手持GPS在公路工程踏勘中的应用研究

【摘要】通过七参数法进行坐标转换和数据文件格式转换，将纸上选线、定线数据成功地导入手持GPS设备中，实现实地线位导航定位，从而大大提高了公路工程踏勘的速度和准确性，还可以一定程度上辅助施工校准和监理核查工作。

【关键词】手持GPS；坐标转换；公路踏勘；应用

1.引言

随着电子信息技术的不断发展，手持GPS凭借体积小、重量轻、便于携带的特点，目前在电力、林业、地质、国防等工程领域发挥着越来越重要的作用,大大减少了野外作业工作量，提高了工作效率。本文就手持GPS在公路工程踏勘选线中的应用过程、应用范围等方面进行介绍。

2.流程概述

在公路设计前期的踏勘调查中，项目区域往往地形复杂，参照物少，人为判断线位位置难度较大。因此，利用手持GPS对纸上定线的线位及中桩进行较准确地定位，会大大提高工作效率和精确度。笔者通过对手持GPS的数据特点等进行分析研究，成功实现公路工程纸上选线定线数据的现场引导，从而提高前期踏勘选线的准确性和工作效率。实现路线导航、定位的操作流程见图1。

3.转换过程

3.1 手持机参数设置

在使用手持GPS之前，先要对其初始系统进行设置。主要设置参数有：中央经线（LONGITUDE）：E111度；投影比例（SCALE）：+1.0000000；东西偏差（FALSE E）：+500000.0m；南北偏差（FALSE N）:0.0m[1]。

3.2 坐标转换

在工程测量领域，大致有三种坐标表示方法：大地坐标经纬度（WGS-84坐标系）和高程（B、L、H）、空间直角坐标（X、Y、H）、高斯平面坐标和高程（X、Y、H）。大地坐标经纬度（WGS-84）坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系，是一种协议地球坐标系。高斯平面坐标系在我国常用的主要有1954北京坐标系和1980西安坐标系。1954北京坐标系是将我国大地控制网与前苏联1942年普尔科沃大地坐标系相联结后建立的我国过渡性大地坐标系，采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球体。1980西安坐标系采用1975国际椭球，以JYD 1968.0系统为椭球定向基准，采用多点定位所建立的大地坐标系[3]。目前，手持GPS使用的坐标系统基本都是WGS-84坐标系，而我们纸上定线所使用的地图信息资料大多属于1954年北京坐标系或1980年西安国家大地坐标系，属于高斯平面坐标系，因此要建立两个不同坐标系的转换。很显然，高斯坐标系与大地坐标系是不同的椭球基准，所以在高斯坐标（54或80坐标系）与大地坐标（WGS-84）之间的转换不存在一套固定的参数可以全国通用。目前，比较严密的转换方法是七参数法（即X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K）。要求得七参数就需要测区内3个以上的控制点。七参数可以通过函数求得[2]，也可以通过COORD软件设置求解，求解过程见图2。

3.3 格式转换

在求得转换七参数之后，可以借助COORD软件实现单点转换，若要进行文件的批量转换，需要设置文件格式。打开软件界面，按照“文件转换-自定义格式-新建格式-源文件格式填写csv（便于下一步软件的转换使用）-选择数据列表添加项（为与逐桩坐标表对应，选择（点号、X、Y）完成新建；转换格式-选择转换后的文件格式-确定”的顺序进行设置，即可实现坐标的批量转换。

在完成数据坐标的批量转换后，下一步需要完成转换得到的数据文件格式与手持GPS设备中数据格式的通用。目前，手持GPS设备由于型号和品牌的不同，终端数据文件格式有所不同，本文以GARMIN手持GPS设备为例，介绍数据格式的转换。GARMIN手持GPS的数据类型为gdb格式，需要借助Router Converter软件进行套壳输出：

（1）安装RC软件（安装程序在相关网站下载，安装前需要安装java）；

（2）将第一步中转换得到的经纬度数据文件单元列格式调整为：经度、纬度、点号；

（3）将编排好的文件存为csv逗号分隔符文件；

（4）导入RC软件，输出gdb格式文件。

至此，大地坐标系（WGS-84）下的gdb文件转换成功，图4为转换界面。

3.4 输出数据和线位标定

使用人机交互软件Mapsource（随机光盘中获取程序或网上下载）将转换好的数据导入手持机终端。

（1）将转换好的gdb文件打开。

（2）选择传输菜单-传输至手持机-可选择导入航线、航迹、航点项-确定。

4.在公路工程中的应用

4.1 可研阶段、设计前期踏勘的向导

可研、设计前期踏勘选线阶段，一般无法进行大规模的反复的仪器放线，而项目区域往往地形复杂，参照物少，因此，极易造成人为估计实际线位不准确或错误。通过此次坐标转换和导入，便可以很轻松的实现实地线位较准确的定位，进而快速的判断线位的合理性，节省选线时间，提高定线效率。

4.2 快速寻找特殊工点点位

高等级公路设计过程中要不断地反复地踏勘现场，更有在项目外业验收汇报阶段，对于一些特殊工点的位置、线位外的临时设施（取土场、弃土场、料场等）的位置，往往大型仪器放线过程中并未进行标定，而借助手持GPS，只要将点位坐标进行转换输入到终端设备，现场便可快速引导，找到这些特定点位，很好地完成工作。

4.3 施工交桩中寻找导线点位置

由于公路的建设周期较长，从前期勘测到施工需要经历较长时间，因此，在开工前交桩时，由于各种原因，野外埋设的导线点往往只能凭记忆进行寻找，个别点位可能需要开挖或者清理，存在一定的误差。而借助手持GPS，将坐标转换后导入，便可快速准确的找到点位。

4.4 辅助监理核查、施工校准

将设计线位数据转换后导入手持GPS，便可解放大量图纸的牵制，在施工现场很快地对路线线位进行核查和校准，大大提高监理核查的速度和准确性。

5.结语

通过项目实地验证，手持GPS的此种转换应用精度可以达到1m之内（信号良好时），能很好地应用到公路工程设计踏勘中，大大提高工作效率和准确性，同时降低勘测成本；另外，也可以对施工和监理工作起到辅助作用。但在大量的实践过程中，也发现了一些信号影响精度的问题，在今后的研究中，将致力于扩大应用范围和提高精度两方面。

参考文献

[1]燕晋宁,朱永超.手持GPS在山区、丘陵地区1:10000比例尺地形图测绘中的应用[J].北京测绘,2010,2:63-67.

[2]王卫东,杨磊.手持GPS坐标系统转换参数的求解方法[J].工程技术,2011,9:29.

[3]吕志平,乔书波.大地测量学基础[M].北京:测绘出版社,2010,03.

作者简介：

张倩（1985—），女，山东新泰人，山东东泰工程咨询有限公司助理工程师。

赵兴奎（1980—），男，宁夏固原人，山东东泰工程咨询有限公司工程师。

张诚（1986—），男，内蒙古牙克石人，重庆市城市交通规划研究所助理工程师。