便攜式GPS在野外地質(zhì)找礦工作中的應(yīng)用探討

【摘要】 隨著便攜式GPS越來越廣泛的應(yīng)用到地質(zhì)找礦工作中，本文從實(shí)際工作入手，講述了應(yīng)用于便攜式GPS的不同坐標(biāo)系統(tǒng)的參數(shù)轉(zhuǎn)換方法，并對(duì)其定位精度進(jìn)行一定的分析。

【關(guān)鍵詞】便攜式GPS；參數(shù)轉(zhuǎn)換；定位精度

1、引言

在野外地質(zhì)勘查的各個(gè)階段中均離不開測(cè)量定位工作，利用便攜式GPS在野外工作中進(jìn)行導(dǎo)航和定位，它不僅精度高，而且速度快。可以大大地提高地質(zhì)工作者的工作效率?，F(xiàn)接合本人在野外工作中的實(shí)際應(yīng)用，談一談便攜式GPS轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算方法及其定位精度。

2、參數(shù)計(jì)算方法

要使GPS所測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為自己需要的坐標(biāo)，必須求出兩個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換有七參數(shù)法、和五參數(shù)法等。七參數(shù)法一般用于轉(zhuǎn)換精度要求較高的計(jì)算，而大部分便攜式GPS接收機(jī)內(nèi)部設(shè)置的是五參數(shù)法，因此只要用戶計(jì)算出5個(gè)參數(shù)（DX、DY、DZ、DA、DF） 并按提示輸入即可在儀器上進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。所以必須求出WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到54 北京坐標(biāo)系或80國(guó)家坐標(biāo)系的參數(shù)。下面以1980西安坐標(biāo)系為例，來求便攜式GPS接收機(jī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換5個(gè)參數(shù)的方法。

方法1：

首先在工作區(qū)內(nèi)收集3個(gè)或3個(gè)以上的已知點(diǎn)，要知道這些點(diǎn)的WGS84大地坐標(biāo)B、L、H值，同時(shí)要知道這些點(diǎn)在西安80坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)B、L、H、以及這些點(diǎn)所在地的高程異常值。這種已知點(diǎn)一般通過國(guó)家測(cè)繪部門或?qū)I(yè)測(cè)繪單位獲得。收集好資料后就可以按照下列方法將手持式GPS的WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為西安80坐標(biāo)系（轉(zhuǎn)換北京54坐標(biāo)系下的坐標(biāo)方法與之類似）：

（1）將大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為三維空間直角坐標(biāo)系使用公式分別將已知點(diǎn)在WGS84和西安80坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為相應(yīng)坐標(biāo)系下的三維空間直角坐標(biāo)系。不同坐標(biāo)系橢球參數(shù)見表1。

（2）DX、DY、DZ、DA、DF的計(jì)算

上述函數(shù)模型是把WGS-84坐標(biāo)系的空間直角坐標(biāo)原點(diǎn)平移到1980西安坐標(biāo)系的原點(diǎn)，再用1980西安坐標(biāo)系的橢球參數(shù)反算以達(dá)到兩坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的方法（注：手持GPS存儲(chǔ)的是WGS-84 大地坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換到用戶坐標(biāo)系后顯示的是經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)值）。

把計(jì)算出的三維直角坐標(biāo)值分別代入上式，求出DX、DY、DZ、DA、DF 值。一旦需轉(zhuǎn)換的兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)確定以后，DA、DF 是常值，但DX、DY、DZ 對(duì)于不同地區(qū)有不同的值。

（3）參數(shù)檢驗(yàn)

DX、DY、DZ、DA、DF等5個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)求出后，按提示分別輸入便攜式GPS ，同時(shí)輸入測(cè)區(qū)中央子午線經(jīng)度。E 代表東經(jīng)，投影比例參數(shù)為1，東西偏差為500000m，南北偏差為0，并設(shè)單位為米。輸入這些參數(shù)后，應(yīng)拿到實(shí)地檢測(cè)，檢驗(yàn)這五個(gè)參數(shù)是否正確。方法是：在野外選定視野開闊、GPS 接收信號(hào)強(qiáng)的特征點(diǎn)（如線狀地物交叉點(diǎn)、獨(dú)立地物等） ，最好是埋石控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，然后找出這些點(diǎn)的理論坐標(biāo)與之比較。如比較結(jié)果超過儀器標(biāo)稱精度，則應(yīng)重新測(cè)算轉(zhuǎn)換參數(shù)。操作基本流程見圖1。

方法2 ：野外實(shí)用簡(jiǎn)單有效的方法

由于地質(zhì)工作的特殊性，在野外作業(yè)往往較難收集精度高的坐標(biāo)點(diǎn)資料。下面介紹一種在定位精度要求不高的情況下直接在便攜式GPS上進(jìn)行DX、DY、DZ、DA、DF等5個(gè)參數(shù)的轉(zhuǎn)換。

（1）首先打開GPS進(jìn)行設(shè)定。在“坐標(biāo)基準(zhǔn)”中選擇User Grid ，設(shè)置參數(shù)。如赤峰地區(qū)中央子午線為E 117°，投影比例參數(shù)為1，東西偏差500000m，南北偏差為0m。

（2）在“坐標(biāo)系統(tǒng)”中選擇User 進(jìn)行設(shè)置DX、DY、DZ、DA、DF5個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)。在這5個(gè)參數(shù)中DA 和DF 為固定值。而DX、DY、DZ 參數(shù)值因地區(qū)而異，分別輸入0。所有參數(shù)設(shè)置后，選取礦區(qū)范圍內(nèi)的已知控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)，沒有控制的地區(qū)可以用地形圖等選擇有明顯標(biāo)志的地物點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行圖解坐標(biāo)。根據(jù)測(cè)量坐標(biāo)和已知點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算△X、△Y和△H并取幾組數(shù)字的平均值。然后將這五個(gè)參數(shù)分別輸入到GPS相應(yīng)設(shè)置處并確定。經(jīng)過測(cè)量試驗(yàn)，該方法能夠滿足單機(jī)定位精度小于10m的地面低精度測(cè)量的要求。

3、便攜式GPS定位精度

影響GPS定位精度的因素主要有：與GPS衛(wèi)星有關(guān)的因素、與傳播途徑有關(guān)的因素以及與接收機(jī)有關(guān)的因素。由于接收機(jī)周圍環(huán)境的影響，使得接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星信號(hào)中還包含有各種反射和折射信號(hào)的影響，使定位精度人為降低。根據(jù)不同地區(qū)的使用經(jīng)驗(yàn)，便攜式GPS單機(jī)定位平面精度在10米以內(nèi)。在接收條件好的情況下可以達(dá)到5米以內(nèi)。再者，便攜式GPS高程定位能力不足，在GPS能夠收到4顆以下衛(wèi)星的信號(hào)時(shí)，不推薦使用便攜式GPS進(jìn)行高程測(cè)量。

結(jié)語(yǔ)：

通過上述的研究可以發(fā)現(xiàn)，在野外地質(zhì)測(cè)量中可以充分利用便攜式GPS全天候、實(shí)時(shí)性和快速定位的特點(diǎn)，能夠提高地質(zhì)工作者的工作效率。但要注意其單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位平面精度一般在1—10m左右，目前只能應(yīng)用于精度要求不高的地質(zhì)測(cè)量中。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，更高定位精度的便攜式GPS也必將更多地應(yīng)用于地質(zhì)找礦工作當(dāng)中！

參考文獻(xiàn)：

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