MapGIS图件校正与GPS定位在地质工作中的应用

2013-03-26陈擎，刘林，冯伟

地理空间信息 2013年1期

陈擎，刘林，冯伟

（1.核工业二○三研究所，陕西咸阳 712000）

目前大多数地质工作中，野外地质定点采用GPS大地坐标，经坐标转换软件转换为投影平面直角坐标[1]，最后手工把地质点投影到图件上。投影点不仅误差大，还很繁琐。GPS大地坐标本身就有较大的误差，再使用软件转换，就会使误差累计。而且大多数地质图件为非校正的图件，图件本身存在较大误差，再用手工投影就会造成更大的偏差。为此，在实际工作中，笔者总结出了一套通过MapGIS与GPS共同使用一种投影平面直角坐标系统作为桥梁，把地质图件校正与GPS参数设置二者相结合的工作方法，以供参考和交流。

1 地质图件校正

地质图件校正是指利用MapGIS软件，把与某一地区地质工作有关的地形图、地质图、航片和遥感影像等图件，依据其已知理论坐标，投影到某种投影平面直角坐标系下的实际坐标位置。

对于矢量化图件时没有定义坐标系统的[2]，被默认为用户自定义坐标系统，它是一种不严格的坐标系，必须校正，即给用户自定义坐标系赋予与图件相同的椭球参数和投影类型，通过误差校正使图件投影到图面坐标值的实际位置。

在图件校正过程中，必须进行单位之间的换算，采用图面坐标=(实际坐标×1 000)/比例尺分母计算。要注意，投影平面直角坐标系和MapGIS软件坐标系X、Y轴正好相反，如点（X=4061643.466，Y=17451397.039）在1∶50000图件中实际输入坐标为（X=9027.94078，Y=81232.86932）。注意，17 为 6°带带号，直接去掉。

1.1 非矢量化图件校正

针对收集的未矢量化图片格式的地质图件，利用MapGIS软件[3]中图像分析模块对其进行校正。首先利用影像转换模块把JPG、TIF等格式图片转换为MSI格式的影像文件；然后利用镶嵌融合给影像文件加入准确控制信息，使其位于坐标系中的准确位置。对于非标准图幅的影像文件，通过手工输入3个或3个以上的理论坐标已知的点校正。对于国家标准分幅的图件，利用参照文件在屏幕中提取控制点校正。

1.2 矢量化图件校正

针对未校正的矢量化图件，校正方法为：首先采用投影变换，将矢量化的数据校正到需要的投影平面直角坐标系下；然后，利用误差校正，选取4个及4个以上的已知理论坐标值的点作为控制点，分别对点、线、面文件进行校正，使数据在投影平面直角坐标系下处于坐标实际位置。

2 GPS系统参数校正

GPS测量采用的是球心坐标系（也称质心坐标系），即WGS84世界坐标系；而大地测量采用的是参心坐标系，其以参考椭球体的中心为原点。所以，GPS测量系统与常规大地测量系统所采用的椭球参数及坐标系的原点不同，GPS观测的三角点坐标值与已知的坐标值相差甚远。

鉴于上述原因，为了避免误差，以往采用大地坐标进行GPS定位，然后将其转换为平面直角坐标，不仅繁琐而且还存在较大的误差。通过研究发现，在某一区域，对GPS各种参数进行重新设置和调整，可以消除因椭球参数的不同而产生的定位误差，提高观测精度。

2.1 校正参数的计算

1）参数计算。测区范围内，在均匀分布的不少于3个已知三角点上，先将GPS接收机内部的参数全部设为“0”，即DX=0、DY=0、DZ=0、DA=0、DF=0，其中DX、DY、DZ为同一点2种坐标系统三维坐标差值，DA为2种坐标系统长半轴差值，DF为2种坐标系统扁率的差值，以1954北京坐标系为例，DA=-108、DF=0.0000005。上述操作完成后，用GPS接收机分别观测已知三角点的坐标，根据观测结果与已知坐标值求出各自的差值，并取其平均值作为DX、DY、DZ的改正值，此时改正数只作为参考。

2）参数验证。在已进行观测的三角点上将GPS接收机的参数DX、DY、DZ设为已经取得的改正数，将DA、DF设为相应的差值；再在相同的三角点上观测已知点坐标，根据观测结果对DX、DY、DZ加入第2次新的改正数。此时，再用GPS接收机第2次观测所有已知点的坐标进行第2次改正。经多次观测改正，直到GPS接收机观测的坐标值接近已知点坐标，其差值一般小于5 m时，取其各点的观测值与已知坐标的差值的平均值作为DX、DY、DZ的最终改正数。

2.2 参数设置的具体操作方法

以GARMIN公司的小博士[4]系列为例，其他型号的基本类似。其操作步骤为：进入菜单-设置-单位-位置格式- 选择User Grid-设置中央经线（计算所得）、投影比例（1.000 000 0）、东西偏差（500 000.0）、南北偏差（0.0）-储存-地图基准- WGS84-选择User-输入各项改正参数-储存。

特别值得注意的是，6°带中央子午线的算法为：经度＝6×当地带号－3；3°带中央子午线的算法为：经度＝3×当地带号。

经过参数校正的GPS坐标为投影平面直角坐标，其坐标值准确，最大误差为3～5 m，在允许的误差范围之内。

3 校正图件与GPS链接应用

通过上述图件校正和GPS系统参数的校正，使得图件和GPS实际观测坐标有了相同投影平面直角坐标系，这样就可以将野外采集的地质路线点、矿点、矿化点以及已完成的工程投影到校正的地质图件上，使图面内容更加准确。同样，可以把收集到的不同资料进行叠加，对工作区进行综合地质分析；也可以在校正图件上布设地质工作，直接在图件上获取准确的坐标，使用GPS进行野外工作部署。

1）野外采集点投影到校正图件。GPS野外采集的点，通过MapGIS投影变换[5]模块中的用户投影变换，可以一次性准确地投影到需要的投影平面直角坐标系中，把图件通过上述方法校正到与其一致的坐标系统下，这样二者有共同的坐标系统，都在其理论坐标的准确位置。添加到一个工程文件中，点就准确地投影到图件了。

2）多元信息图件的叠加。把收集到的不同时期、不同比例尺多元信息图件，按同一个比例尺计算理论坐标值，并进行校正匹配[6]、添加到一个工程文件中，可以在一个文件中看到同一地区多元信息资料，并且各种图面信息的位置是准确的。这样有利于综合分析工作区的信息，进行综合研究。

3）在校正图件上布设的工作准确定位到实际坐标。依据综合分析结果，在校正图件上布设地质调查路线、实测剖面、地表工程（探槽、浅井）及深部工程（钻探）等，可以准确地获得实际坐标[7]，将其导入GPS中，在野外进行精确的定位。其方法为：在MapGIS工程文件中点击设置-设置坐标显示-输入计算的数据比例尺，可以在下边工具栏中读取图面上鼠标所在点的实际坐标值。