野外測量手持GPS的校正方法

1、野外測量手持GPS的校正方法手持式GPS是一種利用新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)globalpositioningsystem,GPS相結(jié)合、體積小巧、攜帶方便、獨(dú)立使用的定位導(dǎo)航設(shè)備,具有全天候、全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位水平,有高靈敏度、高精度、自動化、價(jià)廉、使用方便等特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于大地測量、地質(zhì)調(diào)查、資源勘查等眾多領(lǐng)域.近年來,我院在對手持式gpsa性能和定位精度研究的根底上,將其運(yùn)用于中小比例尺的地質(zhì)填圖、物化探測網(wǎng)布設(shè)工作中,既大大提升了工作效率、節(jié)約了本錢.在GPS定位技術(shù)的應(yīng)用和開展過程中,根據(jù)不同的市場需求,生三廠家研制生產(chǎn)出了不同用途和型號的接收機(jī).無論是高精度的測量型GPS還是

2、導(dǎo)航型手持GPS其所提供的坐標(biāo)都是以美國的WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)而建立的,而我們的地質(zhì)工作底圖使用的是1954年北京坐標(biāo)系北京54系或1980西安坐標(biāo)系西安80系,不同的坐標(biāo)系統(tǒng)之間按一定的數(shù)學(xué)模型可計(jì)算出其間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,也就是我們常說的轉(zhuǎn)換參數(shù).轉(zhuǎn)換參數(shù)確實(shí)定給我們使用GPSI供了便利.我們把求取轉(zhuǎn)換參數(shù)的工作過程稱為GPS的校正.我們以我院現(xiàn)有的幾款手持GPS的校正過程做下介紹.1手持GP或正前的幾項(xiàng)準(zhǔn)備工作在進(jìn)行手持GP或正前,我們首先要確定工區(qū)測量使用的坐標(biāo)系統(tǒng),其次要確定工作區(qū)底圖的坐標(biāo)分帶.從而確定該坐標(biāo)帶的中央子午線,這樣才可以保證手持GPSM所測的坐標(biāo)和地質(zhì)底圖的使用坐標(biāo)是一致的.

3、1.1 確定工作區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)我們居住的地球的形狀大致為赤道方向略長、兩極方向略偏,以南北兩極為軸的旋轉(zhuǎn)橢球體.為確定地球外表的地物及空間點(diǎn)相對地球的空間位置,人們定義了不同的橢球體模型,不同的橢球體模型根據(jù)不同的投影方法定義了不同的坐標(biāo)系統(tǒng).下表是我國現(xiàn)行使用中的幾種坐標(biāo)系統(tǒng)對應(yīng)橢球名稱和橢球參數(shù)：其中,1954年北京坐標(biāo)系已根本退出測繪舞臺,只有少數(shù)特定工作區(qū)還在采用該坐標(biāo)系統(tǒng)；1980西安坐標(biāo)系是我們現(xiàn)在工作中主要采用的坐標(biāo)系統(tǒng)；2000中國大地坐標(biāo)系已于2021年7月1日啟動使用,我們現(xiàn)有的測繪成果將逐步過渡到該坐標(biāo)系.在同一坐標(biāo)系中,對于同一個(gè)空間點(diǎn)的坐標(biāo)有兩種表示形式：空間直角坐標(biāo)X,

4、Y,Z和大地坐標(biāo)B,L,H,這兩種坐標(biāo)是可以通過公式直接轉(zhuǎn)換的,也可以通過一些坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件直接轉(zhuǎn)換,比方廣州中海達(dá)測繪儀器的靜態(tài)測量后處理軟件.我們現(xiàn)有的手持GPS機(jī)對空間點(diǎn)的兩種坐標(biāo)表示形式都可以通過設(shè)置進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示.工作區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)可以通過?工作區(qū)工作設(shè)計(jì)?進(jìn)行確認(rèn)；也可以通過工作區(qū)工作底圖來獲取,在工作底圖的圖框左下角都標(biāo)明該圖成圖坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng).1.2 確定工作底圖的坐標(biāo)分帶1地形圖投影分帶我國規(guī)定l:l萬1:50萬國家根本地形圖均采用高斯一克呂格投影,其中1:2.5萬1:50萬采用經(jīng)差60分帶,1:1萬采用經(jīng)差3分帶.在高斯一克呂格投影上,規(guī)定以中央經(jīng)線為X軸,赤道為Y軸,兩軸的交

