GPS参数的计算与设置

野外地质工作中GPS参数的计算和设置
司荣军
河南理工大学资源环境学院，焦作市，454000
摘要：GPS以全天候、高精度、成本低、操作简单、高效益等显著特点，广泛地应用于野外地质工作中，给定位提供了极大的方便，可是有的地质工作者面对诸多的参数计算和设置感到束手无策。

其实把WGS-84坐标转换到北京54坐标或西安80坐标，虽然需要设置9个转换参数，但其中5个是常数，只有另外4个参数，即L0、DX、DY、DZ随工作区的变化需要不断调整而已。

L0可以通过投影带编号或纬度直接计算，DX、DY、DZ有4种获取方法，简单易学实用。

关键词：GPS，参数设置，中央经线，6°带，3°带
GPS以全天候、高精度、成本低、操作简单、高效益等显著特点，广泛地应用于野外地质工作中，给地质点定位提供了极大的方便，大大地提高工作效率。

但是GPS所使用的坐标系是WGS-84坐标系，即1984年世界大地坐标系，而我们使用的地图资源大部分都属于1954年北京坐标系（简称BJ54坐标）或1980年西安坐标系，即1980年国家大地坐标系（简称GD80坐标）。

把WGS-84坐标转换到BJ54坐标或GD80坐标，必须求出当地两个坐标系（WGS-84和BJ54坐标或GD80坐标）之间的9个转换参数。

经过坐标转换后的GPS绝对定位精度才能由80-120m提高到5-10m。

因为全国各地转换参数并不一致，野外工作中每到一个新的工区（数十至上百公里以外）一般要重新计算和设置参数。

关于三参数的计算有很多文献，但文献中介绍的方法多是针对测量专业技术人员的，十分复杂，作为一般地质技术人员，难以掌握[1，2]，有的介绍的过于简单且不全面[3]，加之需要设置的参数较多，有的地质专业技术人员干脆只转换坐标系而不设置转换参数，或者只设置其中的部分参数，造成定位误差偏大。

其实把WGS-84坐标转换到北京54坐标或西安80坐标，虽然需要设置9个转换参数，但其中5个是常数，只是另外4个参数，即L0、DX、DY、DZ随工作区的变化需要不断调整而已。

L0可以通过投影带编号或纬度直接计算，DX、DY、DZ有4种获取方法，简单易学实用。

如果到了一个新的工作区，利用GPS之前首先要计算和调整参数。

一、首先计算中央经线L0
地球总体上是以大地体表示的，为了能进行各种运算，又以参考椭球体来代替大地体。

要将椭球面上的图形描绘在平面上，需要采用地图投影的方法。

我国在建立统一的平面直角
在平面直角坐标或地形图图框中标定的平面直角坐标Y值已经标明了带号。

我国区域内带号为两位数值，8位Y值整数位（单位m）最前面的两位数值就是带号，如21、22；
42、43等，只要我们把所确定的带号数值带入上述公式，既可算出该工作区域的中央经线。

2. 已知大地坐标值（经度L）计算工作区中央经线L0
如果掌握工作区的大地坐标（纬度B、经度L），不知道投影带编号，则要首先计算出投影带编号，再用上述公式计算出工作区的中央经线：
首先是要用手中的资料或设计图判定是进行6°带设置还是3°带设置，一般来说，除特殊要求外，1：2.5万以下的小比例尺地形图均为6°分带，大于1：1万的比例尺地形图均为3°分带，然后利用已知工作区或目标点的大地坐标L值计算出所在投影带的分带号，将带号代入上述公式即可算出中央经线。

对于1：2.5万以下的小比例尺地形图计算6°带编号。

6°带带号算法是用纬度整数位除以6 ，取商的整数位再加1，例如，已知登封经度L为113°，根据计算得知其分带号是113÷6＋1=19。

对于比例尺大于1：1万的地形图计算3°带编号。

3°带带号算法是将经度除以3，将商按四舍五入取整数值即为带号，如登封的3°投影带编号等于113÷3=37.7，四舍五入取整数值即为38。

二、初步参数设置
进入“主菜单页面”的“设置”子菜单页面中，找到关于坐标设置的页面，将“位置格式”的选项改为“USER UTM GRID”(图3)，在页面中输入下面4个参数。

