數(shù)據(jù)轉換的標準格式(見表1)。
GPX 數(shù)據(jù)格式僅支持WGS-84 經(jīng)緯度坐標(格式為DDD.dddddddddb)。如果已知數(shù)據(jù)為其它坐標系數(shù)據(jù), 需要轉換為WGS-84經(jīng)緯度格式的坐標。
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手持機數(shù)據(jù)輸入
GPX交換文件是一個XML文件,Mapsend Lite軟件、Global Mapper軟件可以直接讀取,而eXplorist GPS手持機亦能通過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)轉化為GPX數(shù)據(jù)。其過程是將原始數(shù)據(jù)轉化為SPS數(shù)據(jù),利用Global Mapper輸出GPX數(shù)據(jù),實現(xiàn)由MapSend Lite向GPS手持機寫入GPX數(shù)據(jù)。
采用上述方法,可將測線、炮檢點設計數(shù)據(jù)或踏勘路線利用Global Mapper轉化為GPX格式后,利用MapSend Lite批量導入手持機,實現(xiàn)航點、航線數(shù)據(jù)的快速建立與查詢。
2.3.2 GPS手持機數(shù)據(jù)輸出
手持GPS 踏勘基礎數(shù)據(jù)的航點坐標位置和測點坐標必須轉換成KLsies、Mesa等地震勘探設計軟件可以加載的格式(常見為平面坐標或SPS格式,見圖1),才能用來實現(xiàn)地震勘探設計和圖件的任意比例尺輸出。手持機GPX格式數(shù)據(jù)輸出,可利用Global Mapper自動投影轉換功能,將GPX數(shù)據(jù)自動轉化為采集設計軟件通用格式。
圖1 導航儀與設計數(shù)據(jù)轉換流程
采用上述方法,可將野外踏勘時手持機記錄的航點、航線數(shù)據(jù)輸出為采集軟件可識別格式,在采集軟件中準確、直觀顯示踏勘路線、障礙物及干擾源位置,為地震設計提供準確、詳細的基礎資料。
三、GPS數(shù)據(jù)采集
3.1 參數(shù)設置
3.1.1 參考橢球-坐標系統(tǒng)設置
GPS 導航系統(tǒng)所提供的坐標屬于WGS-84坐標系(經(jīng)緯度坐標系),但地震采集常使用的坐標系屬于高斯投影的1954年北京坐標系,即BJ-54坐標系。以下列出了WGS84坐標系與1954年北京坐標系及1980西安坐標系橢球參數(shù)(見表2)。
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