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如何對手持GPS行校正?

發(fā)布時(shí)間:2018-08-22瀏覽次數(shù):1899返回列表

GPS所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)是WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng),而我們使用的地圖資源大分都屬于1954年北京坐標(biāo)系或1980年西安坐標(biāo)系。不同的坐標(biāo)系統(tǒng)給我們的使用帶來了困難,于是就出現(xiàn)了如何把WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到1954北京坐標(biāo)系或1980西安坐標(biāo)系上來的問題。從理論上講,不同坐標(biāo)系之間存在著平移和旋轉(zhuǎn)的關(guān)系,要使手持GPS所測量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為自己需要的坐標(biāo),須求出兩個(gè)坐標(biāo)系(WGS-84和北京54坐標(biāo)系或西安80坐標(biāo)系)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。由于求算轉(zhuǎn)換參數(shù)專業(yè)性較強(qiáng),因此,多數(shù)初用者不知如何行GPS的參數(shù)的求得和設(shè)置。其實(shí)關(guān)鍵要解決兩個(gè)問題,其是自定義坐標(biāo)格式(User UTMGrid)的確定;其二是自定義坐標(biāo)系統(tǒng)(User)投影參數(shù)的確定。
在GPS定位術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展過程中,根據(jù)不同的市場需求,由廠家生產(chǎn)出了各種不同型號(hào)和用途的接收機(jī),其中,市場銷量zui大、使用人數(shù)zui多、使用者大多專業(yè)性不強(qiáng)的導(dǎo)航型手持GPS在使用過程中存在的問題較多,zui主要的問題是手持GPS所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)是WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng),而我們使用的地圖資源大分都屬于1954年北京坐標(biāo)系或1980年西安坐標(biāo)系。不同的坐標(biāo)系統(tǒng)給我們的使用帶來了困難,于是就出現(xiàn)了如何把WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到1954北京坐標(biāo)系或1980西安坐標(biāo)系上來的問題。從理論上講,不同坐標(biāo)系之間存在著平移和旋轉(zhuǎn)的關(guān)系,要使手持GPS所測量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為自己需要的坐標(biāo),須求出兩個(gè)坐標(biāo)系(WGS-84和北京54坐標(biāo)系或西安80坐標(biāo)系)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。由于求算轉(zhuǎn)換參數(shù)專業(yè)性較強(qiáng),因此,多數(shù)初用者不知如何行GPS的參數(shù)的求得和設(shè)置。下面針對這分使用人員就些關(guān)鍵問題介紹如下。
、自定義坐標(biāo)格式(User UTM Grid)的確定
當(dāng)我們使用新的GPS或到個(gè)新的區(qū)作時(shí),要做的是對手中的GPS行參數(shù)設(shè)置,而參數(shù)設(shè)置步就是確定區(qū)自定義坐標(biāo)格式(User UTMGrid)。確定自定義坐標(biāo)格式中zui重要的項(xiàng)是作區(qū)中央子午線經(jīng)度的確定,這是因?yàn)樵谑褂没虻胤阶鴺?biāo)系統(tǒng)時(shí),這是個(gè)經(jīng)常需要變的參數(shù)。那么如何方便快捷的成這設(shè)置呢?般來說當(dāng)我們計(jì)劃成項(xiàng)新的作或行項(xiàng)程施時(shí),都事前劃定個(gè)行路線或作區(qū)域,同時(shí)配合使用地形圖或設(shè)計(jì)圖,這就為我們確定作區(qū)中央子午線經(jīng)度提供了zui基本條件。
在研究如何利用地形圖或給定坐標(biāo)來確定作區(qū)中央子午線經(jīng)度之前我們有要大致了解下地形圖的投影分帶問題。
