GPS手持機野外的校正方法

2020-03-29 17:30
97

手持式GPS是一種利用新一代衛星導航與定位系統(globalpositioningsystem,GPS)相結合、體積小巧、攜帶方便、獨立使用的定位導航設備,具有全天候、全方位實(shí)時(shí)三維導航與定位能力,有高靈敏度、高精度、自動(dòng)化、價(jià)廉、使用方便等特點(diǎn),已廣泛應用于大地測量、地質(zhì)調查、資源勘查等眾多領(lǐng)域。近年來(lái),我院在對手持式GPS機性能和定位精度研究的基礎上,將其運用于中小比例尺的地質(zhì)填圖、物化探測網(wǎng)布設工作中,既大大提高了工作效率、節約了成本。
       在GPS定位技術(shù)的應用和發(fā)展過(guò)程中,根據不同的市場(chǎng)需求,生產(chǎn)廠(chǎng)家研制生產(chǎn)出了不同用途和型號的接收機.無(wú)論是高精度的測量型GPS,還是導航型手持GPS,其所提供的坐標都是以美國的WGS-84坐標系統而建立的,而我們的地質(zhì)工作底圖使用的是1954年北京坐標系(北京54系)或1980西安坐標系(西安80系),不同的坐標系統之間按一定的數學(xué)模型可計算出其間的轉換關(guān)系,也就是我們常說(shuō)的轉換參數.轉換參數的確定給我們使用GPS提供了便利.我們把求取轉換參數的工作過(guò)程稱(chēng)為GPS的校正。我們以我院現有的幾款手持GPS的校正過(guò)程做下介紹。
1手持GPS校正前的幾項準備工作
在進(jìn)行手持GPS校正前,我們首先要確定工區測量使用的坐標系統,其次要確定工作區底圖的坐標分帶.從而確定該坐標帶的中央子午線(xiàn),這樣才可以保證手持GPS機所測的坐標和地質(zhì)底圖的使用坐標是一致的。
1.1確定工作區坐標系統
我們居住的地球的形狀大致為赤道方向略長(cháng)、兩極方向略偏,以南北兩極為軸的旋轉橢球體。為確定地球表面的地物及空間點(diǎn)相對地球的空間位置,人們定義了不同的橢球體模型,不同的橢球體模型按照不同的投影方法定義了不同的坐標系統。下表是我國現行使用中的幾種坐標系統對應橢球名稱(chēng)和橢球參數:
其中,1954年北京坐標系已基本退出測繪舞臺,只有少數特定工作區還在采用該坐標系統;1980西安坐標系是我們現在工作中主要采用的坐標系統;2000中國大地坐標系已于2008年7月1日啟動(dòng)使用,我們現有的測繪成果將逐步過(guò)渡到該坐標系。
在同一坐標系中,對于同一個(gè)空間點(diǎn)的坐標有兩種表示形式:空間直角坐標(X,Y,Z)和大地坐標(B,L,H),這兩種坐標是可以通過(guò)公式直接轉換的,也可以通過(guò)一些坐標轉換軟件直接轉換,比如廣州中海達測繪儀器有限公司的靜態(tài)測量后處理軟件。我們現有的手持GPS機對空間點(diǎn)的兩種坐標表示形式都可以通過(guò)設置進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
工作區坐標系統可以通過(guò)《工作區工作設計》進(jìn)行確認;也可以通過(guò)工作區工作底圖來(lái)獲取,在工作底圖的圖框左下角都標明該圖成圖坐標系統和高程系統。
1.2確定工作底圖的坐標分帶
(1)地形圖投影分帶
我國規定l:l萬(wàn)~1:50萬(wàn)國家基本地形圖均采用高斯一克呂格投影,其中l:2.5萬(wàn)~1:50萬(wàn)采用經(jīng)差6°分帶,l:1萬(wàn)采用經(jīng)差3°分帶。在高斯一克呂格投影上,規定以中央經(jīng)線(xiàn)為X軸,赤道為Y軸,兩軸的交點(diǎn)為坐標原點(diǎn)。X坐標值在赤道以北為正,以南為負;Y坐標值在中央經(jīng)線(xiàn)以東為正,以西為負。我國在北半球,X坐標皆為正值。Y坐標在中央經(jīng)線(xiàn)以西為負值,運用起來(lái)很不方便。為了避免Y坐標出現負值,將各帶的坐標縱軸西移500km,即將所有Y值都加50Okm。
