手持式GPS儀改正參數的內業確定方法

朱向榮，孫 肖

（1. 武警黃金第八支隊，新疆 烏魯木齊 830057）

目前，在地勘單位手持式GPS儀已成為標準配置，如何確定改正參數已有不少討論[1-3]。筆者總結了一種新的手持式GPS儀改正參數的內業確定方法：將控制點的CGCS2000坐標當作WGS84坐標，從而實現完全在室內確定其改正參數。

1 理論基礎

1.1 WGS84坐標系與現有坐標系的轉換原理

當前地質工作中常用的坐標系統有兩種：54北京坐標系或80西安坐標系。將WGS84 坐標系與這兩種坐標系進行轉換的標準程序一般需要5個環節：①高斯平面直角坐標系到大地坐標系→②大地坐標系到地心坐標系→③地心坐標系到地心坐標系→④地心坐標系到大地坐標系→⑤大地坐標系到高斯平面直角坐標系。這里重點介紹②③環節。②環節的轉換公式如下[4]：

X= (N+H) cosBcosL,Y= (N+H) cosBsinL,Z=[N(1-e2) +H]sinB，其中（X，Y，Z）為地面點的空間直角坐標，（B，L，H）為其大地坐標，N為卯酉圈曲率半徑，e為第一偏心率。

③環節的簡化公式（不考慮旋轉及尺度因子變化）如下：

其中，（XS，YS，ZS）為地面點在WGS84坐標系下的空間直角坐標；（XT，YT，ZT）為其在目標坐標系下的空間直角坐標；（ΔX，ΔY，ΔZ）為兩套空間直角坐標之差，即手持GPS儀改正參數dX、dY、dZ。

手持式GPS儀中另外兩個改正參數dA、dF分別為WGS84系統與目標系統的參考橢球之長軸半徑之差與扁率之差，此處不詳細說明。

1.2 CGCS2000與WGS84的關系[5]

在定義上，CGCS2000與WGS84是一致的，即關于坐標系原點、尺度、定向及定向演變的定義都是相同的。兩個坐標系使用的參考橢球也非常相近，唯有扁率f有微小差異。因此，CGCS2000和WGS84(G1150)是相容的，在坐標系的實現精度范圍內，CGCS2000坐標和WGS84坐標是一致的[5]。在生產實踐中，完全可以將CGCS2000坐標當作WGS84坐標使用。但需要指出的是，這樣做時高程需采用CGCS2000的大地高而非正常高。

1.3 一種假定：在目標系統下點位的大地高值與正常高值相等

因大地高與所采用的參考橢球相關，所以54北京坐標系與80西安坐標系下的大地高為未知。為了采用以上公式進行系統轉換，必須進行合理的假定：在目標系統下點位的大地高值與正常高值相等。因為我國采用正常高系統，而地質工作測區范圍有限，在有限范圍內的高程異常變化一般不是很大，所以可以將54北京系或80西安系的參考橢球移位，把測區似大地水準面直接當作參考橢球面，即將正常高作為大地高。這樣，利用以上公式得到GPS儀改正參數后實測的高程，理論上就是我們所要的正常高。另外，對地質填圖所用的掌上機，因RGmap系統中加載的地圖已設置了地圖參數，在軟件界面只需輸入東西偏差及南北偏差，這兩個參數可利用測區內幾個國家三角點的CGCS2000與目標系統的高斯直角坐標之差的平均值得出。

2 新方法的實現

計算過程可以在Excel表格中編程實現，如圖1、圖2所示。在Excel表格中建立固定格式的模板，同時賦予表中圖片相應代碼。然后在相應單元格中輸入收集到的測區所有國家三角點的兩套坐標，點擊圖片即可完成計算。

圖1 起算數據表

圖2 改正參數計算結果表

圖片代碼如下(其中用到的一些自定義函數請參考文獻[6,7]：

3 檢驗與評價

今年我部承擔了新疆某地區3個圖幅的1︰5萬區礦調任務。測區為高海拔地區，積雪時間長，交通不便，年初出隊之時大部分國家三角控制點均無法到達。利用傳統方法校正GPS儀費時費力，嚴重影響后續物化探工作的進展。針對此情況，我們收集了覆蓋整個測區的22個點的兩套坐標，利用以上方法在室內計算出了手持式GPS儀及地質掌上機的改正參數(經試算，只要點位分布均勻，有3個以上的點位數據就能取得較理想的參數)。為驗證計算結果的正確性，將所有GPS儀設置好參數后選擇一個能到達的三角點進行實地測量驗證，如表1。

表1 GPS改正參數正確性驗證/m

檢驗結果完全滿足各類《規范》對手持式GPS儀的規定。此法的最大優點還在于消除了用手持式GPS儀在三角點上采集WGS84坐標時的誤差對參數計算的影響，參數可靠性得到保證。同時需指出，從轉換原理可知，參數（dA、dF、dX、dY、dZ）與測區中央子午線數值無關，這對測區跨帶時有利，即只需改動“中央子午線”一項參數即可實現GPS儀在相鄰分度帶間切換使用。

[1]馮治漢，葉得金.化探野外工作中GPS和GIS的應用[J]．地質與勘探，2002，38(2): 75-77

[2]侯宏斌，辛存林．手持式GPS在化探工作中的應用[J]．甘肅科技，2003，19(12): 35-36

[3]陳俊勇.中國現代大地基準——中國大地坐標系統2000(CGCS2000)及其框架[J].測繪學報，2008，37(3): 269-271.

[4]羅冰.GPS手持儀坐標系統轉換參數的簡易解算方法[J]．地礦測繪，2003，19(2): 37-38

[5]魏子卿．2000中國大地坐標系及其與WGS84的比較[J]．大地測量與地球動力學，2008，28(5): 1-5

[6]朱向榮．基于Excel VBA的高斯投影計算解決方案[J]．礦山測量，2012(1): 43-45

[7]朱向榮．基于Excel VBA的常用測量計算問題解決方案[J].地理空間信息，2013(5)：146-148