手持GPS坐标系统的转换与应用.doc

一、
为什么要进行坐标系统的转换

1、目前全球卫星定位系统（GPS）技术应用已十分广泛，无论是静态测量型、动态（RTK）还是手持导航等机型在测绘、地质调查、土地调查、森林普查等专业的应用已十分普遍。近几年，随着技术的不断完善以及美国SA政策的解除，手持导航型GPS接收机的定位精度较之以前已经有了大大的提高。但由于GPS测量系统与常规大地测量系统所采用的椭球参数及坐标系的原点不同，因此手持GPS观测的三角点坐标值与已知的坐标值相差甚远。其原因是：GPS测量采用的是球心坐标系（也称质心坐标系）、即WGS——84世界坐标系。而经典大地测量采用的是参心坐标系、即以参考椭球体的中心为原点。另外其椭球参数也相差很大，因此造成了观测值与已知值相差甚多。目前我国各种基本比例尺地形图所采用的坐标系统普遍为1954年北京坐标系或1980西安坐标系，这两种坐标系统均属于参心坐标系。所以手持GPS接收机的坐标系统与我们常用的地形图分属于不同的坐标系统，因此手持GPS接收机观测的坐标值不能直接展绘于1954年北京坐标系或1980西安坐标系的地形图上。基于上述种种原因，为了扩大手持GPS 的应用范围，发挥其应有的作用、同时消除因椭球参数的不同而产生的定位误差，必须对其各种参数进行重新设置和调整，进而才能提高观测精度，使其能够真正地应用到我们的实际工作中去。

2、要想对手持GPS 进行坐标转换，首先必须搞清楚两种坐标系统所采用的椭球参数有什么不同。 以下列出了WGS—84坐标系与1954年北京坐标系及1980西安坐标系椭球参数：
表一：
项
目
WGS——84坐标系（m）
1954年北京坐标系(m)

长半轴 （a）
6378137
6378245
短半轴
(b)
6356752.3142
6356863.0188
扁
率
(α)
1/298.257223563=0.003352811

1/298.3=0.00335233
表二：
项
目
WGS——84坐标系（m）
1980西安坐标系(m)

长半轴 （a）
6378137
6378140
短半轴
(b)
6356752.3142
6356755.2882
扁
率
(α)
1/298.257223563=0.003352811
1/298.257=0.003352813

二、
野外作业中的实际应用：
（以GARMIN公司的小博士系列为例，其他型号的基本类似），对于其它品牌的接收机本人没有接触过，对其标称精度和操作方法可参考相关说明书及操作手册进行校正。
1、
第一步： 测区范围内，在均匀分布的不少于三个已知三角点上（此时选择的三角点应尽量分布在工作区的四周），先将GPS接收机内部的参数全部设为“0”，即DX=0、DY=0、DZ=0、DA=0、DF=0，其中DX、DY、DZ为同一点两种坐标系统三维坐标差值，DA为两种坐标系统长半轴差值，DF为两种坐标系统扁率的差值。上述操作完成后，用GPS接收机分别观测已知三角点的坐标，根据观测结果与已知坐标值求出各自的差值，并取其平均值作为DX、DY、DZ的改正值（因GARMIN公司所产系列手持定位仪目前市面上除桂冠、展望两种型号具有气压测高功能外，其余几种型号均为GPS测高、其精度较低，无法利用，因此可将DZ设为0，也可将DZ设为其改正数，改正与否对其它参数设置均没有影响），此时上述改正数只作为参考。
2、第二步： 在已进行观测的三角点上将接收机的参数DX、DY、DZ设为已经取得的改正数，将DA、DF设为相应的差值，即a(84)－a(54)=DA=-108、α（84）-α（54）=DF=0.0000005，或a(84)—a(80)=-3、α（84）-α（80）=0.00000003。再在相同的三角点上观测已知点坐标，根据观测结果对DX、DY、DZ加入第二次新的改正数。此时，再用GPS接收机第二次观测所有已知点的坐标进行第二次改正，直到GPS接收机观测的坐标值接近已知点坐标，其差值一般小于5米时，取其各点的观测值与已知坐标的差值的平均值作为DX、DY、DZ的最终改正数，上述操作一般循环到第二次即可得到理想的改正数。
三、参数的设置及具体操作方法：
1、打开电源
按翻页键进入菜单画面
按上下键至设置
按输入键进入设置
按上下键至单位
按输入键进入单位菜单
按输入键进入（位置 距离）
按输入键进入（位置格式）
位置格式设为（User Grid）

按输入键进入User Grid菜单。
2、USER UTM GRID格式中，将LONGITUDE ORIGN栏中第一位改为“E”，代表东经，紧随其后输入测区所在的三度带或六度带中央子午线度数、在SCALE栏中输入1.0000000,代表比例系数、在FALSE
E栏中输入500000.0，代表东偏的距离、以米为单位，在FALSE
N中输入0.0，代表北偏为零。
3、数值输入编辑完成后，按上下键至存储按钮，按输入键存储完成编辑并返回单位菜单。
4、按上下键至地图基准
按输入键进入地图基准菜单
按上下键至WGS 84
再按输入键进入单位菜单

按上下键至User（用户自定义），按输入键进入（WGS84——LOCAL）菜单，然后进行二款中各个步骤的操作，各项改正数设置完毕后，不要忘记按输入键进行存储。
5、逐次按翻页键返回卫星接收状态，此时如已收到四颗以上卫星并且信号良好，即可长按输入键获取定点坐标。应该注意的是：到达某一位置，不要急于测定其坐标，而要等手持GPS静止1—2分钟然后再测定，这样求得的坐标较为准确，其他操作在此不再赘述。
四、
应用范围：
上述各种参数经过校正后，如方法正确，其定位精度一般≤±5米，完全可满足1∶10000、1∶25000、1∶50000、1∶100000、1∶200000等各种比例尺的地形图航测外业工作中的新增地物补测，区域地质填图中的地层界线的定位、物探专业各种工作方法测网中的平面定位测量（如：磁法、电法、充电法、地震勘探、重力勘探、及区域化探中的采样点定位）。大大地减轻了野外工作中的劳动强度、提高了工作效率和定位精度，使用起来十分方便。
五、
注意事项：
1、校正后的误差如大于5米时，一般不宜用于大于1∶10000比例尺的各种地质工作。即使校正后，其定位误差≤5米，也不能在≥1∶5000比例尺的各种地质工作中作为定位使用。当然，如果某些工作对野外定位精度要求不高，也可在1∶5000比例尺的工作中使用。
2、区内如果没有已知三角点或低等级的测量控制点可供校正，手持GPS接收机只能用于导航，而不能用于定位。