6°分帶投影,即經(jīng)差為6°,從零度子午線(xiàn)開(kāi)始,自西向東每個(gè)經(jīng)差6°為一帶,用1,2,3,……表示。全球共分60個(gè)帶,即東經(jīng)0°~6°為第l帶,其中央子午線(xiàn)經(jīng)度為東經(jīng)3°,東經(jīng)6°~12°為第2帶,其中央子午線(xiàn)經(jīng)度為9°,依次類(lèi)推。
3°分帶投影,從東經(jīng)1.5°的經(jīng)線(xiàn)開(kāi)始,每隔3°為一帶,用l,2,3,……表示,全球共分12O個(gè)帶,即東經(jīng)1.5°~4.5°為第1帶,其中央子午線(xiàn)經(jīng)度為東經(jīng)3°.東經(jīng)4.5°~7.5°為第2帶,其中央子午線(xiàn)經(jīng)度為東經(jīng)6°,依次類(lèi)推。
(2)工作區帶號的確定
①利用地形圖確定:地形圖上公里網(wǎng)橫坐標(8位整數)前2位就是帶號,例如,橫坐標為28616249,其中28即為帶號。
②利用已知坐標點(diǎn)經(jīng)度(以度表示)確定:6°帶帶號是經(jīng)度整數值除以6加上1的整數值,3°帶帶號是經(jīng)度除以3后的四舍五入取整數值。如經(jīng)度為79°46′35″,其6°分帶號是l4(79÷6+1=14),3°分帶號是27(79.78÷3=26.59)。
(3)如何確定是3°分帶還是6°分帶
①根據地形圖比例尺來(lái)確定:一般情況下1:1l萬(wàn)以上的大比例尺地形圖所標定的帶號為3°帶帶號,1:1萬(wàn)以下的中小比例尺地形網(wǎng)所標定的帶號為6°帶帶號。
②根據工作區已知坐標點(diǎn)橫坐標和工作區經(jīng)度來(lái)確定:如某工作區點(diǎn)A橫坐標為28616249,其中28為帶號,工作區經(jīng)度85度左右,所以該坐標系為3°帶坐標系,28×3=84,而不可能為6°帶:28×6=168。
(4)工作區中央子午線(xiàn)(中央經(jīng)線(xiàn))經(jīng)度的確定
6°帶:中央子午線(xiàn)經(jīng)度=6°×當地帶號-3°,例如,地形圖上橫坐標為21396000,其所處的6°帶的中央子午線(xiàn)經(jīng)度為:6°×21―3°=123°。
3°帶:中央子午線(xiàn)經(jīng)度=3°×當地帶號,例如:地形圖上橫坐標為40551000,其所處的3°帶的中央子午線(xiàn)經(jīng)度為:3°×40=120°。
2手持GPS的校正方法(公司的老式GPS設置位于單位選項中)
WGS-84坐標系與北京54年坐標系或西安80坐標系之間是不同的橢球基準。因為同一個(gè)橢球里的轉換可以是嚴密的,不同橢球之間的轉換是不嚴密的,所以WGS-84坐標系與北京54年坐標系或西安80坐標系之間不存在一套全國通用的轉換參數,而且每個(gè)地方都有差異。不同的橢球基準坐標系統之間的嚴密轉換關(guān)系為七參數(Dx、Dy、Dz、Wx、wy、Wz、K,它們分別是X、Y、Z三軸的平移與旋轉及比例系數K)。由于手持GPS單機定位精度要求并不高,一般在3~10m。因此手持GPS的轉換參數選用了近似七參數.也就是我們常用的三參數Dx、Dy、Dz;忽略了旋轉參數Wx、Wy、W2,實(shí)際上旋轉參數也非常??;比例參數默認為1。
