淺析手持GPS在地質(zhì)測量中的應(yīng)用

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手持GPS通俗來講就是一種定位導(dǎo)航儀器，其具有體積小、便于攜帶的特點。然而，相較于其他儀器，該設(shè)備在速度、費用等方面都具有優(yōu)勢，而且其作業(yè)方法選擇較多、操作難度小，因此在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。近年來在地質(zhì)測量中也逐步使用，成為一種新的地質(zhì)工作手段。

一、手持GPS的基本原理

手持GPS進行定位的原理簡單來說就是空間距離后方交會。它的測量基準就是GPS衛(wèi)星以及用戶接受機天線與天線之間的距離，實際上就是通過衛(wèi)星的位置坐標來推斷用戶接收機天線的具體位置。

二、手持GPS的精度

通過對GPS的測試和長期野外工作實踐中發(fā)現(xiàn)：手持GPS經(jīng)參數(shù)設(shè)置后，精度在5米以內(nèi)。

(1)簡析手持GPS利用不同時長進行定位的不同結(jié)果。實際試驗過程中主要以野外作業(yè)為主，主要工具為3臺eTrex C，具體過程就是每隔30 S測量對同一點進行結(jié)果記錄。數(shù)據(jù)都統(tǒng)一為3位數(shù)，并且保留到米。時間一欄的0 S代表的意思是時間間隔很短的動態(tài)觀測結(jié)果，也就是在到達某點的時候迅速地記錄結(jié)果。

(2)手持GPS在不同時長同一點定位結(jié)果的分析。一般而言，設(shè)備的精度與其穩(wěn)定性是密切相關(guān)的，也是判斷其可靠與否的關(guān)鍵指標。假設(shè)控制相同的觀測條件，同一臺設(shè)備的測量結(jié)果差異較大的話就說明穩(wěn)定性不好，自然其精度和可靠性也就無從談起了。所以，可以在不同時長條件下重復(fù)對一個相同的點進行測量來進行精度研究。

三、手持GPS坐標格式設(shè)置

手持GPS的測量結(jié)果是基于WGS-84地心空間直角坐標的，為了實時得到不同坐標系統(tǒng)下的坐標。因此，需要對其進行必要的設(shè)置，以實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)換。

1) WGS-84坐標系下的大地坐標。坐標格式設(shè)置為“經(jīng)緯度格式”，坐標系統(tǒng)設(shè)置為“WGS-84”。

2) WGS-84坐標系下的高斯平面直角坐標。坐標格式設(shè)置為“User UTM Grid”。將中央子午線經(jīng)度和投影占比以及東西、南北偏移參數(shù)置入進去，把坐標系統(tǒng)設(shè)置成“user”， 把轉(zhuǎn)換參數(shù)DX、DY、DZ、DA、DF置入。

3) 所選坐標系下大地坐標。坐標格式設(shè)置為“經(jīng)緯度格式”，坐標系統(tǒng)設(shè)置為“user”,把一系列的轉(zhuǎn)換參數(shù)DX、DY、DZ、DA、DF置入。

4) 所選坐標系下的高斯平面直角坐標。坐標格式設(shè)置為“User UTM Grid”。 將中央子午線經(jīng)度和投影占比以及東西、南北偏移參數(shù)置入進去，把坐標系統(tǒng)設(shè)置成“user”， 把轉(zhuǎn)換參數(shù)DX、DY、DZ、DA、DF置入。

四、手持GPS參數(shù)確定

手持GPS測量結(jié)果是基于WGS-84地心空間直角坐標系的。在實際應(yīng)用中應(yīng)該把該坐標換成國家或地方坐標系，換句話說就是換成1954年北京坐標系以及1980年西安坐標系或地方坐標系。所以，為了進行自動轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換參數(shù)就顯得非常重要。

確定參數(shù)對于定位精度的高低與否起著重要的作用。手持GPS中的內(nèi)置五參數(shù)法可以達到坐標轉(zhuǎn)換的目的。即求得參數(shù)ΔX、ΔY、ΔZ、ΔA、ΔF，以實現(xiàn)不同坐標系統(tǒng)下坐標轉(zhuǎn)換。

