目前,手持gps的定位精度较之以前已经有了很大的提高,多数已达到10米以内,有的甚至达到5米以内,其在地质勘查中的应用也已经十分普遍。手持gps所使用的坐标系统基本都是wgs-84坐标系统,而我们使用的地图资源大部分都属于1954年北京坐标系(北京54)或1980年西安国家大地坐标系(西安80),如不对手持gps进行相应参数设置,就会使其的定位数据产生较大误差,在我国,其误差范围为50-100米,此误差范围无法满足当前地勘工作的需要。
所谓参数,就是运用于转换同一地点不同椭球坐标系的坐标值的一组数据。严密的坐标转换,一般是用七参数布尔莎模型(即 x 平移, y 平移, z 平移, x 旋转(wx), y 旋转(wy), z 旋转(wz)及尺度变化(dm )),但手持gps一般用五参数转换,即dx、dy、dz、da、df。不同地点dx、dy、dz是不同的,da和df却相对固定,与要进行相互转换的两个椭球的长半轴及扁率有关。
如wgs-84转换为北京54坐标系时:
da=awgs84-a北京54= -108,df=fwgs84-f北京54=0.(通常都取0.0000005);
wgs-84转换为西安80坐标系时:
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坐标系的长半轴和扁率主要参数见表1。
表1 wgs-84、北京54和西安80坐标系主要参数
坐标系 椭球体 长半轴a 短半轴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实际需要计算的只有dx、dy和dz。这三个参数可以到测绘部门收集,若收集不到,则需要在已知坐标点(如三角点、四等点等)上进行调试测算。下面介绍在两个不同坐标系的已知点上进行的三参数计算,两个已知点坐标见表2。
表2 a和b点标准坐标
已知点 坐标系 x(m) y(m) h(m) 经线
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坐标格式调整为度分秒格式,坐标系统调到wgs-84,如图1。若gps长期不开机使用,应先进行初始化。
图1 调整gps坐标系统为wgs84
第二步将gps放在已知点上,待精度显示或接近机器本身能达到的水平时,记录下该点的经纬度坐标和高程。
第三步则根据已知点的已知坐标和该点上gps记录的经纬度来计算该点处gps的三参数。
目前已有许多网友编制了有关软件来计算这三参数,并提供免费分享。a和b点的参数计算过程见图2和图3。
打开该软件后在左边输入gps在已知点上记录的纬度、经度和高程(高程并不十分重要,也可输入已知点的已知高程)。该软件提示也可以输入rinex o文件的地心坐标,指的是改已知点wgs84坐标格式下精确的经纬度坐标,这个一般也比较难收集到,因此才用手持gps在改点记录的经纬度代替,只要手持gps的精度可以,两种方式输入的坐标对结果影响差别不大。但要注意经纬度的输入方式,比如图1中的22.45278代表的是22°45′27.8′。
在中间选择已知点已知坐标的坐标系(a点为北京54,b点位西安80)和经线。
在右边输入已知点的直角坐标,单位为米,注意y坐标输入时不含带号,即要到小数点前6位。然后点击计算,结果就出来了。
图2 a点gps参数计算
图3 b点gps参数计算
最后把手持gps坐标格式调整为user utm grid,坐标系统调到user,并设置好gps参数,如图4。图中②一般只需修改经线,投影比例、东西偏移和南北偏移保持跟图中一致就行了。图4是在计算了b点的参数后进行的gps设置,经设置后,该gps在b点测出的坐标:x=2557541m,y=m,h=838m,与b点标准坐标误差非常小。
在a点计算好参数并修改gps设置后测出的坐标:x=2520287m,y=m,h=141m,与标准坐标误差也很小。
图4 设置gps参数(b点)
需要注意的是,gps的三参数并不是固定不变的,不同计算方法和不同地点计算出来的三参数都不一样。在此只介绍了本人一直以来在使用的计算方法,实践证明也比较可行。而在某已知点计算好的参数,在离该已知点越远处使用该参数,gps定位的精度越差。曾有每远离已知点10km,gps误差就增加1m的经验之说,也有人建议根据gps数据内部取整修约规则,每50km就更换三参数。使用者应根据具体情况和工作需要,随时调整gps的参数。
当然影响gps定位精度的因素还有很多,比如槽糕的天气、林立的高楼大厦和浓密的森林等,都会使gps搜到的卫星数太少而定位精度变差,但这些都是人力无法改变的外部因素。
ps:目前网上还有不少可以计算三参数的软件,但有的编制者为维护软件要收取费用,有的功能不够全(如easypar只能计算wgs84转北京54的参数)。本文使用的是功能较全且免费的一款,编制的网友并没有对其取名,我们暂且把它定为“gps三参数计算器”吧,感谢编制者的无偿共享。还有一款同样免费的软件叫“gps 帮帮”,其不但可以计算三参数,还可以生成gps可认的gpx文件,实现精确地向手持gps批量输入导航点(如化探采样预布点等)。这些软件都可以在“华夏土地论坛”收集得到,本人也收藏有,可以随时共享。(来源:广西地质勘察总院)
信息标题:手持gps参数计算
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