手持GPS在区域水文地质调查项目中的应用

2022-10-17

我院承担了赤峰市林西县东台子区域水文地质调查任务, 接到任务后, 我院组织相关技术人员针对该项目进行了前期测绘成果资料的搜集。经过多方沟通协商, 项目委托方提供给我院电子版DWG格式的《东台子工业园区总体规划图》1份, 标注说明此图的坐标系为1980年西安坐标系;同时搜集到了项目区内的3个E级GPS控制点 (1980西安坐标系) 。区域水文地质调查的前期工作, 由于要求精度相对较低, 故多数的前期调查点采用手持GPS获得坐标点和航迹, 但这就涉及到如何正确使用手持GPS, 正确使用手持GPS, 就要设置正确的手持机五参数。

众所周知, 手持式GPS默认坐标系统是WGS-84坐标系统 (WGS84经纬度坐标) , 而我们经常使用的地形图等测绘成果资料绝大部分为1954年北京坐标系或1980年西安坐标系。不同的坐标系统给我们的使用带来了困难, 于是就出现了如何把WGS-84坐标转换到1954北京坐标系或1980年西安坐标系上的问题。

一、如何获得正确的五参数

大家知道, 不同坐标系之间存在着平移和旋转, 要使手持GPS所测量的数据转换为自己需要的坐标, 必须求出两个坐标系 (WGS-84和北京54坐标系或西安80坐标系) 之间的转换参数。因此, 如果您最后希望得到的不是WGS-84坐标系数据, 必须进行坐标转换, 输入相应的坐标转换参数。只要用户计算出五个转换参数 (DX、DY、DZ、DA、DF) 并按提示输入GPS中, 即可在GPS仪器上自动进行坐标转换, 得出该点对应的北京54坐标系 (或西安80坐标系) 的坐标值。

二.求坐标转换参数

下面以西安80坐标系为例, 求手持GPS接收机坐标转换五个参数的方法。

我院已经搜集到调查区域内DWG格式的《东台子工业园区总体规划图》和3个等级控制点 (包括对应的WGS84静态数据) , 均为1980年西安坐标系成果资料。

将上述获得的控制点的坐标数据, 用坐标转换软件转换成广州南方测绘仪器有限公司的南方测绘Gps4.4000数据处理程序中自带的GPS工具箱 (版本5.0.20091015) 对应的纬度格式 (度分秒:ddd.mmss形式, 如:23°43′21.4568″就输为23.32214568) 。打开GPS工具箱→打开实用工具→打开五参数计算 (手持机) , 出现五参数计算界面后, 按左侧标注输入对应的经纬度坐标→选择好目标椭球系 (国家80) →计算→五参数计算完成。当然也可以用软行者发行的坐标转换三参数计算器4.4来计算上述参数, 在此就不一一例举。南方GPS工具箱具体计算过程见下图:

转换参数求出后按提示输入手持型GPS中, 经过这样一次设置, 以后所有在该区域内测量时手持GPS所显示的坐标就为该点的西安80坐标了。

三.参数检验

DX、DY、DZ、DA、DF五个转换参数求出后, 按手持GPS的界面提示输到GPS中, 同时输入项目区中央子午线经度。E代表东经, 投影比例参数为1, 东西偏差为500000米, 南北偏差为0, 并设单位为米。输入完毕后, 应拿到实地检验检验这五个参数是否正确。方法是在野外选定视野开阔无遮挡的地方, 采集特征点 (如线状地物交叉点、独立地物等) 的坐标和图纸上的特征点对比, 最好是用手持GPS导航放样埋石控制点进行和原始坐标值对比。如比较结果满足仪器标称精度, 则证明计算的五转换参数正确可靠, 可用作整个项目区的作业参数。如采集的坐标和控制点坐标相差很多, 超出仪器标称精度, 则应重新检查和确认此五参数计算过程和所搜集测绘成果的正确性 (即成果来源的正确性) 。

我院作业人员输入林西县东台子区域的西安80五参数后, 外业采集的水井坐标数据后, 在内业上图时就发现井位和实际位置相差约240多米, 本来井位在道路的东侧, 但上图后却跑到路的西侧, 和实际完全不符。经检查西安80五参数计算没有问题, 在找高等级控制点时完全正确。根据这种情况, 我认为可能是搜集的地形底图出现了问题, 指挥现场工作人员, 去现场找到一个距明显现状地物 (围墙) 距里较近的控制点, 用钢尺测量控制点和围墙的相对关系和把控制点绘制到地形图上时, 发现控制点位置和实际位置相差243米, 由此确定搜集的地形底图向东偏移了。经过室内对地形底图校正后, 外业采集的井位位置就和实地对应了。

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等比例尺的水文地质调查、区域地质填图位、物探测网等平面定位测量, 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。