祁曉雨

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

IPHONE手機(jī)在物探測量中的應(yīng)用

祁曉雨

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

物探野外測量放樣中通常使用RTK技術(shù)。紙質(zhì)地形圖攜帶不方便，給外業(yè)測量帶來很多不便，將鐵路線位精確存儲在IPHONE手機(jī)中，應(yīng)用于施工測量，是一種全新的方式，對物探或測量專業(yè)尋找施工路線或確定施工區(qū)域具有實(shí)用價(jià)值。

IPHONE；坐標(biāo)系；四參數(shù)轉(zhuǎn)換；Google Earth

隨著科技的發(fā)展，智能手機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，如何將智能手機(jī)應(yīng)用在鐵路勘察領(lǐng)域，是一個(gè)較新的課題。對于物探專業(yè)來說，傳統(tǒng)的踏勘方法為根據(jù)上序?qū)I(yè)提供的測量控制點(diǎn)及線位，事先查看施工位置，記錄控制點(diǎn)信息、線位坐標(biāo)。踏勘過程中不能確定自己所在位置，對施工區(qū)域所處位置也比較模糊，帶來很多不便。將控制點(diǎn)信息及線位位置精確存儲在IPHONE的Google Earth中，踏勘者可提前緩沖好地圖或現(xiàn)場，根據(jù)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)查看自己所處位置及控制點(diǎn)與線位所在區(qū)域，并確定路線。

1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

實(shí)際工作中，鐵路線位為CAD形式，坐標(biāo)系為BJ54或XIAN80系，控制點(diǎn)信息包括BJ54或XIAN80坐標(biāo)系的平面坐標(biāo)及WGS-84坐標(biāo)系的大地坐標(biāo)。要通過控制點(diǎn)信息計(jì)算出轉(zhuǎn)換參數(shù)，將鐵路線位換算成準(zhǔn)確的WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)，將其應(yīng)用在IPHONE中。常規(guī)的參數(shù)轉(zhuǎn)換有七參數(shù)轉(zhuǎn)換與平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換，在此，我們只需要確定線位的平面坐標(biāo)，用平面四參數(shù)即可。

1.1 四參數(shù)數(shù)學(xué)理論模型

平面四參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是將三維空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為二維平面坐標(biāo)，是一種降維方法，避免了由于已知點(diǎn)高程系統(tǒng)不一致而引起的誤差。在高斯平面內(nèi)四參數(shù)的數(shù)學(xué)含義如下：

ΔX——x的平移分量；

ΔY——y的平移分量；

T——旋轉(zhuǎn)角度；

K——尺度因子。

四參數(shù)數(shù)學(xué)模型為

(1)

式中，X、Y是投影后的直角坐標(biāo)，X′、Y′是變換后坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。一般需要兩個(gè)及兩個(gè)以上控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)及大地坐標(biāo)，才能計(jì)算出這四個(gè)未知轉(zhuǎn)換參數(shù)。通過上述四個(gè)參數(shù)，便可由上述四參數(shù)方程組，對不同平面直角標(biāo)系下坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

1.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換流程

用已知控制點(diǎn)信息求解平面轉(zhuǎn)換四參數(shù)，將BJ54或XIAN80坐標(biāo)系下的線位坐標(biāo)通過COORD程序轉(zhuǎn)換成WGS-84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，在通過SUNCHAR系列子程序CreatGpx將線位的WGS-84坐標(biāo)文件轉(zhuǎn)換成電腦版Google Earth可讀取的GPX文件(如圖1所示)。

圖1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換流程

2 工程實(shí)例

以某鐵路工程線位(DK332+700～DK358+800)為例，線路長26.1 km，深入山區(qū)，給物探踏勘帶來了一定難度。將其在IPHONE中顯示出來，同時(shí)與CAD地形圖及現(xiàn)場RTK點(diǎn)放樣位置對比，獲得了準(zhǔn)確的地理位置。