現在使用的手持GPS機按照校正方法的不同主要有兩類(lèi),其中一類(lèi)是傳統型手持GPS,如佳明Garmin、麥哲倫、集思寶、彩途等廠(chǎng)家生產(chǎn)的手持GPS;另外一類(lèi)新型手持GPS,如中海達Q5手持GPS(如圖:中海達Q5)、南方測繪的S750手持GPS等。兩類(lèi)手持GPS校正過(guò)程均采用三參數轉換,新型手持GPS自身都裝載有專(zhuān)門(mén)的參數轉換軟件,操作簡(jiǎn)單、相對比較方便,本文不做介紹,下面我們介紹傳統型手持GPS校正方法。
使用佳明Garmin手持GPS機到一個(gè)新的工區作業(yè)時(shí),首先要對手持GPS機進(jìn)行參數設置,確定工區自定義坐標格式(UserUTMGrid),根據前面的介紹輸入正確的投影關(guān)系參數,“中央經(jīng)線(xiàn)”為當地地圖投影的中央子午線(xiàn),“投影比例”值為1,“東西偏差”值為500000m,“南北偏差”值為0m。,然后就是進(jìn)行GPS校正,求取轉換參數。在轉換參數設置界面有五個(gè)參數需要設置,其中Dx、Dy、Dz就是我們所說(shuō)的三參數,是需要我們求取的;Df、Da是固定常數,其中Df是WGS84橢球扁率與目標橢球扁率之差,Da是WGS84橢球與目標橢球長(cháng)半軸之差。Df、Da具體數字如下表:
正常求取三參數Dx、Dy、Dz需要知道已知點(diǎn)的WGS-84坐標系和北京54坐標系(或西安80坐標系)坐標的空間直角坐標數據,但北京54系(或西安8O系)坐標的空間直角坐標數據一般需要特定的計算機坐標轉換軟件來(lái)求取,而我們在野外工作的時(shí)候基本上是只有手持GPS接收機,這就無(wú)法實(shí)現參數的常規求取方法,為此我們提出了如下簡(jiǎn)易方法,以方便快速準確地求取三參數。
首先我們根據搜集到的已知控制點(diǎn)的資料找到其中一個(gè)控制點(diǎn),校正人員拿該手持機站在控制點(diǎn)上方,將三參數Dx、Dy、Dz全部設置為零,這樣手持機測得的坐標值同該控制點(diǎn)的已知成果存在一個(gè)差值,分別計算相對應差值得到的數值就是三參數Dx、Dy、Dz,將計算得到的三參數輸入手持機,重新檢查手持機測得的坐標值,計算新得到的坐標值與已知點(diǎn)成果的差值,根據差值修正三參數Dx、Dy、Dz,修正后的三參數Dx、Dy、Dz再輸入手持機,就這樣重復修正三參數Dx、Dy、Dz,直到手持機測到的坐標值與已知點(diǎn)成果差值小于5m,此時(shí)的三參數Dx、Dy、Dz即為我們求取的最終參數。
為了驗證求取的三參數是否正確,我們需要到第二個(gè)已知控制點(diǎn)上進(jìn)行檢查測量,如果檢查坐標精度小于5m,說(shuō)明我們的求取的三參數正確,GPS校正成功,參數轉換完成。如果精度大于5m,我們還要根據測的坐標值和第二個(gè)控制點(diǎn)的成果做差值計算,對三參數進(jìn)行修正,直到精度滿(mǎn)足為止。然后返回到第一個(gè)控制點(diǎn)或到第三個(gè)控制點(diǎn)重新檢查三參數是否正確,這樣重復修正三參數直到滿(mǎn)足精度要求。根據我們野外作業(yè)經(jīng)驗,三參數在參與校正控制點(diǎn)50km半徑范圍是可以滿(mǎn)足中小比例尺的地質(zhì)工程測量精度要求的。
傳統型的手持GPS機的平面精度可以控制在3~10m,但它的高程精度非常的差,我們一般只采用該類(lèi)型手持GPS機的平面坐標X、Y,而不采用它的高程Z,所以在進(jìn)行求取三參數Dx、Dy、Dz時(shí),我們可以只做Dx、Dy的求值計算,忽略Dz的計算,以便提高三參數的求取速度。

Address/地址:北京市海淀區上地十街1號院5號樓803 24小時(shí)服務(wù)熱線(xiàn)電話(huà):13621155533,13811485958
備案號:京ICP備14031818號-3 版權所有 北京明圖科技有限公司
Mail/郵箱:gps98@126.com