目前,手持GPS的定位精度較之以前已經有了很大的提高,多數已達到10米以內,有的甚至達到5米以內,其在地質勘查中的應用也已經十分普遍。手持GPS所使用的坐標系統基本都是WGS-84坐標系統,而我們使用的地圖資源大部分都屬于1954年北京坐標系(北京54)或1980年西安國家大地坐標系(西安80),如不對手持GPS進行相應參數設置,就會使其的定位數據產生較大誤差,在我國,其誤差范圍為50-100米,此誤差范圍無法滿足當前地勘工作的需要。
所謂參數,就是運用于轉換同一地點不同橢球坐標系的坐標值的一組數據。嚴密的坐標轉換,一般是用七參數布爾莎模型(即 X 平移, Y 平移, Z 平移, X 旋轉(WX), Y 旋轉(WY), Z 旋轉(WZ)及尺度變化(DM )),但手持GPS一般用五參數轉換,即dx、dy、dz、da、df。不同地點dx、dy、dz是不同的,da和df卻相對固定,與要進行相互轉換的兩個橢球的長半軸及扁率有關。
如WGS-84轉換為北京54坐標系時:
da=aWGS84-a北京54= -108,df=fWGS84-f北京54=0.(通常都取0.0000005);
WGS-84轉換為西安80坐標系時:
da = a WGS84-a西安80= -3,df= f WGS84-f西安80= -0.000000003(通常都取0)。
WGS-84、北京54和西安80坐標系的長半軸和扁率主要參數見表1。
表1 WGS-84、北京54和西安80坐標系主要參數
| 坐標系 | 橢球體 | 長半軸a | 短半軸b | 扁率f |
| 北京54 | Krassovsky | 6378245 | 6356863.018773 | 1/298.3 |
| 西安80 | IAG1975 | 6378140 | 6356755.2881575 | 1/298.257 |
| WGS-84 | WGS-84 | 6378137 | 6356752.3142451 | 1/298.257223563 |
因此,手持GPS實際需要計算的只有dx、dy和dz。這三個參數可以到測繪部門收集,若收集不到,則需要在已知坐標點(如三角點、四等點等)上進行調試測算。下面介紹在兩個不同坐標系的已知點上進行的三參數計算,兩個已知點坐標見表2。
表2 A和B點標準坐標
| 已知點 | 坐標系 | X(m) | Y(m) | h(m) | 經線 |
| A | 北京54 | 2520287.502 | .16 | 144.6 | 111 |
| B | 西安80 | 2557540.317 | .46 | 838.885 | 108 |
首先把手持GPS坐標格式調整為度分秒格式,坐標系統調到WGS-84,如圖1。若GPS長期不開機使用,應*行初始化。

圖1 調整GPS坐標系統為WGS84
第二步將GPS放在已知點上,待精度顯示或接近機器本身能達到的水平時,記錄下該點的經緯度坐標和高程。
第三步則根據已知點的已知坐標和該點上GPS記錄的經緯度來計算該點處GPS的三參數。
目前已有許多網友編制了有關軟件來計算這三參數,并提供免費分享。A和B點的參數計算過程見圖2和圖3。
打開該軟件后在左邊輸入GPS在已知點上記錄的緯度、經度和高程(高程并不十分重要,也可輸入已知點的已知高程)。該軟件提示也可以輸入rinex o文件的地心坐標,指的是改已知點WGS84坐標格式下精確的經緯度坐標,這個一般也比較難收集到,因此才用手持GPS在改點記錄的經緯度代替,只要手持GPS的精度可以,兩種方式輸入的坐標對結果影響差別不大。但要注意經緯度的輸入方式,比如圖1中的22.45278代表的是22°45′27.8″。
在中間選擇已知點已知坐標的坐標系(A點為北京54,B點位西安80)和經線。
在右邊輸入已知點的直角坐標,單位為米,注意y坐標輸入時不含帶號,即要到小數點前6位。然后點擊計算,結果就出來了。

圖2 A點GPS參數計算

圖3 B點GPS參數計算
最后把手持GPS坐標格式調整為User UTM Grid,坐標系統調到User,并設置好GPS參數,如圖4。圖中②一般只需修改經線,投影比例、東西偏移和南北偏移保持跟圖中一致就行了。圖4是在計算了B點的參數后進行的GPS設置,經設置后,該GPS在B點測出的坐標:X=2557541m,Y=m,h=838m,與B點標準坐標誤差非常小。
在A點計算好參數并修改GPS設置后測出的坐標:X=2520287m,Y=m,h=141m,與標準坐標誤差也很小。

圖4 設置GPS參數(B點)
需要注意的是,GPS的三參數并不是固定不變的,不同計算方法和不同地點計算出來的三參數都不一樣。在此只介紹了本人一直以來在使用的計算方法,實踐證明也比較可行。而在某已知點計算好的參數,在離該已知點越遠處使用該參數,GPS定位的精度越差。曾有每遠離已知點10km,GPS誤差就增加1m的經驗之說,也有人建議根據GPS數據內部取整修約規則,每50km就更換三參數。使用者應根據具體情況和工作需要,隨時調整GPS的參數。
當然影響GPS定位精度的因素還有很多,比如槽糕的天氣、林立的高樓大廈和濃密的森林等,都會使GPS搜到的衛星數太少而定位精度變差,但這些都是人力無法改變的外部因素。
PS:目前網上還有不少可以計算三參數的軟件,但有的編制者為維護軟件要收取費用,有的功能不夠全(如Easypar只能計算WGS84轉北京54的參數)。本文使用的是功能較全且免費的一款,編制的網友并沒有對其取名,我們暫且把它定為“GPS三參數計算器”吧,感謝編制者的無償共享。還有一款同樣免費的軟件叫“GPS 幫幫”,其不但可以計算三參數,還可以生成GPS可認的gpx文件,實現精確地向手持GPS批量輸入導航點(如化探采樣預布點等)。這些軟件都可以在“華夏土地論壇”收集得到,本人也收藏有,可以隨時共享。(來源:廣西地質勘察總院)
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