浅析手持GPS在地质测量中的应用

(陕西恒泰工程勘察有限公司 陕西 西安 710000)

手持GPS通俗来讲就是一种定位导航仪器，其具有体积小、便于携带的特点。然而，相较于其他仪器，该设备在速度、费用等方面都具有优势，而且其作业方法选择较多、操作难度小，因此在很多领域得到了广泛应用。近年来在地质测量中也逐步使用，成为一种新的地质工作手段。

一、手持GPS的基本原理

手持GPS进行定位的原理简单来说就是空间距离后方交会。它的测量基准就是GPS卫星以及用户接受机天线与天线之间的距离，实际上就是通过卫星的位置坐标来推断用户接收机天线的具体位置。

二、手持GPS的精度

通过对GPS的测试和长期野外工作实践中发现：手持GPS经参数设置后，精度在5米以内。

(1)简析手持GPS利用不同时长进行定位的不同结果。实际试验过程中主要以野外作业为主，主要工具为3台eTrex C，具体过程就是每隔30 S测量对同一点进行结果记录。数据都统一为3位数，并且保留到米。时间一栏的0 S代表的意思是时间间隔很短的动态观测结果，也就是在到达某点的时候迅速地记录结果。

(2)手持GPS在不同时长同一点定位结果的分析。一般而言，设备的精度与其稳定性是密切相关的，也是判断其可靠与否的关键指标。假设控制相同的观测条件，同一台设备的测量结果差异较大的话就说明稳定性不好，自然其精度和可靠性也就无从谈起了。所以，可以在不同时长条件下重复对一个相同的点进行测量来进行精度研究。

三、手持GPS坐标格式设置

手持GPS的测量结果是基于WGS-84地心空间直角坐标的，为了实时得到不同坐标系统下的坐标。因此，需要对其进行必要的设置，以实现自动转换。

1) WGS-84坐标系下的大地坐标。坐标格式设置为“经纬度格式”，坐标系统设置为“WGS-84”。

2) WGS-84坐标系下的高斯平面直角坐标。坐标格式设置为“User UTM Grid”。将中央子午线经度和投影占比以及东西、南北偏移参数置入进去，把坐标系统设置成“user”， 把转换参数DX、DY、DZ、DA、DF置入。

3) 所选坐标系下大地坐标。坐标格式设置为“经纬度格式”，坐标系统设置为“user”,把一系列的转换参数DX、DY、DZ、DA、DF置入。

4) 所选坐标系下的高斯平面直角坐标。坐标格式设置为“User UTM Grid”。 将中央子午线经度和投影占比以及东西、南北偏移参数置入进去，把坐标系统设置成“user”， 把转换参数DX、DY、DZ、DA、DF置入。

四、手持GPS参数确定

手持GPS测量结果是基于WGS-84地心空间直角坐标系的。在实际应用中应该把该坐标换成国家或地方坐标系，换句话说就是换成1954年北京坐标系以及1980年西安坐标系或地方坐标系。所以，为了进行自动转换，转换参数就显得非常重要。

确定参数对于定位精度的高低与否起着重要的作用。手持GPS中的内置五参数法可以达到坐标转换的目的。即求得参数ΔX、ΔY、ΔZ、ΔA、ΔF，以实现不同坐标系统下坐标转换。

1)中间转换参数的确定

(1)计算法 在测区内选定至少三个已知点。同时需要在测量区域均匀分布，然后再利用用WGS-84坐标系以及事先选定的坐标系中B、L、H、e2按公式(2)计算其高斯平面直角X、Y、Z。所得的两种X、Y、Z差值就是我们要求的中间参数X、Y、Z。参数A、F就是将WGS-84坐标系和事先选定的坐标系的椭球参数作差所得。

X=(N+H)cosBcosL

Y=(N+H)cosBcosL

(2)

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

式中：X、Y、Z代表的含义就是大地坐标系中的三维直角坐标

N代表的含义就是该点处的卯酉圈曲率半径

H代表的含义就是对应坐标系中的大地高

A代表的含义就是大地坐标系对应椭球半径

e2代表的含义就是大地坐标对应椭球第一偏心率

(2)直接法 将手持GPS设置成类似于WGS-84坐标系下的高斯平面直角坐标系。然后在所测区域内3个以上的54坐标系下的等级控制点上。基于WGS-84系下的高斯平面直角坐标进行测定，也即(X84Y84)，再与控制点54坐标系下的高斯平面直角坐标(X54Y54)作差的结果也就是所求中间参数。

2) 转换参数的确定。选定测区内分布均匀控制点，将计算的中间参数当作中心，按照一定的规律赋予增量，分别测定坐标，并计算出和已知点的点位较差，然后从这些较差中选择较小的参数作为工作区参数。

3) 转换参数的验证。在参数计算完成后期，必经的一个步骤就是要验证其结果，实际测量工作区内的至少3个已知点位，再将实际测量结果与理论值对比，误差满足工程技术要求时，计算参数满足使用要求，反之，再计算一遍。

五、作业步骤

(1)设置GPS相关参数

①设置坐标格式，即置入测区所在三度带或六度带的中央子午线经度、投影比例、东西偏移参数、南北偏移参数。

②设置坐标系统。即置入求解的转换参数。

(2)检查GPS精度的可靠性。

(3)外业数据采集。

(4)成果输出

六、结论

1.与以往的方法进行比较不难发现，在人力、物力、财力等方面，手持GPS单点定位均占优势。

2.定位精度在手持GPS中可以达到5m左右，完全可用于小比例尺(小于1:10000)地质测量工作。但不能过分强调手持GPS的作用，其只适用于平面定位，若地质工作中需要高程，则应采用相位差分GPS定位或传统方法得到。

3.确定参数对于点位精度具有至关重要的影响。因此在计算参数的时候应注意选择已知点的图形是否具有代表性、高程是否正常、坐标精度是否满足要求等对求解参数有着什么影响。确保参数的正确和可靠性能满足需求。

4.所确定点位与参与求解参数距离大于30km时，该参数将不能保证点位精度，应求解新参数。

5.手持GPS定位时，保持内置天线水平，测点周围要保证宽阔，在接受机仰角15o以上的空间确保没有物体阻挡，保证接受到的卫星数在3颗以上，定位时长至少为1min，这样才能保证精度要求。

6.手持GPS作业时，测定点位的高度应保证与求解参数测定电位的高度一致。以避免引入人为带来的误差，以降低点位精度。

7.手持GPS作业前，必须在已知点上对仪器进行检测，以保证点位精度可以满足要求。