手持GPS在土壤地球化学测量中的应用

吴 凯

(中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西 西安 710003)

1 概述

GPS即全球定位系统，主要用来确定目标点的地理坐标。GPS系统拥有如下多种优点：使用低频讯号，纵使天候不佳仍能保持相当的讯号穿透性；全球覆盖；三维定速定时高精度；快速、省时、高效率；应用广泛、多功能；可移动定位。随着手持GPS技术的不断提高而广泛应用于地质工作中，克服了以往误差大、质检难度大、高耗能、数据储存传输难等问题。

2 GPS参数设置及校正

2.1 GPS参数设置

手持GPS的使用之前应首先明确GPS的坐标系统——WGS-84坐标系。我国地形图应用目前主要有北京54坐标系、西安80坐标系及黄海高程系。由于不同的坐标系采用的参考椭球不同，存在着平移量、旋转量和比例的缩放系数，使用前必须要做不同椭球的坐标系的转换工作。点击进入手持GPS“主菜单”，选择“设置”选项，点击“坐标设置”进入坐标设置页面，选择基准1，投影坐标系(XYH),椭球类型为“西安80”(根据工作区当地实际情况选用合适的坐标系),按照选用的坐标系椭球参数输入长半轴和扁率倒数和K。投影类型为横轴墨卡托投影，北基准为真北，对横轴墨卡托投影进行设置。

2.2 GPS参数校正

GPS参数设置完毕后，应对参数进行校正，一般选用测区的已知控制点进行GPS定点，然后根据已知控制点的坐标的实测平均值之差算出测区范围内的大地坐标系中的三维直角坐标与GPS观测值的X、Y、Z的改正值，即DX、DY、DZ。然后在GPS中输入相应的DX、DY、DZ。由于地球化学测量工作中对高程精度没有过多要求，所以无需考虑高程的影响，仅对DX、DY进行校正即可。

在对DX、DY进行校正时，应选取测区有代表性的观测点，且观测点数量不少于3个。以计算的参数为中心，有规律地调整DX、DY的值，选取点位差值最小的参数作为测区的最优参数。

3 GPS的一致性实验

在土壤地球化学测量中，需投入多台GPS以备使用，所以必须对GPS进行一致性实验，检查GPS个体间的误差是否在可控制范围内。一致性实验一般在测区进行，将多台设置好参数的GPS在同一地点同时进行实验，实验测点数不应少于10个，点间距100 m以上，然后求取误差的平均值，检查是否在误差规定范围内。

4 GPS在土壤地球化学测量中的应用

4.1 室内准备

在土壤地球化学测量野外工作前，首先需计算土壤地球化学测量的采样设计点位，工作中一般使用MAPGIS程序，在程序中将设计图中的采样点位读取并输出，制成Excel数据表。采样点名称必须与设计图上的格子号点号一致，将导出的点位坐标数据表按照GPS的默认输出文件模版保存为CSV文件。利用GIS OFFICE软件将坐标数据传输至手持GPS中，操作步骤见图1。

图1 GPS坐标数据导入步骤

4.2 野外工作

(1)导航找点。进入野外工作后，将以导航找点的方法工作，打开设置好参数并且已导入数据坐标的GPS，进入主菜单，点击选择“航点管理”选项，选择即将的采样点，按击右侧【菜单键】选择导航，此时GPS页面为电子罗盘页面，显示内容有速度、目的地(导航点名称)、当前目标距离、到达时间、导航点方位，路线行进指示方向等信息；也可在导航后，返回航点页面，选择即将导航航点，按击右侧【菜单键】选择地图模式，可以更直观地在GPS上显示你当前所在位置和导航的采样点位置以及距离、方位等信息。两种方法均有利弊，可按喜好随意操作。确定好方位后按电子罗盘方位指示针指示方向前进。

(2)定位实际采样点、记录。在向采样点前进过程中，GPS显示距离也在逐渐减小，当距离在一定范围内时(此距离可在GPS中“设置”—“警告设置”中设置)，GPS页面会弹出“到达终点”，在进入距采样点25 m范围内(可根据具体规范要求确定可采样位置范围)，尽可能无限靠近采样点，在GPS精度范围内，GPS稳定30 s以上选择确定记录该采样点坐标，即为该采样点实际采样坐标。记录后按采样规范要求，采取样品。

(3)逐点导航。单个采样点采样工作完成后，手持GPS重新进入主菜单，选择“航点管理”选项，选择下一个待采采样点，重复上面两个步骤，依次定点、取样。

5 航迹记录及质量监控

手持GPS具有航迹记录功能，此功能可监控采样点的到位情况，评估工作质量，也可检查因人为因素引起的点位失真问题。所以在地球化学测量中必须使用航迹记录功能。GPS的航迹记录分为自动记录、时间记录和位置间隔记录三种方式，工作者可根据要求进行设置。建议采用位置间隔记录法，间隔5 m记录点一个，这种记录方法记录的航迹更加清晰完美，易于读懂。

每天野外工作结束后，工作者使用Gis Office软件进行下载传输到电脑中，处理数据后，将含有采样点名称、航迹线、坐标、比例尺、方向等内容的航迹图打印成图，并且填写工作者、采样日期、输出者、打印者及打印日期等内容，装订成册，由专人汇总。

航迹图不仅是为了检查野外实际采样位置与设计采样点的位置一致性和误差性，同时也是检查野外工作人员的行走路线及采样点的到位情况，达到质量监管的目的。此外航迹图不仅可检查野外采样位置的准确性，同时也是为后期的异常查证和地质填图工作打下良好的基础。

6 数据处理及计算机成图

6.1 数据下载及处理

将手持GPS数据利用Gis Office软件下载在电脑上，

通过处理转换，得到全面的原始数据资料，以方便绘制实际材料图，具体操作程序如图2。

图2 GPS原始数据下载、处理程序图

6.2 航迹图打印

打开Gis Office软件，将6.1下载输出的GPX航点、航迹文件导入，设置坐标系统，转换GIS数据，按照规定的比例尺设置打印，具体操作程序如图3。

图3 航迹图打印工作程序图

6.3 绘制实际材料图

实际材料图是一种客观反映地球化学测量中采样点的位置、编号及样品分析成果的图件。野外工作完成后应及时处理数据，绘制实际材料图，一般采用计算机绘图，这样不仅可以消除人工绘点误差，同时方便对测点的检查，更清楚地反映测区地球化学测量的取样情况。将6.1下载输出的CSV文件转换为xls文件，按照MapGis数据投影默认模式编辑xls文件，选择投影坐标，打开MapGis选择数据投影，设置投影参数，投影成图。

7 结语

综上所述，手持GPS定位技术应用于土壤地球化学测量中，不仅有效避免了因地形地貌条件等因素而导致采样位置出现偏差等问题，而且提高了野外工作效率。此外，采用手持GPS技术开展土壤地球化学测量工作可以获得相应的航点、航迹自动记录数据，提高了野外工作质量。