手持GPS參數(shù)設(shè)置方法

摘要：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部分都屬于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)，必須求出兩個坐標(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)初用者不知如何進(jìn)行GPS的參數(shù)的求得和設(shè)置。其實關(guān)鍵要解決兩個問題，其一是自定義坐標(biāo)格式（User UTM Grid）的確定；其二是自定義坐標(biāo)系統(tǒng)（User）投影參數(shù)的確定。關(guān)鍵詞：GPS；坐標(biāo)格式；坐標(biāo)系統(tǒng)；投影分帶；轉(zhuǎn)換參數(shù)。 GPS（Global Positioning System）即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是由美國建立的一個衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時地進(jìn)行三維導(dǎo)航定位和測速。隨著GPS定位技術(shù)的發(fā)展，從最初的軍用已發(fā)展到民用領(lǐng)域，并已得到廣泛的應(yīng)用和普及。 在GPS定位技術(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)出了各種不同型號和用途的接收機(jī)，其中，市場銷量最大、使用人數(shù)最多、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，最主要的問題是手持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部分都屬于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)，必須求出兩個坐標(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)初用者不知如何進(jìn)行GPS的參數(shù)的求得和設(shè)置。下面針對這部分使用人員就一些關(guān)鍵問題介紹如下。 一、自定義坐標(biāo)格式（User UTM Grid）的確定當(dāng)我們使用一部新的GPS或到一個新的工區(qū)工作時，首先要做的是對手中的GPS進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，而參數(shù)設(shè)置第一步就是確定工區(qū)自定義坐標(biāo)格式（User UTM Grid）。確定自定義坐標(biāo)格式中最重要的一項是工作區(qū)中央子午線經(jīng)度的確定，這是因為在使用國家或地方坐標(biāo)系統(tǒng)時，這是一個經(jīng)常需要變更的參數(shù)。那么如何方便快捷的完成這一設(shè)置呢？一般來說當(dāng)我們計劃完成一項新的工作或進(jìn)行一項工程施工時，都事前劃定一個行進(jìn)路線或工作區(qū)域，同時配合使用地形圖或設(shè)計圖，這就為我們確定工作區(qū)中央子午線經(jīng)度提供了最基本條件。在研究如何利用地形圖或給定坐標(biāo)來確定工作區(qū)中央子午線經(jīng)度之前我們有必要大致了解一下地形圖的投影分帶問題。地球總體上是以大地體表示的，為了能進(jìn)行各種運(yùn)算，又以參考橢球體來代替大地體。要將橢球面上的圖形描繪在平面上，需要采用地圖投影的方法。我國在建立統(tǒng)一的平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)時，規(guī)定在大地控制測量和地形測量中采用高斯投影。為了使投影誤差不致影響測圖精度，規(guī)定以經(jīng)差6或3為準(zhǔn)來限定高斯投影范圍，每一投影范圍就叫做一個投影帶。如圖1所示從起始子午線開始，自西向東以經(jīng)差6化為一帶，將整個地球劃分成60個投影帶并順序編號，叫做高斯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、129357。每一投影帶兩側(cè)的子午線叫做分帶子午線，6帶的分帶子午線的精度為0、6120、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化為一帶，將整個地球劃分成120個投影帶并順序編號，叫做高斯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、6126360，3帶的分帶子午線的經(jīng)度依次為1.5、4.5124.5、 127.5。在掌握了以上測量投影分帶常識后，我們就可以運(yùn)用手中所掌握的資料，如國家標(biāo)準(zhǔn)地形圖、工區(qū)設(shè)計圖、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）等來確定工作區(qū)中央子午線經(jīng)度。1、 根據(jù)投影帶號確定工作區(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，根據(jù)上述投影分帶關(guān)系可以得出兩個這樣的計算公式：（1）、L0=N33（2）、L0=N66-3那么確定帶號值就成了問題的關(guān)鍵，這對于測量專業(yè)技術(shù)人員不在話下，而對于初學(xué)者和非專業(yè)技術(shù)人員來說就成了難題，其實在我們工作區(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。我國區(qū)域內(nèi)帶號為兩位數(shù)值，八位Y值整數(shù)位（單位米）最前面的兩位數(shù)值就是帶號，如21、22；42、43等，只要我們把所確定的帶號數(shù)值帶入上述公式，既可算出該工作區(qū)域的中央子午線經(jīng)度。