手持GPS接收机在水利勘测中的应用

宫 俊

( 黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

0 引 言

黑龙江省水利水电勘测设计研究院测绘处承担了江北“超级堤”暨景观大道征地测量，从中我们探索出一套手持GPS 接收机应用于江北“超级堤”征地调查的程序和方法，解决了手持GPS 与基准站间设置、手持GPS 数据采集精度及用于江北“超级堤”征地调查可行性等一系列问题，为征地调查提供了新的技术途径与方法。

手持GPS 可以定位出我们通常用到的同一位置的WGS－84 坐标，54 大地坐标及直角坐标，80 大地坐标及直角坐标，2000 大地坐标及直角坐标的数值，这对于当时所用的图件有直接关系。可以随时看到我们所处的位置。

1 应用范围与方式

1.1 应用范围

探险家500 手持GPS 接收机内置全国地图，14 通道True Fix快速定位技术，高灵敏度平板天线，精度:3 m Rms，高速USB 通讯接口，可传输文件。在这样的精度条件下要进行的定位和导航工作均可采用手持GPS 接收机来完成，在水利勘测工作中，可以利用手持GPS 接收机来完成以下5 项工作:

1.1.1 找控制点

包括控制测量阶段寻找起算平面控制点和有概略坐标的水准点，在地形图测量或放样过程中寻找设站和定向控制点。

1.1.2 测区踏勘

根据可研阶段设计人员落在图上的范围线，即可确定1∶2000 带状地形图测量的测区范围。

1.1.3 线路踏勘和调查

在水利工程的预可研、可研设计阶段，将设计线路按一定间隔计算逐桩坐标编辑成航线输入手持GPS 接收机，引导勘测人员进行线路踏勘和调查。

1.1.4 指导GPS 控制网布点

由于无人区内无明显参照物，很容易迷失方向，将拟布设的GPS 控制点概略坐标输入手持GPS，引导车辆朝点位方向行驶，并快速到达点位，保证每5 km ～10 km布设一对GPS点。

1.1.5 点位测量

测量精度要求不太高的目标点位，如不良地质地段、采空区、矿区等。

1.2 手持GPS 接收机的应用方式

应用方式包括3个方面:

1.2.1 导航

引导车辆，显示距点位的距离，汽车或人行驶速度，也显示应前进的方向。

1.2.2 放样切换至坐标画面，屏幕上显示坐标及高程，最小显示单位为m( 即最小刻划为m) 。

1.2.3 测量( 采集) 坐标

在待测点位上放置5 ～10 min，记录该点的坐标，并用记录本记录下高程值。

2 坐标系统参数计算

2.1 不同坐标参数

不同坐标系参数见表1。

表1 不同坐标系参数表

表1 中A 为大地坐标系对应椭球之长半轴，F 为对应椭球之扁率。通常在国家坐标系的基础上保持椭球中心、轴向和扁率不变通过延长长半轴A 来确定，在实际应用中应特别注意这种变化。

2.2 转换坐标系数参数计算

将WGS－84 坐标系的X、Y、Z 及A、F 值，减去国家坐标系的对应值，即可求出DX、DY、DZ、DA、DF 共5个坐标系统转换参数。一个控制点可求出1 组DX、DY、DZ、DA、DF 值，利用多个控制点则取DX、DY、DZ、DA、DF 的算术平均值。一旦需转换的两个坐标系统确定以后，DA、DF 是常值，不同测区的DX、DY、DZ 可能不同。

2.3 参数计算验证

参数计算出来之后必须对其进行验证。DX、DY、DZ、DA、DF 共5个转换参数求出后，必须按提示分别输入手持GPS 接收机后，拿到实地检测，验证这5个参数是否正确。验证的方法是在野外选定5个以上控制点进行实测，将实测值与理论值进行比较，如果最大误差≤15 m，平均误差≤10 m，则计算出的参数可以使用，否则要重新计算或查找出出现问题的原因。

3 应 用

在《哈尔滨市区松花江北岸“超级堤”暨景观大道工程可研工程测量》中，笔者应用了MAGELLAN 公司生产的eXplorist500( 探险家) 手持GPS 接收机，施测“超级堤”段征地测量数据，取得了良好的应用效果，操作过程如下:

3.1 设定

·按“功能菜单健”;

·用上下键进入“系统设置”的功能选项;

·再点击“地图单位”

·按下输入键进入“自定义坐标系”出现“投影”。

·设定横向墨托卡

·设定原点纬度为0，原点经度为126°。投影比例1，原点向东偏差500000，向北偏差0 ，通用单位米1。

·在地图单位中参考椭球设定为“user”;选择“用户”点击在出现的“自定义基准”页面中，北京坐标设定Da =－108，DF=0.0000005;西安坐标设定Da =3，DF =0.0000003。DX、DY、DZ 3个参数因地区而异，必须求定后输入。( WGS84坐标5 参数均为0) 。

3.2 存点

把设计坐标输入手持GPS，输入前应先去掉带好，如坐标为X=2562505，Y =38430152，按顺序输入应先输入Y 值0430152，再输入X 值2562505。输入方法为:

3.2.1 方法1

在存点功能上输入:

·按功能菜单健，选择“我的兴趣点”中，选择一个点点击，

·用上下键将光标移动到“编辑兴趣点”的功能选项;

·用上下键选定点号，坐标等一次输入;

·保存

3.2.2 方法2

在航点页面按项目( 航线) 输入坐标:·按翻页键直到显示“功能菜单页面”;·用上下键将光标移动到要编辑的区域，按下输入键后就可以进行编辑，依次输入Y 坐标、X 坐标。

3.3 放样( 进入点位)

进入勘测区域后，打开GPS，进行如下操作:

·按翻页键直到显示“功能菜单页面”;

·用上下键将光标移动到“航点”的功能选项;

·按输入键进入“航点页面”;

·用上下键进入“最近点”可知最近点的距离和方位或直接进入指定点号，页面即时显示距离和方位。

3.4 测量( 采集) 坐标

进入存点页面，在待测点位上放置5 ～10 min，输入点号，按确定保存该点的坐标和高程值。

3.5 外业回来后，用手工将记录下的三维数据，展绘于1/10 000图上，并标注征地范围，检核与图上相对地物吻合。

4 注意事项及结论

1) 在1∶10 000或更小比例尺的勘察项目完全可以用手持式GPS 绝对定位方法施测点位。但首先坐标、高程要注意检核已知点。该方法操作简单，使用方便。

2) 手持GPS 的单点定位时间应≥4 ～5 min。

3) 应定期或不定期到已知点上检测仪器。

4) 缺点是每次下载数据都要手工记录三维数据，比较麻烦。

5) 平坦地区的定位精度较高，隐蔽地区的定位精度较低，实际应用应十分注意。

6) 参数计算是定位的关键，因此公共点的选择必须要有代表性。高程异常、公共点的图形强度、坐标精度等因素对转换参数都有较大影响。

7) 在首级GPS 控制测量做好时，应充分发挥静态相对定位的优势，将其解算的转换参数和GPS－84 平差成果应用于手持GPS 中，以提高定位精度。

［1］孔祥元，等. 大地测量学基础［M］. 武汉: 武汉大学出版社，2001.

［2］李征航，等. GPS 测量与数据处理［M］. 武汉: 武汉大学出版社，2005.