手持GPS接收機在水利勘測中的應用

宮 俊

( 黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

0 引 言

黑龍江省水利水電勘測設計研究院測繪處承擔了江北“超級堤”暨景觀大道征地測量，從中我們探索出一套手持GPS 接收機應用于江北“超級堤”征地調查的程序和方法，解決了手持GPS 與基準站間設置、手持GPS 數據采集精度及用于江北“超級堤”征地調查可行性等一系列問題，為征地調查提供了新的技術途徑與方法。

手持GPS 可以定位出我們通常用到的同一位置的WGS－84 坐標，54 大地坐標及直角坐標，80 大地坐標及直角坐標，2000 大地坐標及直角坐標的數值，這對于當時所用的圖件有直接關系。可以隨時看到我們所處的位置。

1 應用范圍與方式

1.1 應用范圍

探險家500 手持GPS 接收機內置全國地圖，14 通道True Fix快速定位技術，高靈敏度平板天線，精度:3 m Rms，高速USB 通訊接口，可傳輸文件。在這樣的精度條件下要進行的定位和導航工作均可采用手持GPS 接收機來完成，在水利勘測工作中，可以利用手持GPS 接收機來完成以下5 項工作:

1.1.1 找控制點

包括控制測量階段尋找起算平面控制點和有概略坐標的水準點，在地形圖測量或放樣過程中尋找設站和定向控制點。

1.1.2 測區踏勘

根據可研階段設計人員落在圖上的范圍線，即可確定1∶2000 帶狀地形圖測量的測區范圍。

1.1.3 線路踏勘和調查

在水利工程的預可研、可研設計階段，將設計線路按一定間隔計算逐樁坐標編輯成航線輸入手持GPS 接收機，引導勘測人員進行線路踏勘和調查。

1.1.4 指導GPS 控制網布點

由于無人區內無明顯參照物，很容易迷失方向，將擬布設的GPS 控制點概略坐標輸入手持GPS，引導車輛朝點位方向行駛，并快速到達點位，保證每5 km ～10 km布設一對GPS點。

1.1.5 點位測量

測量精度要求不太高的目標點位，如不良地質地段、采空區、礦區等。

1.2 手持GPS 接收機的應用方式

應用方式包括3個方面:

1.2.1 導航

引導車輛，顯示距點位的距離，汽車或人行駛速度，也顯示應前進的方向。

1.2.2 放樣切換至坐標畫面，屏幕上顯示坐標及高程，最小顯示單位為m( 即最小刻劃為m) 。

1.2.3 測量( 采集) 坐標

在待測點位上放置5 ～10 min，記錄該點的坐標，并用記錄本記錄下高程值。

2 坐標系統參數計算

2.1 不同坐標參數

不同坐標系參數見表1。

表1 不同坐標系參數表

表1 中A 為大地坐標系對應橢球之長半軸，F 為對應橢球之扁率。通常在國家坐標系的基礎上保持橢球中心、軸向和扁率不變通過延長長半軸A 來確定，在實際應用中應特別注意這種變化。

2.2 轉換坐標系數參數計算

將WGS－84 坐標系的X、Y、Z 及A、F 值，減去國家坐標系的對應值，即可求出DX、DY、DZ、DA、DF 共5個坐標系統轉換參數。一個控制點可求出1 組DX、DY、DZ、DA、DF 值，利用多個控制點則取DX、DY、DZ、DA、DF 的算術平均值。一旦需轉換的兩個坐標系統確定以后，DA、DF 是常值，不同測區的DX、DY、DZ 可能不同。

2.3 參數計算驗證

參數計算出來之后必須對其進行驗證。DX、DY、DZ、DA、DF 共5個轉換參數求出后，必須按提示分別輸入手持GPS 接收機后，拿到實地檢測，驗證這5個參數是否正確。驗證的方法是在野外選定5個以上控制點進行實測，將實測值與理論值進行比較，如果最大誤差≤15 m，平均誤差≤10 m，則計算出的參數可以使用，否則要重新計算或查找出出現問題的原因。

3 應 用

在《哈爾濱市區松花江北岸“超級堤”暨景觀大道工程可研工程測量》中，筆者應用了MAGELLAN 公司生產的eXplorist500( 探險家) 手持GPS 接收機，施測“超級堤”段征地測量數據，取得了良好的應用效果，操作過程如下:

3.1 設定

·按“功能菜單健”;

·用上下鍵進入“系統設置”的功能選項;

·再點擊“地圖單位”

·按下輸入鍵進入“自定義坐標系”出現“投影”。

·設定橫向墨托卡

·設定原點緯度為0，原點經度為126°。投影比例1，原點向東偏差500000，向北偏差0 ，通用單位米1。

·在地圖單位中參考橢球設定為“user”;選擇“用戶”點擊在出現的“自定義基準”頁面中，北京坐標設定Da =－108，DF=0.0000005;西安坐標設定Da =3，DF =0.0000003。DX、DY、DZ 3個參數因地區而異，必須求定后輸入。( WGS84坐標5 參數均為0) 。

3.2 存點

把設計坐標輸入手持GPS，輸入前應先去掉帶好，如坐標為X=2562505，Y =38430152，按順序輸入應先輸入Y 值0430152，再輸入X 值2562505。輸入方法為:

3.2.1 方法1

在存點功能上輸入:

·按功能菜單健，選擇“我的興趣點”中，選擇一個點點擊，

·用上下鍵將光標移動到“編輯興趣點”的功能選項;

·用上下鍵選定點號，坐標等一次輸入;

·保存

3.2.2 方法2

在航點頁面按項目( 航線) 輸入坐標:·按翻頁鍵直到顯示“功能菜單頁面”;·用上下鍵將光標移動到要編輯的區域，按下輸入鍵后就可以進行編輯，依次輸入Y 坐標、X 坐標。

3.3 放樣( 進入點位)

進入勘測區域后，打開GPS，進行如下操作:

·按翻頁鍵直到顯示“功能菜單頁面”;

·用上下鍵將光標移動到“航點”的功能選項;

·按輸入鍵進入“航點頁面”;

·用上下鍵進入“最近點”可知最近點的距離和方位或直接進入指定點號，頁面即時顯示距離和方位。

3.4 測量( 采集) 坐標

進入存點頁面，在待測點位上放置5 ～10 min，輸入點號，按確定保存該點的坐標和高程值。

3.5 外業回來后，用手工將記錄下的三維數據，展繪于1/10 000圖上，并標注征地范圍，檢核與圖上相對地物吻合。

4 注意事項及結論

1) 在1∶10 000或更小比例尺的勘察項目完全可以用手持式GPS 絕對定位方法施測點位。但首先坐標、高程要注意檢核已知點。該方法操作簡單，使用方便。

2) 手持GPS 的單點定位時間應≥4 ～5 min。

3) 應定期或不定期到已知點上檢測儀器。

4) 缺點是每次下載數據都要手工記錄三維數據，比較麻煩。

5) 平坦地區的定位精度較高，隱蔽地區的定位精度較低，實際應用應十分注意。

6) 參數計算是定位的關鍵，因此公共點的選擇必須要有代表性。高程異常、公共點的圖形強度、坐標精度等因素對轉換參數都有較大影響。

7) 在首級GPS 控制測量做好時，應充分發揮靜態相對定位的優勢，將其解算的轉換參數和GPS－84 平差成果應用于手持GPS 中，以提高定位精度。

［1］孔祥元，等. 大地測量學基礎［M］. 武漢: 武漢大學出版社，2001.

［2］李征航，等. GPS 測量與數據處理［M］. 武漢: 武漢大學出版社，2005.