MapGIS圖件校正與GPS定位在地質(zhì)工作中的應(yīng)用

陳 擎，劉 林，馮 偉

（1.核工業(yè)二○三研究所，陜西 咸陽 712000）

目前大多數(shù)地質(zhì)工作中，野外地質(zhì)定點采用GPS大地坐標(biāo)，經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件轉(zhuǎn)換為投影平面直角坐標(biāo)[1]，最后手工把地質(zhì)點投影到圖件上。投影點不僅誤差大，還很繁瑣。GPS大地坐標(biāo)本身就有較大的誤差，再使用軟件轉(zhuǎn)換，就會使誤差累計。而且大多數(shù)地質(zhì)圖件為非校正的圖件，圖件本身存在較大誤差，再用手工投影就會造成更大的偏差。為此，在實際工作中，筆者總結(jié)出了一套通過MapGIS與GPS共同使用一種投影平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)作為橋梁，把地質(zhì)圖件校正與GPS參數(shù)設(shè)置二者相結(jié)合的工作方法，以供參考和交流。

1 地質(zhì)圖件校正

地質(zhì)圖件校正是指利用MapGIS軟件，把與某一地區(qū)地質(zhì)工作有關(guān)的地形圖、地質(zhì)圖、航片和遙感影像等圖件，依據(jù)其已知理論坐標(biāo)，投影到某種投影平面直角坐標(biāo)系下的實際坐標(biāo)位置。

對于矢量化圖件時沒有定義坐標(biāo)系統(tǒng)的[2]，被默認(rèn)為用戶自定義坐標(biāo)系統(tǒng)，它是一種不嚴(yán)格的坐標(biāo)系，必須校正，即給用戶自定義坐標(biāo)系賦予與圖件相同的橢球參數(shù)和投影類型，通過誤差校正使圖件投影到圖面坐標(biāo)值的實際位置。

在圖件校正過程中，必須進行單位之間的換算，采用圖面坐標(biāo)=(實際坐標(biāo)×1 000)/比例尺分母計算。要注意，投影平面直角坐標(biāo)系和MapGIS軟件坐標(biāo)系X、Y軸正好相反，如點（X=4061643.466，Y=17451397.039）在1∶50000圖件中實際輸入坐標(biāo)為（X=9027.94078，Y=81232.86932）。注意，17 為 6°帶帶號，直接去掉。

1.1 非矢量化圖件校正

針對收集的未矢量化圖片格式的地質(zhì)圖件，利用MapGIS軟件[3]中圖像分析模塊對其進行校正。首先利用影像轉(zhuǎn)換模塊把JPG、TIF等格式圖片轉(zhuǎn)換為MSI格式的影像文件；然后利用鑲嵌融合給影像文件加入準(zhǔn)確控制信息，使其位于坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確位置。對于非標(biāo)準(zhǔn)圖幅的影像文件，通過手工輸入3個或3個以上的理論坐標(biāo)已知的點校正。對于國家標(biāo)準(zhǔn)分幅的圖件，利用參照文件在屏幕中提取控制點校正。

1.2 矢量化圖件校正

針對未校正的矢量化圖件，校正方法為：首先采用投影變換，將矢量化的數(shù)據(jù)校正到需要的投影平面直角坐標(biāo)系下；然后，利用誤差校正，選取4個及4個以上的已知理論坐標(biāo)值的點作為控制點，分別對點、線、面文件進行校正，使數(shù)據(jù)在投影平面直角坐標(biāo)系下處于坐標(biāo)實際位置。

2 GPS系統(tǒng)參數(shù)校正

GPS測量采用的是球心坐標(biāo)系（也稱質(zhì)心坐標(biāo)系），即WGS84世界坐標(biāo)系；而大地測量采用的是參心坐標(biāo)系，其以參考橢球體的中心為原點。所以，GPS測量系統(tǒng)與常規(guī)大地測量系統(tǒng)所采用的橢球參數(shù)及坐標(biāo)系的原點不同，GPS觀測的三角點坐標(biāo)值與已知的坐標(biāo)值相差甚遠。

