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手持GPS的参数解算及在地质勘查中的应用

来源:职称驿站所属分类:地质论文发布时间:2011-04-29 11:09:45浏览:

  摘要:手持GPS未经参数校正时定位精度为80-120米,利用测量控制点进行参数校正后定位精度可提高至5米以内,在地质勘查中熟练运用手持GPS将大大提高野外工作效率。
  
  关键词:手持GPS,参数解算,参数设置,地质勘查,应用
  
  1 概况
  GPS是由美国国防部于1973年开始历经20年研制成功并投入使用的卫星导航定位系统,该系统由24颗在轨卫星、地面控制站、用户接收机组成;坐标系采用WGS-84世界大地坐标系,该坐标系原点是地球的质心,基本参数为:长半轴а=6378137m,地球扁率α=0.00335281066474。改系统具备全天候及全球连续导航定位能力。目前,GPS作为新一代的卫星导航定位系统已在军事、交通运输、测绘、高精度时间比对及资源调查等领域中得到了广泛的应用[1]。
  作为用户接收机的手持GPS在任何地方开机只要锁定4颗GPS卫星即可进行定位,未经参数校正时定位精度为80-120米,利用测量控制点进行参数校正后定位精度可提高至5米以内。目前国内较常用的机型有由北京合众思社科技有限公司代理的eTrexVenture(奇遇)、麦哲伦(MAGELLAN)等,其中eTrexVenture(奇遇)机型市面售价在2000元人民币左右,具有轻便,操作简单,接收卫星及定位速度快等特点,为大多单位和个人所接受。本文以该机型为例介绍其参数的解算与设置及其在野外中的应用。
  
  
  2参数解算
  2.1参数介绍
  参数解算时需了解GPS所采用坐标系及其需转换的坐标系的基本参数,如常用的1954年北京坐标系(以下简称54坐标)和1980年西安坐标系(以下简称80坐标),表1列出了3种坐标系的基本参数。
  表1常用坐标系的基本参数
1.jpg
  2.2参数解算原理
  参数解算其实就是求得不同坐标系之间的转换参数。对于既有旋转、缩放,又有平移的2个空间直角坐标系的坐标转换,存在着3平移参数和3个旋转参数以及1个尺度变化参数,共计有7个参数,要求得这7个转换参数,至少需要3个公共点[2],且需知道3个公共点的3套不同坐标值,这在现实中很难做到,亦无需做到,因为手持GPS即便有精确的7参数设置也无法达到高精度(厘米级)的定位。
  手持GPS经销商在出售设备时往往会提供各省不同地区的转换参数,值得注意的是此参数误差极大,依据此参数在实地定位所测坐标值基本无法使用,因此在工作中应慎用。为了获得较高精度和可靠的绝对定位坐标,就必需进行参数校正。
  实际应用中,一般需求得5个转换参数,分别为:DA、DF、DX、DY、DZ,其中DA为WGS-84坐标系与不同坐标系的椭球长半轴的差值,即与54坐标系差值为-108,与80坐标系差值为-3;DF为WGS-84坐标系与不同坐标系的椭球扁率的差值,即与54坐标系差值为-0.000000480795,与80坐标系差值为-0.0000000025。从上述可知DA、DF为固定值,真正需解算的只有3参数DX、DY、DZ,这样即可利用一个控制点的3套坐标求得。
  综上所述,可知根据所转换的坐标系需收集的资料有:至少一个控制点的3套坐标,即WGS-84坐标、54坐标、80坐标。WGS-84坐标可向矿区的专业测绘人员索取,困难时也可用手持GPS在实地控制点上测定。高等级控制点(如国家一二等)的54坐标和80坐标成果可向省地理信息中心购买,对部分控制点(如军控点)没有80坐标成果的,可采用该点的54坐标成果数值扣除该点所在的54坐标的1:1万地形图与80坐标的1:1万地形图之间的图框偏移量,所得出80坐标成果精度仍可满足参数解算要求。需指出的是54坐标系的1:1万地形图与80坐标系的1:1万地形图间转换的图框偏移量目前尚属密级资料,用户仍需向资料归口单位按程序要求购买。
  2.3参数解算软件
  参数解算大都采用坐标转换软件。坐标转换软件很多,笔者在本文介绍一款COORD的转换软件,该软件在网上可下载,为绿色软件,无需安装,可直接点击打开,具有小巧(仅172KB)、界面友好、操作简单、功能齐全等特点,目前较通用的为4.2版本(图1)。
  2.jpg
  图1坐标转换软件COORD
  Fig。1CoordinateconversionsoftwareCOORD
  2.4参数解算实例
  以下以我队完成的福建省安溪县某铁矿预查矿区为例,介绍手持GPS的3参数解算。该矿区平面坐标采用80坐标系,高程控制采用1985国家高程基准。在该矿区进行3参数解算时所采用的控制点为我队测绘人员布设的一级GPS点,成果属3°投影带,中央子午线117°,高斯平面直角坐标。经参数校正后用手持GPS实地检测其余控制点坐标,X差值最大0.3米,Y差值最大1.2米,H差值最大3米,定位精度完全满足地质人员野外作业要求。
  解算步骤如下:
  (1)在图1的坐标转换软件菜单上点击“坐标转换”,在弹出的下拉菜单上选择“投影设置”,在“投影方式”下点击选择“高斯投影3度带”,最后在右边的“投影参数”下依次正确写上矿区的“中央子午线117:00:00”,其余均按软件默认的,即“尺度=1、X常数=0、Y常数=500000、基准纬度=00:00:00、投影面高程=0、投影平均纬度=00:00:00”,之后点击“确定”,如图2。
3.jpg
  图2投影设置
  Fig.2Projectionset
  (2)在图1的坐标转换软件菜单上点击“坐标转换”,在弹出的下拉菜单上选择“计算三参数”,在“大地坐标”和“平面坐标”下分别填上WGS-84坐标80坐标及高程,在椭球基准上按照所填坐标对应选择WGS-84坐标系,国家-80坐标系,如图3。
  
  图3控制点坐标输入
4.jpg

《手持GPS的参数解算及在地质勘查中的应用》

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文章名称: 手持GPS的参数解算及在地质勘查中的应用

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