这4个参数只有中央经线是随工作区变化的，其他的三个参数是固定的。

LONGITUDE，当地中央经线。

注意如果地形图比例尺小于1：2.5万，要按照6°带计算中央经线；如果地形图比例尺大于1：1万，要按照3°带计算中央经线；
SCALE，投影比例，该数值为1
FALSE E，东西偏差，该数值为500000
FALSE N，南北偏差，该数值为0
注意，设置完毕后按下“储存”按键后，再将“地图基准”（有的机器称之为坐标系统）的选项改为“USER”（用户自定义坐标系统），在出现的“（WGS84-LOCAL）”的页面（图4）中，界面中要求输入DX，DY，DZ，DA、DF共计5个参数。

因为到这一步还没有确定DX，DY，DZ，所以可以先输入参数DA、DF 的值，这两个参数是常数，但要注意不同的比例尺有不同的DA、DF值，因为它们对应不同的坐标系。

状地物交叉点、独立地物等，当然控制点最佳，如检校差值在规定允许误差范围之内，既可使用；如误差超过仪器标称精度，则应重新测算转换参数或查找出现的问题。

四、使用GPS注意事项
1.关机或更换电池一般不会造成系统参数的丢失，所以系统参数设定完成后，最好不要轻易改动，以免因误操作使参数改动，造成不必要的错误。

2.GPS误差有多种因素引起，对GPS测量误差的影响最大的是地形因素(也就是多路径效应)，在野外使用手持型CPS时，山腰、山脊、山顶、无山平坦处等地形下，GPS所受的影响相对较小。

而在陡崖、沟谷等地ＧPS所受的影响较大。

陡崖处的接收机定位误差很大，又无规律可寻。

在高山峡谷地带由于高山沟谷遮挡，可见的卫星数减少，在森林地区植被繁茂，由于受树木遮挡，卫星信号失锁。

因此，有时可见卫星数少于4颗，难以进行GPS定位测量，即使能接收到4颗卫星，其定位精度及可靠性也较差。

延长观测时间，GPS可使难以摸拟的各种系统误差如高空电离层、对流层等的影响减少到最小，从而提高观测精度。

水面对电磁波有很强的反射能力，因此在湖面湖边等处，GPＳ定位的精度也大打折扣。

目前在GPS方面还没有很成熟的方法加以克服。

3.手持型GPS高程定位能力是比较差的，GPS能够收到4颗及以上卫星的信号时，它能计算出本地的3维坐标：经度、纬度、高度；若只能收到3颗卫星的信号，它只能计算出2维坐标：经度和纬度，而且这时经度、纬度也不是一个很准确的值。

这时它可能还会显示高度数据，但这数据是无效的。

因此使用GPS在确定点位高程时误差较大，其数据只能用作参考。

参考文献
曹幼元. 手持式GPS测量在地质勘查中的应用.地质与勘探，2002，38（5）：71-73
丁继新，马捷，尚彦军等. GPS手持机在野外地质填图中的应用. 地质与勘探，2007，43（1）：89-93 杨韩涛，计桂霞. GPS在野外地质实习中的应用.吉林大学学报（地球科学版），2006，36.Sup.：233-234
CALCULATION AND SETTING OF THE GPS PARAMETERS
IN FIELD GEOLOGICAL WORK
SI Rong-jun1，LIU Deng-feng1，FANG Hui-bin2，BAI Wan-bei1
1．Institute of Resoueces and Envirenment，Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000；2．Henan Institute
of Geological Survey，Zhengzhou，450000
Abstract：GPS has many features，such as for all-weather，high-precision，low cost，simple operation，and so on. It is widely used in field geological work and provides a great convenience in positioning. However，many geologists could do nothing while facing a number of geological parameters of the calculation and setting. Although converting the WGS-84 coordinates to Beijing 54 coordinates or Xi'an 80 coordinates needs to set up nine parameters，five parameters are constant，only four parameters，namely，L0，DX，DY，DZ have to be set up in order to adapt to different regions. L0 can be directly calculated by the projection zone number or Latitude，and the DX，DY，DZ can be got through four kinds of access. These methods are easy and practical .
Key words：GPS，parameter setting，central meridian，6°zone，3°zone。