鑒于上述原因，為了避免誤差，以往采用大地坐標(biāo)進行GPS定位，然后將其轉(zhuǎn)換為平面直角坐標(biāo)，不僅繁瑣而且還存在較大的誤差。通過研究發(fā)現(xiàn)，在某一區(qū)域，對GPS各種參數(shù)進行重新設(shè)置和調(diào)整，可以消除因橢球參數(shù)的不同而產(chǎn)生的定位誤差，提高觀測精度。

2.1 校正參數(shù)的計算

1）參數(shù)計算。測區(qū)范圍內(nèi)，在均勻分布的不少于3個已知三角點上，先將GPS接收機內(nèi)部的參數(shù)全部設(shè) 為“0”， 即DX=0、DY=0、DZ=0、DA=0、DF=0，其中DX、DY、DZ為同一點2種坐標(biāo)系統(tǒng)三維坐標(biāo)差值，DA為2種坐標(biāo)系統(tǒng)長半軸差值，DF為2種坐標(biāo)系統(tǒng)扁率的差值，以1954北京坐標(biāo)系為例，DA=-108、DF=0.0000005。上述操作完成后，用GPS接收機分別觀測已知三角點的坐標(biāo)，根據(jù)觀測結(jié)果與已知坐標(biāo)值求出各自的差值，并取其平均值作為DX、DY、DZ的改正值，此時改正數(shù)只作為參考。

2）參數(shù)驗證。在已進行觀測的三角點上將GPS接收機的參數(shù)DX、DY、DZ設(shè)為已經(jīng)取得的改正數(shù)，將DA、DF設(shè)為相應(yīng)的差值；再在相同的三角點上觀測已知點坐標(biāo)，根據(jù)觀測結(jié)果對DX、DY、DZ加入第2次新的改正數(shù)。此時，再用GPS接收機第2次觀測所有已知點的坐標(biāo)進行第2次改正。經(jīng)多次觀測改正，直到GPS接收機觀測的坐標(biāo)值接近已知點坐標(biāo)，其差值一般小于5 m時，取其各點的觀測值與已知坐標(biāo)的差值的平均值作為DX、DY、DZ的最終改正數(shù)。

2.2 參數(shù)設(shè)置的具體操作方法

以GARMIN公司的小博士[4]系列為例，其他型號的基本類似。其操作步驟為：進入菜單-設(shè)置-單位-位置格式- 選擇User Grid-設(shè)置中央經(jīng)線（計算所得）、投影比例（1.000 000 0）、東西偏差（500 000.0）、南北偏差（0.0）-儲存-地圖基準(zhǔn)- WGS84-選擇User-輸入各項改正參數(shù)-儲存。

特別值得注意的是，6°帶中央子午線的算法為：經(jīng)度＝6×當(dāng)?shù)貛枺?；3°帶中央子午線的算法為：經(jīng)度＝3×當(dāng)?shù)貛枴?/p>

經(jīng)過參數(shù)校正的GPS坐標(biāo)為投影平面直角坐標(biāo)，其坐標(biāo)值準(zhǔn)確，最大誤差為3～5 m，在允許的誤差范圍之內(nèi)。

3 校正圖件與GPS鏈接應(yīng)用

通過上述圖件校正和GPS系統(tǒng)參數(shù)的校正，使得圖件和GPS實際觀測坐標(biāo)有了相同投影平面直角坐標(biāo)系，這樣就可以將野外采集的地質(zhì)路線點、礦點、礦化點以及已完成的工程投影到校正的地質(zhì)圖件上，使圖面內(nèi)容更加準(zhǔn)確。同樣，可以把收集到的不同資料進行疊加，對工作區(qū)進行綜合地質(zhì)分析；也可以在校正圖件上布設(shè)地質(zhì)工作，直接在圖件上獲取準(zhǔn)確的坐標(biāo)，使用GPS進行野外工作部署。

