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GPS手持机在煤矿塌陷区勘查工作中的应用 　　【关键词】GPS手持机 塌陷区勘查 数据采集 　　煤矿塌陷区勘查是对塌陷地及裂缝的位置、长度、宽度、面积的调查，为矿业用地的再生利用和生态系统恢复提供数据和资料。相比于传统勘查测量仪器，GPS手持机具有全天候、便于携带、简便高效的特点，能够实时、准确、翔实地掌握塌陷地貌的空间数据信息。特别是近年来亚米级GPS手持机的出现，使得手持机在塌陷区勘查工作中推广应用成为可能。 　　1 工程概况 　　平顶山某矿位于韩梁煤田腹地，属浅山丘陵区，已有30年开采历史，由于长期地下煤层自燃、原煤采挖和大量抽去地下水等因素，从娘娘山到青草岭南端地表出现塌陷，并在一些地表形成巨大裂缝，对耕地、房屋建筑、公路桥梁、给排水管线等造成一定损害，需要对塌陷造成的生产生活影响进行评估，掌握与塌陷裂缝相关的点线面要素坐标和面积数据。 　　2 GPS手持机的数据采集 　　本次任务采用中海达高精度Qstar5GPS手持机，这款机型使用单频单星，定位模式采用广域差分SBAS（Space Based Augmentation System），SBAS是利用地球静止轨道卫星建立的地区性广域差分增强系统，它配合地面站台以提供GPS校正讯号，让我们得到更准确的定位。目前全球发展的SBAS有欧空局的EGNOS，美国的DGPS、WAAS，日本的MSAS。Qstar5采用的MSAS，覆盖亚洲大陆，适合我国使用。中国MSAS卫星编号是129、137。因为这种技术，该款手持机定位精度达亚米级，完全可以满足塌陷区勘查的要求。 　　2.1 坐标转换参数的设置 　　GPS手持机直接获取的是点的WGS-84大地坐标，而现有地形图图件使用“1980西安坐标系”。 此时就需要进行坐标转换参数计算，手持机软件“工具”菜单下有“参数计算模块”，用户只需录入控制点的两套坐标，就可在模块功能下计算出转换参数并保存。再进行数据采集时，就能实现外业的实时动态投影，现场获取西安80坐标。 　　坐标转换模型有严密的布尔莎七参数，即两椭球之间在空间向量上的平移、旋转、尺度参数（Dx、Dy、Dz、Wx、Wy、Wz、K），且旋转量要很小，是一种比较严密的转换模型，需要三个点才能进行解算。一般选择简便的近似七参数（即三参数，Dx、Dy、Dz，K默认为1），只有空间向量上的平移参数，是一种精度较低的转换，一个已知点即可求解，但实际最好用至少三个已知点，以提高精度。 　　坐标转换的具体步骤是： 　　（1）在勘查区收集三个（或三个以上）均匀分布的等级控制点的B、L、H，将其转换为对应的空间直角坐标X、Y、Z； 　　（2）可用静态GPS实测控制点坐标，将其WGS-84大地坐标B、L、H转换为对应的空间直角坐标X、Y、Z； 　　（3）用第（2）的结果减去第（1）步结果，就能得到三组DX、DY、DZ，取其平均值作为转换参数。 　　通过相应计算，本次任务区的三个平移参数为：DX= -12m、DY= -116m、DZ= -37m。 　　手持机中另外还需录入两个参数Da、Df，均为常数，其中Da=-3m，Df=0.00000000250m。 　　2.2 裂缝相关数据的采集 　　采集数据功能是GPS手持机软件的核心，通过采集获取点、线、面等地物的定位数据，并实时成图，并借助数据词典功能记录地物属性信息。 　　2.2.1 点位坐标采集 　　手持机软件具有“点状地物采集”功能。将手持机放置在裂缝特征点中心，如图1（a）所示，点击屏幕“+”功能键，手动采集点位坐标；（b）图中点右上角“√”确认采集；之后点击图（a）中下方工具栏左侧第三个“笔状”记录按钮，记录该点属性信息。 　　强大的手持机软件提供多种数据采集方式，推荐使用：手动采集――添加当前点坐标；连续采集――可设置按时间或者距离采集，一般设置1秒采集一次；平滑采集――可设置同一个点的采集次数，再取平均值，以此提高采集精度。 　　2.1.2 长度的测量 　　长度是线状地物，线由点组成，线状地物的采集与点状地物采集类似。不同的是，点是采集一个坐标即输入相关属性记录；线则是要采集线的多个节点（2点以上连成线）坐标，即采集完整个线状地物的节点坐标后，方可输入相关属性记录，软件将自动将点连成线。 　　到达线状地物的一个节点，点击“+”，采集当前点坐标，弹出坐标确认界面，点击“√”，再移动到线状地物的另一个节点，点击“+”采集当前点坐标，弹出确认界面，点击“√”，依次采集此线状地物的多个节点。具体见图2。 　　2.1.3 周长、面积测量 　　手持机具有“面状地物采集”功能。首先应该以该地表塌陷区某一点作为测量的起始点开始存点，然后沿塌陷区边缘行进，每一个拐点都存点，直到重新回到起点，形成封闭多边形。