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