1)中間轉(zhuǎn)換參數(shù)的確定

(1)計算法 在測區(qū)內(nèi)選定至少三個已知點。同時需要在測量區(qū)域均勻分布，然后再利用用WGS-84坐標系以及事先選定的坐標系中B、L、H、e2按公式(2)計算其高斯平面直角X、Y、Z。所得的兩種X、Y、Z差值就是我們要求的中間參數(shù)X、Y、Z。參數(shù)A、F就是將WGS-84坐標系和事先選定的坐標系的橢球參數(shù)作差所得。

X=(N+H)cosBcosL

Y=(N+H)cosBcosL

(2)

Z=[N(1-e2)+H]sinB

式中：X、Y、Z代表的含義就是大地坐標系中的三維直角坐標

N代表的含義就是該點處的卯酉圈曲率半徑

H代表的含義就是對應(yīng)坐標系中的大地高

A代表的含義就是大地坐標系對應(yīng)橢球半徑

e2代表的含義就是大地坐標對應(yīng)橢球第一偏心率

(2)直接法 將手持GPS設(shè)置成類似于WGS-84坐標系下的高斯平面直角坐標系。然后在所測區(qū)域內(nèi)3個以上的54坐標系下的等級控制點上?；赪GS-84系下的高斯平面直角坐標進行測定，也即(X84Y84)，再與控制點54坐標系下的高斯平面直角坐標(X54Y54)作差的結(jié)果也就是所求中間參數(shù)。

2) 轉(zhuǎn)換參數(shù)的確定。選定測區(qū)內(nèi)分布均勻控制點，將計算的中間參數(shù)當作中心，按照一定的規(guī)律賦予增量，分別測定坐標，并計算出和已知點的點位較差，然后從這些較差中選擇較小的參數(shù)作為工作區(qū)參數(shù)。

3) 轉(zhuǎn)換參數(shù)的驗證。在參數(shù)計算完成后期，必經(jīng)的一個步驟就是要驗證其結(jié)果，實際測量工作區(qū)內(nèi)的至少3個已知點位，再將實際測量結(jié)果與理論值對比，誤差滿足工程技術(shù)要求時，計算參數(shù)滿足使用要求，反之，再計算一遍。

五、作業(yè)步驟

(1)設(shè)置GPS相關(guān)參數(shù)

①設(shè)置坐標格式，即置入測區(qū)所在三度帶或六度帶的中央子午線經(jīng)度、投影比例、東西偏移參數(shù)、南北偏移參數(shù)。

②設(shè)置坐標系統(tǒng)。即置入求解的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

(2)檢查GPS精度的可靠性。

(3)外業(yè)數(shù)據(jù)采集。

(4)成果輸出

六、結(jié)論

1.與以往的方法進行比較不難發(fā)現(xiàn)，在人力、物力、財力等方面，手持GPS單點定位均占優(yōu)勢。

2.定位精度在手持GPS中可以達到5m左右，完全可用于小比例尺(小于1:10000)地質(zhì)測量工作。但不能過分強調(diào)手持GPS的作用，其只適用于平面定位，若地質(zhì)工作中需要高程，則應(yīng)采用相位差分GPS定位或傳統(tǒng)方法得到。

3.確定參數(shù)對于點位精度具有至關(guān)重要的影響。因此在計算參數(shù)的時候應(yīng)注意選擇已知點的圖形是否具有代表性、高程是否正常、坐標精度是否滿足要求等對求解參數(shù)有著什么影響。確保參數(shù)的正確和可靠性能滿足需求。

4.所確定點位與參與求解參數(shù)距離大于30km時，該參數(shù)將不能保證點位精度，應(yīng)求解新參數(shù)。

5.手持GPS定位時，保持內(nèi)置天線水平，測點周圍要保證寬闊，在接受機仰角15o以上的空間確保沒有物體阻擋，保證接受到的衛(wèi)星數(shù)在3顆以上，定位時長至少為1min，這樣才能保證精度要求。

6.手持GPS作業(yè)時，測定點位的高度應(yīng)保證與求解參數(shù)測定電位的高度一致。以避免引入人為帶來的誤差，以降低點位精度。

7.手持GPS作業(yè)前，必須在已知點上對儀器進行檢測，以保證點位精度可以滿足要求。