1）野外采集點投影到校正圖件。GPS野外采集的點，通過MapGIS投影變換[5]模塊中的用戶投影變換，可以一次性準(zhǔn)確地投影到需要的投影平面直角坐標(biāo)系中，把圖件通過上述方法校正到與其一致的坐標(biāo)系統(tǒng)下，這樣二者有共同的坐標(biāo)系統(tǒng)，都在其理論坐標(biāo)的準(zhǔn)確位置。添加到一個工程文件中，點就準(zhǔn)確地投影到圖件了。

2）多元信息圖件的疊加。把收集到的不同時期、不同比例尺多元信息圖件，按同一個比例尺計算理論坐標(biāo)值，并進行校正匹配[6]、添加到一個工程文件中，可以在一個文件中看到同一地區(qū)多元信息資料，并且各種圖面信息的位置是準(zhǔn)確的。這樣有利于綜合分析工作區(qū)的信息，進行綜合研究。

3）在校正圖件上布設(shè)的工作準(zhǔn)確定位到實際坐標(biāo)。依據(jù)綜合分析結(jié)果，在校正圖件上布設(shè)地質(zhì)調(diào)查路線、實測剖面、地表工程（探槽、淺井）及深部工程（鉆探）等，可以準(zhǔn)確地獲得實際坐標(biāo)[7]，將其導(dǎo)入GPS中，在野外進行精確的定位。其方法為：在MapGIS工程文件中點擊設(shè)置-設(shè)置坐標(biāo)顯示-輸入計算的數(shù)據(jù)比例尺，可以在下邊工具欄中讀取圖面上鼠標(biāo)所在點的實際坐標(biāo)值。

4 應(yīng)用效果

綜上所述，基于MapGIS軟件，通過對地質(zhì)圖件的校正、GPS參數(shù)的設(shè)置，達到了工程文件與GPS定位的統(tǒng)一，在柴達木地區(qū)獲得了良好的應(yīng)用效果。

1）通過對柴達木地區(qū)某一區(qū)塊矢量化地形圖、地質(zhì)圖、地面伽瑪能譜測量成果圖、遙感影像的校正匹配，綜合分析了該區(qū)塊的地質(zhì)、物探信息，準(zhǔn)確圈定了含礦構(gòu)造帶的范圍，對布設(shè)實測剖面位置、鉆探孔位起到了良好效果。

2）快速、準(zhǔn)確地編制了柴達木每一工作區(qū)塊的實際材料圖，結(jié)合野外測量結(jié)果，對地質(zhì)圖件進行了修編，提高了圖件的準(zhǔn)確性。

[1]張金金,梁洪有,陳興峰,等.像平面坐標(biāo)到經(jīng)緯度坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換[J].地理空間信息,2010,8(1):63-66

[2]郭風(fēng)華，李仁杰，郭順通.MapGIS軟件坐標(biāo)系統(tǒng)與MapInfo數(shù)據(jù)交換的關(guān)系[J].地理空間信息，2007,5(3):128-130

[3]吳信才.MapGIS地理信息系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010

[4]合眾思壯科技股份有限公司.集思寶eTrexH使用說明書[Z].2007

[5]陳雷,梁偉杰,劉穎.MapGIS投影變換子系統(tǒng)的應(yīng)用[J].吉林地質(zhì),2008,27(4):130-133

[6]易文萍.MapGIS在地質(zhì)成圖中的應(yīng)用——多種數(shù)據(jù)源套合成圖[J].東華理工學(xué)院學(xué)報，2006（SI）:207

[7]高靜,陳路,趙洪振,等.MapGIS中投影變換在礦產(chǎn)資源規(guī)劃中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息,2008,31(6):117-119