手持GPS在地质勘查中的应用研究

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1、201础3．2011地质学刊第35卷第2期doi：10．3969／j．issn．1674-3636．2011．02．201手持GPS在地质勘查中的应用研究杨礼平1，李梦颖2(1．江苏省地质调查研究院，江苏南京210018；2．江苏省有色金属华东地质勘查局805队，江苏南京210007)摘要：GPS是20世纪70年代出现的新一代空间卫星导航定位系统，由窄问星座、地面监控系统和用户系统3个部分组成。手持GPS以其灵便、定位精度高和全天候等特点使其在地质勘查工作中的应用较为普及。结合工作实践，阐述了手持GPS定位的基本原理、常用坐标系、坐标转换方法、定位精度、使用注意事项，给同行

2、的类似工作提供参考。关键词：GPS；坐标系统；坐标转换；误差分析中图分类号：P228．4文献标识码：A文章编号：1674—3636(2011)02—0201—030引言全球定位系统(简称GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98％的24颗GPS卫星星座己布设完成。该系统由空间星座、地面监控系统、用户系统3个部分组成。手持GPS以其轻巧灵便、定位精度高、全天候等特点被广泛用于地质勘查工作中(徐绍

3、铨等，1998)。1手持GPS定位原理在过地心的6个轨道面上均匀分布24颗卫星，这些卫星全天候，实时地向地面发送卫星定位信息。由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，可得到卫星一接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(x，y，z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，x、y、z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。用户接收机根据接收的定位信息，实时计算求出接收机的三维位置，即GPS单点定位。手持GPS正是基于这种原理从而达到全球性、全天候、连续的三维

4、定位。2地质勘查常用的坐标系GPS坐标系统为WGS一84坐标系，一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的z轴指向BIH(国际时间)1984．0定义的协议地球极(CTP)方向，x轴指向BIH1984．0的零子午面和CTP赤道的交点，y轴与z轴、x轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系统，即手持GPS所采用坐标系统。地质勘查工作常用的坐标系统为北京54坐标系和西安80坐标系。北京54坐标系是在20世纪50年代鉴于当时的历史条件，采用克拉索夫斯基椭球元素，并与前苏联1942普尔科沃坐标系进行联测，通过计算建立的坐标系；西安80坐标系：大地

5、原点设在陕西省泾阳县永乐镇，采用1975国际椭球，以JYD1968．0系统为椭球定向基准，椭球短轴Z轴平行于由地球地心指向1968．0地极原点(JYD)的方向；大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面，x轴在大地起始子午面内与z轴垂直指向经度零方向；l，轴与z，x轴成右手坐标系的参心坐标系。各坐标系对应的椭球参数见表1。收稿日期：2011—02—25；编辑：侯鹏飞作者简介：杨礼平(1979一)，男，工程师，长期从事地质测量工作，E-mail：Sltlrvey0565@sina．eom202地质学刊2011年6月3WGS一84坐标向北京54坐标系和西安80坐标的转换手持G

6、PS坐标系统(WGS-84)向常用坐标系统(北京54或西安80)转换大多采用5参数，分别为DX、DY、DZ、DA、DF参数，参数值为某点WGS一84坐标系的x、l，、Z(空间三维直角坐标)、A、F减去此点北京54坐标系或西安80坐标系的对应值，DX、DY、DZ、DA单位为米。参数计算法步骤如下。(1)搜集应用区域内3个及以上控制点的WGS一84坐标系B、￡、日(大地高)及相应点的北京54坐标系或西安80坐标系B、L、h(正常高)、亭(高程异常)值。启、L、H分别为大地坐标系中的大地纬度、大地经度和大地高。(2)计算不同坐标系三维直角坐标值。对同一空问点，直角坐标系与大地坐标

7、系参数问的转换关系式如下。X=(Ⅳ+H)cosB·cosLY=(Ⅳ+H)cosB·sinLZ=[Ⅳ(1一E2)+H]sinBX、y、Z分别为三维直角坐标系中的直角坐标。N=A／(1一E2sin2B)v2，N为该点的卯酉圈曲率半径。H=h+亭，其中h为正常高，f为高程异常(徐绍铨等，1998)。以上参数可依据坐标转换软件Coord来计算。(3)求出DA、DF。DA、DF为恒定值，依据表1椭球参数，GPSWGS一84坐标向北京54坐标系转换：DA=一108m，DF=o．000013048；GPSWGS一84坐标向西安8