浅谈手持GPS三参数计算

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以内,有的甚至达到5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,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dxdydzdadf。不同地点dxdydz是不同的,dadf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。

WGS-84转换为北京54坐标系时:

da=aWGS84-a北京54= -108df=fWGS84-f北京54=0.00000048(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= -3df= 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

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dxdydz。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

2  AB点标准坐标

已知点

坐标系

Xm

Ym

hm

中央经线

A

北京54

2520287.502

19222486.16

144.6

111

B

西安80

2557540.317

36361247.46

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。

 1  调整GPS坐标系统为WGS84

第二步GPS放在已知点上,待精度显示或接近机器本身能达到的最优水平时,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。AB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°4527.8″。

在中间选择已知点已知坐标的坐标系(A点为北京54B点位西安80)和中央经线。

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。

 

2   AGPS参数计算

3    BGPS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②一般只需修改中央经线,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GPSB点测出的坐标:X=2557541mY=36361247mh=838m,与B点标准坐标误差非常小。

A点计算好参数并修改GPS设置后测出的坐标:X=2520287mY=19222486mh=141m,与标准坐标误差也很小。

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10kmGPS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。

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