坐標(biāo)格式如表1、表2、表3所示。

表1 平面轉(zhuǎn)換四參數(shù)

表2 BJ54坐標(biāo)格式 m

表3 轉(zhuǎn)換后的WGS-84坐標(biāo)格式

通過數(shù)學(xué)理論模型求解四參數(shù)比較繁瑣，利用南方測繪公司的S82 RTK手簿輸入至少兩個(gè)已知控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)及大地坐標(biāo)，可直接獲得平面轉(zhuǎn)換四參數(shù)(表1)；利用COORD程序，輸入求得的四參數(shù)，將線位的BJ54坐標(biāo)(表2)轉(zhuǎn)換成WGS-84坐標(biāo)(表3)；在利用SUNCHAR系列子程序CreateGpx程序?qū)⒕€位的WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成GPX文件(表4)。

表4 GPX文件格式

2.1 電腦版Google Earth顯示線位

通常大家都是在電腦上利用平面圖或Google Earth來查看鐵路踏勘路線或施工區(qū)域，地形圖比例尺不一，通常很少能得到1∶50 000地形圖，提供的都是1∶2 000等大比例尺地形圖。大比例尺地形圖通常只能查看沿線位左右各大約500 m的位置，沒有全局性。將GPX文件用電腦版Google Earth打開，即可在電腦上查看線位及施工區(qū)域，但在野外踏勘中并不能實(shí)時(shí)觀看路線，同樣帶來很多不便。針對上述地形圖及電腦版Google Earth對實(shí)際工作帶來的局限性，將線位如何用IPHONE實(shí)時(shí)顯示尤為重要(如圖2所示)。

圖2 DK332+700～DK358+800在電腦版Google Earth位置

2.2 IPHONE中Google Earth顯示線位

首先，要在IPHONE上下載美國APP版的Google Earth，大家通常用的Apple ID都是中國的ID，需要重新注冊美國Apple ID，登錄美國App Store，下載Google Earth。其次，將GPX文件用電腦版Google Earth打開后，將位置另存為*.KMZ文件，發(fā)送到IPHONE，最后用IPHONE中Google Earth打開該文件。在實(shí)際工作中，可以實(shí)時(shí)查看自己所處位置及施工區(qū)域，并確定路線。

2.3 位置對比

為了確定IPHONE上Google Earth顯示的線位是否是精確的地理位置，與地質(zhì)專業(yè)提供的CAD地形圖及RTK實(shí)際點(diǎn)放樣位置進(jìn)行對比(如圖3、圖4、圖5所示)。

圖3 DK332+700～DK358+800在IPHONE中Google Earth位置

圖4 DK334+400～DK334+600在IPHONE中Google Earth位置圖(放大后)

圖5 DK334+400～DK334+600在CAD地形圖位置

對比圖4與圖5，查看DK334+400、DK334+500、DK334+600的位置，兩種形式雖為不同比例尺，但經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，實(shí)時(shí)查看IPHONE中Google Earth顯示位置，同時(shí)與RTK實(shí)際點(diǎn)放樣位置對比，線位在IPHONE中Google Earth中顯示的地理位置是準(zhǔn)確的，兩種形式給出的地理位置一致，說明本次應(yīng)用是成功的，對以后的測量工作或踏勘工作具有指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

(1)鐵路線位及控制點(diǎn)信息在IPHONE中Google Earth中顯示的地理位置準(zhǔn)確。

(2)將IPHONE應(yīng)用在物探測量中是成功的，在踏勘或?qū)嶋H測量中可以實(shí)時(shí)查看地理位置，能夠快速、正確的確定路線及施工區(qū)域，對類似的勘察工作具有指導(dǎo)意義。

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TheApplicationofIPHONEforGeophysicalMeasurement

QI Xiaoyu

2014-10-16

祁曉雨(1983—)，男，2010年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師。

1672-7479(2014)06-0020-03

P631

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