地總體上是以大地體表示的,為了能行各種運(yùn)算,又以參考橢體來代替大地體。要將橢面上的圖形描繪在平面上,需要采用地圖投影的方法。我在建立統(tǒng)的平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)時(shí),規(guī)定在大地控制測量和地形測量中采用斯投影。為了使投影誤差不致影響測圖度,規(guī)定以經(jīng)差6°或3°為準(zhǔn)來限定斯投影范圍,每投影范圍就叫做個(gè)投影帶。如圖1所示從起始子午線開始,自西向東以經(jīng)差6°化為帶,將整個(gè)地劃分成60個(gè)投影帶并順序編號(hào),叫做斯6°投影帶(簡稱6°帶)。6°帶各帶的中央子午線,其經(jīng)度分別為3°、9°…… 123°、129°……357°。每投影帶兩側(cè)的子午線叫做分帶子午線,6°帶的分帶子午線的度為0°、6°……120°、126°、132°……。
大比例尺測圖,則需采用3°分帶。它規(guī)定從經(jīng)度1.5°的子午線起,自西向東以經(jīng)差3°化為帶,將整個(gè)地劃分成120個(gè)投影帶并順序編號(hào),叫做斯3°投影帶(簡稱3°帶)。這種劃分法,可使其奇數(shù)帶的中央子午線各與6°帶的中央子午線重合,而其偶數(shù)帶的中央子午線各與6°帶的分帶子午線重合,如圖2所示。顯然,3°帶各帶的中央子午線經(jīng)度分別為3°、6°……126°……360°,3°帶的帶子午線的經(jīng)度依次為1.5°、4.5°……124.5°、127.5°……。
在掌握了以上測量投影分帶常識(shí)后,我們就可以運(yùn)用手中所掌握的資料,如標(biāo)準(zhǔn)地形圖、區(qū)設(shè)計(jì)圖、目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)(包括大地坐標(biāo)B、L和平面直角坐標(biāo)X、Y)等來確定作區(qū)中央子午線經(jīng)度。
1、 根據(jù)投影帶號(hào)確定作區(qū)中央子午線經(jīng)度
如果我們用L0代表中央子午線經(jīng)度;以N3、N6分別代表3°帶和6°帶帶號(hào),根據(jù)上述投影分帶關(guān)系可以得出兩個(gè)這樣的計(jì)算公式:
(1)、L0=N3×3°
(2)、L0=N6×6°-3°
那么確定帶號(hào)值就成了問題的關(guān)鍵,這對于測量專業(yè)術(shù)人員不在話下,而對于初學(xué)者和非專業(yè)術(shù)人員來說就成了難題,其實(shí)在我們作區(qū)域內(nèi)的已知平面直角坐標(biāo)或地形圖圖框中標(biāo)定的平面直角坐標(biāo)Y值已經(jīng)標(biāo)明了帶號(hào)。我區(qū)域內(nèi)帶號(hào)為兩位數(shù)值,八位Y值整數(shù)位(單位米)zui前面的兩位數(shù)值就是帶號(hào),如21、22;42、43等,只要我們把所確定的帶號(hào)數(shù)值帶入上述公式,既可算出該作區(qū)域的中央子午線經(jīng)度。另外在如何區(qū)分3°帶號(hào)和6°帶號(hào)時(shí)只需把握兩點(diǎn)即可,是2.5分之以下的小比例尺地形圖所標(biāo)定的帶號(hào)般為6°帶帶號(hào);而1分之以上的大比例尺地形圖所標(biāo)定的帶號(hào)般為3°帶帶號(hào);二是就定的行區(qū)域內(nèi)來說,如省、市只有屈可數(shù)的幾個(gè)帶號(hào),且3°帶號(hào)是6°帶號(hào)數(shù)值的倍左右,很好區(qū)分,就吉林省來說,常用的3°帶號(hào)只有21、22兩個(gè);6°帶號(hào)只有41、42、43、44四個(gè),很容易掌握。例如,我們知道在吉林省某地區(qū)施,所用地形圖顯示為22帶投影坐標(biāo),由上述知識(shí)即可知該圖為6°帶投影,將22代入公式(2)計(jì)算得知該作區(qū)域的中央子午線經(jīng)度L0=22×6°-3°=129°。
2、 根據(jù)大地坐標(biāo)值(L)來確定作區(qū)中央子午線經(jīng)度
有時(shí)我們只有作區(qū)或目標(biāo)點(diǎn)的大地坐標(biāo)(B、L)值,而設(shè)計(jì)圖紙的平面直角坐標(biāo)值又沒有標(biāo)出帶號(hào),這怎么辦呢?這時(shí)我們只好用大地坐標(biāo)L值來確定作區(qū)的中央子午線經(jīng)度。
用大地坐標(biāo)L值來確定作區(qū)的中央子午線經(jīng)度需按以下步驟行,是要用手中的資料或設(shè)計(jì)圖判定是行6°帶設(shè)置還是3°帶設(shè)置,般來說,除特殊要求外,2.5分之以下的小比例尺地形圖均為6°分帶,然后,利用已知作區(qū)或目標(biāo)點(diǎn)的大地坐標(biāo)L值計(jì)算出所在投影帶的分帶號(hào),將帶號(hào)代入上述公式即可算出中央子午線經(jīng)度。利用大地坐標(biāo)L值計(jì)算帶號(hào)的方法是:6°帶帶號(hào)算法是用L值整數(shù)位除以6 ,取整數(shù)商加1,例如,已知目標(biāo)點(diǎn)經(jīng)度L為127°18′35″,根據(jù)計(jì)算得知其分帶號(hào)是22(127÷6+1=22);3°帶帶號(hào)算法是將L值換算成度除以3按四舍五入取整數(shù)值即為帶號(hào),例如,已知目標(biāo)點(diǎn)經(jīng)度L為127°18′35″,根據(jù)計(jì)算得知其分帶號(hào)是42(127.31÷3=42.437, 四舍五入取整數(shù)值即為42)。
