便攜式GPS在野外地質找礦工作中的應用探討

【摘要】 隨著便攜式GPS越來越廣泛的應用到地質找礦工作中，本文從實際工作入手，講述了應用于便攜式GPS的不同坐標系統的參數轉換方法，并對其定位精度進行一定的分析。

【關鍵詞】便攜式GPS；參數轉換；定位精度

1、引言

在野外地質勘查的各個階段中均離不開測量定位工作，利用便攜式GPS在野外工作中進行導航和定位，它不僅精度高，而且速度快?？梢源蟠蟮靥岣叩刭|工作者的工作效率?，F接合本人在野外工作中的實際應用，談一談便攜式GPS轉換參數的計算方法及其定位精度。

2、參數計算方法

要使GPS所測量的數據轉換為自己需要的坐標，必須求出兩個坐標系之間的轉換參數。兩坐標系之間的轉換有七參數法、和五參數法等。七參數法一般用于轉換精度要求較高的計算，而大部分便攜式GPS接收機內部設置的是五參數法，因此只要用戶計算出5個參數（DX、DY、DZ、DA、DF） 并按提示輸入即可在儀器上進行坐標轉換。所以必須求出WGS-84坐標轉換到54 北京坐標系或80國家坐標系的參數。下面以1980西安坐標系為例，來求便攜式GPS接收機坐標轉換5個參數的方法。

方法1：

首先在工作區內收集3個或3個以上的已知點，要知道這些點的WGS84大地坐標B、L、H值，同時要知道這些點在西安80坐標系下的大地坐標B、L、H、以及這些點所在地的高程異常值。這種已知點一般通過國家測繪部門或專業測繪單位獲得。收集好資料后就可以按照下列方法將手持式GPS的WGS84坐標系轉換為西安80坐標系（轉換北京54坐標系下的坐標方法與之類似）：

（1）將大地坐標系轉換為三維空間直角坐標系使用公式分別將已知點在WGS84和西安80坐標系下的大地坐標系轉換為相應坐標系下的三維空間直角坐標系。不同坐標系橢球參數見表1。

（2）DX、DY、DZ、DA、DF的計算

上述函數模型是把WGS-84坐標系的空間直角坐標原點平移到1980西安坐標系的原點，再用1980西安坐標系的橢球參數反算以達到兩坐標系轉換的方法（注：手持GPS存儲的是WGS-84 大地坐標，轉換到用戶坐標系后顯示的是經過轉換后的坐標值）。

把計算出的三維直角坐標值分別代入上式，求出DX、DY、DZ、DA、DF 值。一旦需轉換的兩個坐標系統確定以后，DA、DF 是常值，但DX、DY、DZ 對于不同地區有不同的值。

（3）參數檢驗

DX、DY、DZ、DA、DF等5個轉換參數求出后，按提示分別輸入便攜式GPS ，同時輸入測區中央子午線經度。E 代表東經，投影比例參數為1，東西偏差為500000m，南北偏差為0，并設單位為米。輸入這些參數后，應拿到實地檢測，檢驗這五個參數是否正確。方法是：在野外選定視野開闊、GPS 接收信號強的特征點（如線狀地物交叉點、獨立地物等） ，最好是埋石控制點進行測量，然后找出這些點的理論坐標與之比較。如比較結果超過儀器標稱精度，則應重新測算轉換參數。操作基本流程見圖1。

方法2 ：野外實用簡單有效的方法

由于地質工作的特殊性，在野外作業往往較難收集精度高的坐標點資料。下面介紹一種在定位精度要求不高的情況下直接在便攜式GPS上進行DX、DY、DZ、DA、DF等5個參數的轉換。

（1）首先打開GPS進行設定。在“坐標基準”中選擇User Grid ，設置參數。如赤峰地區中央子午線為E 117°，投影比例參數為1，東西偏差500000m，南北偏差為0m。

（2）在“坐標系統”中選擇User 進行設置DX、DY、DZ、DA、DF5個轉換參數。在這5個參數中DA 和DF 為固定值。而DX、DY、DZ 參數值因地區而異，分別輸入0。所有參數設置后，選取礦區范圍內的已知控制點進行測量試驗，沒有控制的地區可以用地形圖等選擇有明顯標志的地物點并對其進行圖解坐標。根據測量坐標和已知點坐標進行計算△X、△Y和△H并取幾組數字的平均值。然后將這五個參數分別輸入到GPS相應設置處并確定。經過測量試驗，該方法能夠滿足單機定位精度小于10m的地面低精度測量的要求。

3、便攜式GPS定位精度

影響GPS定位精度的因素主要有：與GPS衛星有關的因素、與傳播途徑有關的因素以及與接收機有關的因素。由于接收機周圍環境的影響，使得接收機所接收到的衛星信號中還包含有各種反射和折射信號的影響，使定位精度人為降低。根據不同地區的使用經驗，便攜式GPS單機定位平面精度在10米以內。在接收條件好的情況下可以達到5米以內。再者，便攜式GPS高程定位能力不足，在GPS能夠收到4顆以下衛星的信號時，不推薦使用便攜式GPS進行高程測量。

結語：

通過上述的研究可以發現，在野外地質測量中可以充分利用便攜式GPS全天候、實時性和快速定位的特點，能夠提高地質工作者的工作效率。但要注意其單點實時定位平面精度一般在1—10m左右，目前只能應用于精度要求不高的地質測量中。隨著GPS技術的發展，更高定位精度的便攜式GPS也必將更多地應用于地質找礦工作當中！

參考文獻：

[1]徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS 測量原理及應用[M].武漢測繪科技大學出版社.

[2]孔祥元，梅是義.控制測量學[M].武漢測繪科技大學出版社.