另外在如何區(qū)分3帶號和6帶號時只需把握兩點(diǎn)即可，一是2.5萬分之一以下的小比例尺地形圖所標(biāo)定的帶號一般為6帶帶號；而1萬分之一以上的大比例尺地形圖所標(biāo)定的帶號一般為3帶帶號；二是就一定的行政區(qū)域內(nèi)來說，如一省、一市只有屈指可數(shù)的幾個帶號，且3帶號是6帶號數(shù)值的一倍左右，很好區(qū)分，就吉林省來說，常用的3帶號只有21、22兩個；6帶號只有41、42、43、44四個，很容易掌握。例如，我們知道在吉林省某地區(qū)施工，所用地形圖顯示為22帶投影坐標(biāo)，由上述知識即可知該圖為6帶投影，將22代入公式（2）計算得知該工作區(qū)域的中央子午線經(jīng)度L0=226-3=129。2、 根據(jù)大地坐標(biāo)值（L）來確定工作區(qū)中央子午線經(jīng)度有時我們只有工作區(qū)或目標(biāo)點(diǎn)的大地坐標(biāo)（B、L）值，而設(shè)計圖紙的平面直角坐標(biāo)值又沒有標(biāo)出帶號，這怎么辦呢？這時我們只好用大地坐標(biāo)L值來確定工作區(qū)的中央子午線經(jīng)度。用大地坐標(biāo)L值來確定工作區(qū)的中央子午線經(jīng)度需按以下步驟進(jìn)行，首先是要用手中的資料或設(shè)計圖判定是進(jìn)行6帶設(shè)置還是3帶設(shè)置，一般來說，除特殊要求外，2.5萬分之一以下的小比例尺地形圖均為6分帶，然后，利用已知工作區(qū)或目標(biāo)點(diǎn)的大地坐標(biāo)L值計算出所在投影帶的分帶號，將帶號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值計算帶號的方法是： 6帶帶號算法是用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1271835，根據(jù)計算得知其分帶號是22（12761=22）；3帶帶號算法是將L值換算成度除以3按四舍五入取整數(shù)值即為帶號，例如，已知目標(biāo)點(diǎn)經(jīng)度L為1271835，根據(jù)計算得知其分帶號是42（127.313=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：利用已知工作區(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工作區(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1271835，根據(jù)（圖2 ）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)，由此即可確定該工作區(qū)的中央子午線經(jīng)度為1293、 其他相關(guān)參數(shù)設(shè)置為：在我國境內(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。一般情況下，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，首先要判定手中的資料（地形圖、設(shè)計施工圖、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)，只有這樣才能計算使用與之相適應(yīng)的投影參數(shù)，以免張冠李戴，造成不必要的麻煩。1、自己觀測計算新機(jī)拿到手之后，供應(yīng)商都給提供一個投影參數(shù)，這對于要求不高的一般用戶來說基本可以滿足工作需要，而對于一些專業(yè)用戶來說，就要自己來測算參數(shù)。一般型號的導(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變量（X、Y、Z、A、F）需要設(shè)置，而實際工作中，后兩個參數(shù)（A、F）針對某一坐標(biāo)系統(tǒng)來說為固定參數(shù)（北京54坐標(biāo)系A(chǔ)=-108、F=0.0000005），無需改動，需要自己測算的參數(shù)主要為前三個（X、Y、Z），一般稱為三參數(shù)。測算三參數(shù)的基本方法是，首先在已知控制點(diǎn)上測量一個穩(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一個三參數(shù)來。三參數(shù)計算出來后，將其輸入GPS中再到已知控制點(diǎn)上觀測比對，最好再到另一已知控制點(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)用于實際工程測量工作。一般來說，只要到一新工區(qū)或工程點(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)上重新進(jìn)行觀測比對檢校，沒有問題才能進(jìn)行實際工作。2、搜集使用經(jīng)驗成果在導(dǎo)航型手持GPS的實際應(yīng)用中，有相當(dāng)一部分使用者，不掌握三參數(shù)的計算程序和計算方法，那么只好靠搜集使用一些經(jīng)驗成果，把搜集來的三參數(shù)輸入GPS后到已知點(diǎn)上進(jìn)行觀測比對，只要滿足工程施工的精度要求，就可直接應(yīng)用于實際工作，無需自己進(jìn)行測算。搜集三參數(shù)經(jīng)驗成果有許多途徑，如經(jīng)銷商、測繪管理部門、同行、同學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)等。在近年的實際工作中，筆者運(yùn)用專業(yè)測量型高精度GPS在吉林省內(nèi)部分地區(qū)觀測計算了部分三參數(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(一般型號的手持GPS限差為15m)，應(yīng)主要從以下三方面查找原因，一方面從外業(yè)