另外對于已掌握投影分帶常識(shí)的用戶來說,還可以用圖示直觀法直接確定中央子午線經(jīng)度,具體方法是:利用已知作區(qū)或目標(biāo)點(diǎn)的大地坐標(biāo)L值與接近的分帶子午線經(jīng)度作比對,經(jīng)比對即可直接確定該作區(qū)域中央子午線經(jīng)度。,例如,已知使用資料為6°帶坐標(biāo) ,目標(biāo)點(diǎn)經(jīng)度為127°18′35″,根據(jù)6°投影分帶的圖示可知22帶分帶子午線經(jīng)度為126°至 132°,該目標(biāo)點(diǎn)經(jīng)度正好在此投影帶內(nèi),由此即可確定該作區(qū)的中央子午線經(jīng)度為129°
3、其他相關(guān)參數(shù)設(shè)置為:在我境內(nèi)中央子午線經(jīng)度應(yīng)設(shè)置為東經(jīng)E,投影比例參數(shù)為1,東西偏差為500000,南北偏差為0,并設(shè)單位為米。般情況下,這些參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置。
二、自定義坐標(biāo)系統(tǒng)(User)投影參數(shù)的確定
在確定自定義坐標(biāo)系統(tǒng)(User)投影參數(shù)之前,要判定手中的資料(地形圖、設(shè)計(jì)施圖、已知點(diǎn)坐標(biāo)等)是何基本坐標(biāo)系統(tǒng),如是北京坐標(biāo)系、西安坐標(biāo)系還是其他地方坐標(biāo)系統(tǒng),只有這樣才能計(jì)算使用與之相適應(yīng)的投影參數(shù),以免張冠李戴,成不要的麻煩。
1、自己觀測計(jì)算
新機(jī)拿到手之后,供應(yīng)商都給提供個(gè)投影參數(shù),這對于要求不的般用戶來說基本可以滿足作需要,而對于些專業(yè)用戶來說,就要自己來測算參數(shù)。般型號(hào)的導(dǎo)航型手持GPS自定義坐標(biāo)系統(tǒng)(User)投影參數(shù)設(shè)置界面都提供了五個(gè)變量(△X、△Y、△Z、△A、△F)需要設(shè)置,而實(shí)際作中,后兩個(gè)參數(shù)(△A、△F)針對某坐標(biāo)系統(tǒng)來說為固定參數(shù)(北京54坐標(biāo)系△A=-108、△F=0.0000005),無需改動(dòng),需要自己測算的參數(shù)主要為前三個(gè)(△X、△Y、△Z),般稱為三參數(shù)。
測算三參數(shù)的基本方法是,在已知控制點(diǎn)上測量個(gè)穩(wěn)定的WGS-84大地坐標(biāo)(B、L)值,然后,運(yùn)用專用測量程序既可算出個(gè)三參數(shù)來。三參數(shù)計(jì)算出來后,將其輸入GPS中再到已知控制點(diǎn)上觀測比對,zui好再到另已知控制點(diǎn)上觀測檢校,如比對檢校差值在規(guī)定允許誤差范圍之內(nèi),既可運(yùn)用于實(shí)際程測量作。般來說,只要到新區(qū)或程點(diǎn)間距較遠(yuǎn)(數(shù)十至上百公里以外)都要到已知控制點(diǎn)上重新行觀測比對檢校,沒有問題才能行實(shí)際作。
2、搜集使用經(jīng)驗(yàn)成果
在導(dǎo)航型手持GPS的實(shí)際應(yīng)用中,有相當(dāng)分使用者,不掌握三參數(shù)的計(jì)算程序和計(jì)算方法,那么只好靠搜集使用些經(jīng)驗(yàn)成果,把搜集來的三參數(shù)輸入GPS后到已知點(diǎn)上行觀測比對,只要滿足程施的度要求,就可直接應(yīng)用于實(shí)際作,無需自己行測算。搜集三參數(shù)經(jīng)驗(yàn)成果有許多途徑,如經(jīng)銷商、測繪管理門、同行、同學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)等。
在近年的實(shí)際作中,筆者運(yùn)用專業(yè)測量型GPS在吉林省內(nèi)分地區(qū)觀測計(jì)算了分三參數(shù)(北京54坐標(biāo)系統(tǒng)),列表如下,以供參考使用。
另外需要說明的是,如果外業(yè)觀測比對檢校超限(般型號(hào)的手持GPS限差為15m),應(yīng)主要從以下三方面查找原因,方面從外業(yè)觀測計(jì)算過程查找原因,主要察看在已知控制點(diǎn)上測量的WGS-84大地坐標(biāo)(B、L)值成果是否正確、已知坐標(biāo)成果是否、所使用程序及計(jì)算過程是否合理正確;二方面就需察看搜集使用經(jīng)驗(yàn)成果的來源是否正確;三方面需察看GPS本身是否有問題,如兩臺(tái)GPS在輸入同三參數(shù)時(shí),觀測成果和已知點(diǎn)成果比對,嚴(yán)重超差的那臺(tái)就有可能是GPS本身出了問題。解決了所有的問題之后相信您定能夠得心應(yīng)手使用GPS來成您的各項(xiàng)作。