5、點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn).X坐標(biāo)值在赤道以北為正,以南為負(fù)；Y坐標(biāo)值在中央經(jīng)線以東為正,以西為負(fù).我國在北半球,X坐標(biāo)皆為正值.Y坐標(biāo)在中央經(jīng)線以西為負(fù)值,運(yùn)用起來很不方便.為了防止Y坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值,將各帶的坐標(biāo)縱軸西移500km,即將所有Y值都加50Okm.6.分帶投影,即經(jīng)差為6.,從零度子午線開始,自西向東每個(gè)經(jīng)差6°為一帶,用1,2,3,表示.全球共分60個(gè)帶,即東經(jīng)0°6.為第1帶,其中央子午線經(jīng)度為東經(jīng)3.,東經(jīng)612.為第2帶,其中央子午線經(jīng)度為9°,依次類推.3.分帶投影,從東經(jīng)1.5的經(jīng)線開始,每隔3.為一帶,用1,2,3,表示,全球共分12O個(gè)帶,即東經(jīng)1.

6、54.5為第1帶,其中央子午線經(jīng)度為東經(jīng)3東經(jīng)4.57.5為第2帶,其中央子午線經(jīng)度為東經(jīng)6.,依次類推.見：投影分帶圖2工作區(qū)帶號確實(shí)定利用地形圖確定：地形圖上公里網(wǎng)橫坐標(biāo)8位整數(shù)前2位就是帶號,例如,橫坐標(biāo)為28616249,其中28即為帶號.利用坐標(biāo)點(diǎn)經(jīng)度以度表示確定：6°帶帶號是經(jīng)度整數(shù)值除以6加上1的整數(shù)值,3°帶帶號是經(jīng)度除以3后的四舍五入取整數(shù)值.如經(jīng)度為79°46'35其60分帶號是14(79+6+1=14,30分帶號是27(79.78+3=26.5&3如何確定是30分帶還是60分帶根據(jù)地形圖比例尺來確定：一般情況下1:11萬以上的

7、大比例尺地形圖所標(biāo)定的帶號為3°帶帶號,1:1萬以下的中小比例尺地形網(wǎng)所標(biāo)定的帶號為6°帶帶號.根據(jù)工作區(qū)坐標(biāo)點(diǎn)橫坐標(biāo)和工作區(qū)經(jīng)度來確定：如某工作區(qū)點(diǎn)A橫坐標(biāo)為28616249,其中28為帶號,工作區(qū)經(jīng)度85度左右,所以該坐標(biāo)系為3°帶坐標(biāo)系,28X3=84而不可能為6°帶：28X6=1684工作區(qū)中央子午線中央經(jīng)線經(jīng)度確實(shí)定60帶：中央子午線經(jīng)度=6當(dāng)?shù)貛?3°,例如,地形圖上橫坐標(biāo)為21396000,其所處的60帶的中央子午線經(jīng)度為：6X213=1233.帶：中央子午線經(jīng)度=3當(dāng)?shù)貛?例如：地形圖上橫坐標(biāo)為40551000,其所處的30

8、帶的中央子午線經(jīng)度為：3X40=1202手持GPS的校正方法公司的老式GPS設(shè)置位于單位選項(xiàng)中WGS84坐標(biāo)系與北京54年坐標(biāo)系或西安80坐標(biāo)系之間是不同的橢球基準(zhǔn).由于同一個(gè)橢球里的轉(zhuǎn)換可以是嚴(yán)密的,不同橢球之間的轉(zhuǎn)換是不嚴(yán)密的,所以WGS84坐標(biāo)系與北京54年坐標(biāo)系或西安80坐標(biāo)系之間不存在一套全國通用的轉(zhuǎn)換參數(shù),而且每個(gè)地方都有差異.不同的橢球基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)之間的嚴(yán)密轉(zhuǎn)換關(guān)系為七參數(shù)Dx、Dy、Dz、Wx、wy、Wz、K,它們分別是X、YZ三軸的平移與旋轉(zhuǎn)及比例系數(shù)K.由于手持GP彈機(jī)定位精度要求并不高,一般在310m.因此手持GPS的轉(zhuǎn)換參數(shù)選用了近似七參數(shù).也就是我們常用的三參數(shù)Dx、

9、Dy、Dz;忽略了旋轉(zhuǎn)參數(shù)Wx、Wy、W2,實(shí)際上旋轉(zhuǎn)參數(shù)也非常??；比例參數(shù)默認(rèn)為1.現(xiàn)在使用的手持GPSB根據(jù)校正方法的不同主要有兩類,其中一類是傳統(tǒng)型手持GPS如彳明Garmin、麥哲倫、集思寶、彩途等廠家生產(chǎn)的手持GPS另外一類新型手持GPS如中海達(dá)Q5手持GPS如圖：中海達(dá)Q5、南方測繪的S750手持GPS等.兩類手持GP或正過程均采用三參數(shù)轉(zhuǎn)換,新型手持GPS自身都裝載有專門的參數(shù)轉(zhuǎn)換軟件,操作簡單、相比照擬方便,本文不做介紹,下面我們介紹傳統(tǒng)型手持GP或正方法.使用佳明Garmin手持GPS到一個(gè)新的工區(qū)作業(yè)時(shí),首先要對手持GPSM進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,確定工區(qū)自定義坐標(biāo)格式UserUTM

10、Grid,根據(jù)前面的介紹輸入正確的投影關(guān)系參數(shù),中央經(jīng)線為當(dāng)?shù)氐貓D投影的中央子午線,投影比例值為1,東西偏差值為500000m,南北偏差值為0m.,然后就是進(jìn)行GPS校正,求取轉(zhuǎn)換參數(shù).在轉(zhuǎn)換參數(shù)設(shè)置界面有五個(gè)參數(shù)需要設(shè)置,其中Dx、Dy、Dz就是我們所說的三參數(shù),是需要我們求取的；Df、Da是固定常數(shù),其中Df是WGS84橢球扁率與目標(biāo)橢球扁率之差,Da是WGS84橢球與目標(biāo)橢球長半軸之差.Df、Da具體數(shù)字如下表：正常求取三參數(shù)Dx、Dy、Dz需要知道點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)系和北京54坐標(biāo)系或西安80坐標(biāo)系坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)數(shù)據(jù),但北京54系或西安8O系坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)數(shù)據(jù)一般需要特定的計(jì)算

11、機(jī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件來求取,而我們在野外工作的時(shí)候根本上是只有手持GPS®收機(jī),這就無法實(shí)現(xiàn)參數(shù)的常規(guī)求取方法,為此我們提出了如下簡易方法,以方便快速準(zhǔn)確地求取三參數(shù).首先我們根據(jù)搜集到的限制點(diǎn)的資料找到其中一個(gè)限制點(diǎn),校正人員拿該手持機(jī)站在限制點(diǎn)上方,將三參數(shù)Dx、Dy、Dz全部設(shè)置為零,這樣手持機(jī)測得的坐標(biāo)值同該限制點(diǎn)的成果存在一個(gè)差值,分別計(jì)算相對應(yīng)差值得到的數(shù)值就是三參數(shù)Dx、Dy、Dz,將計(jì)算得到的三參數(shù)輸入手持機(jī),重新檢查手持機(jī)測得的坐標(biāo)值,計(jì)算新得到的坐標(biāo)值與點(diǎn)成果的差值,根據(jù)差值修正三參數(shù)Dx、Dy、Dz,修正后白三參數(shù)Dx、Dy、Dz再輸入手持機(jī),就這樣重復(fù)修正三參數(shù)Dx、Dy、Dz,直到手持機(jī)測到的坐標(biāo)值與點(diǎn)成果差值小于5m,此時(shí)的三參數(shù)Dx、Dy、Dz即為我們求取的最終參數(shù).為了驗(yàn)證求取的三參數(shù)是否正確,我們需要到第二個(gè)限制點(diǎn)上進(jìn)行檢查測量,如果檢查坐標(biāo)精度小于5m,說明我們的求取的三參數(shù)正確,GPS校正成功,參數(shù)轉(zhuǎn)換完成.如果精度大于5m,我們還要根據(jù)測的坐標(biāo)值和第二個(gè)限制點(diǎn)的成果做差值計(jì)算,對三參數(shù)進(jìn)行修正,直到精度滿足為止.然后返回到第一個(gè)限制點(diǎn)或到第三個(gè)限制點(diǎn)重新檢查三參數(shù)是否正確,這樣重復(fù)修正三參數(shù)直到滿足精度要