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摘 要本文重点介绍了GPS参数设置和手持GPS在水利水电工程地质测绘工作中的正确使用方法。
关键词GPS；坐标系；地形图；投影分带；参数设置；工程地质测绘
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)091-0182-01
目前，手持GPS被广泛地应用于水利水电工程地质测绘工作。由于GPS所使用的坐标系统是WGS-84坐标系统，而我们使用的地形图大部分都属于1954年北京坐标系或1980年西安坐标系，由于不同坐标系之间的参数转换专业性很强，在实际使用中多数GPS初级用户不知如何进行参数设置或不进行参数设置就使用GPS定位，获得的数据存在很大误差，从而使地质测绘界线与实际存在明显偏差。实际上，对于广大地质测绘人员来说，不需要掌握不同坐标系之间的具体差异和坐标转换原理，只需掌握地形图基本知识后对手持GPS进行基本设置后就可以将其应用于工作中了。笔者通过工程实践，整理了相关基本知识和参数设置方法，现介绍如下。
1地形图相关知识
1.1地形图投影分带
我国规定1:1万～1:50万国家基本地形图均采用高斯-克吕格投影, 其中1:2.5万～1:50万采用经差6°分带，1:1万采用经差3°分带。在高斯-克吕格投影上，规定以中央经线为X轴，赤道为Y轴，两轴的交点为坐标原点。X坐标值在赤道以北为正，以南为负；Y坐标值在中央经线以东为正，以西为负。我国在北半球，X坐标皆为正值。Y坐标在中央经线以西为负值，运用起来很不方便。为了避免Y坐标出现负值，将各带的坐标纵轴西移500 km，即将所有Y值都加500km。
6°分带投影，即经差为6°，从零度子午线开始，自西向东每个经差6°为一带，用1，2，3，……表示，全球共分60个带，即东经0°～6°为第1带，其中央子午线经度为东经3°，东经6°～12°为第2带，其中央子午线经度为9°，依次类推。
3°分带投影，从东经1.5度的经线开始，每隔3°为一带，用1，2，3，……表示，全球共分120个带，即东经1.5°～4.5°为第1带，其中央子午线经度为东经3°，东经4.5°～7.5°为第2带，其中央子午线经度为东经6°，依次类推。
1.2工作区带号的确定
1）利用地形图确定：地形图上公里网横坐标（8位整数）前2位就是带号，例如，横坐标为28616249，其中28即为带号。
2）利用已知坐标点经度（以度表示）确定：6°带带号是经度整数值除以6加1的整数值，3°带带号是经度除以3后的四舍五入取整数值，如经度为79°46′35″，其6°分带号是14（79÷6＋1=14.17），3°分带号是27（79.78÷3=26.59）。
1.3如何确定是3°分带还是6°分带
1）根据地形图比例尺来确定：一般情况下1：1万以上的大比例尺地形图所标定的带号为3°带带号，1:1万以下的中小比例尺地形图所标定的带号为6°带带号。
2）根据工作区已知坐标点横坐标和工作区经度来确定：如某工作区点A横坐标为28616249，其中28为带号，工作区经度85度左右，所以该坐标系为3°带坐标系，28×3=84，而不可能为6°带：28×6=168。
1.4工作区中央子午线经度的确定
6°带：中央子午线经度=6°×当地带号－3°，例如，地形图上横坐标为14396000，其所处的6°带的中央子午线经度为：6°×14－3°＝81°。
3°带：中央子午线经度＝3°×当地带号, 例如：地形图上横坐标为27551000，其所处的3°带的中央子午线经度为：3°×27＝81°。
2GPS参数设置
第1步：打开GPS进入单位设置把位置格式设为User Grid，在子菜单中央经线（LONGITUDE ORIGIN）参数中输入经度（注：我国为东经，经度前应加“E”，不同测区或同一测区3°带和6°带中央子午线经度不同）、投影比例（SCALE）参数输入1.0，东西偏差（FALSE E）参数中输入500000.0，南北偏差（FALSE N）参数中输入0.0，并设单位为公制后保存。
第2步：打开地图基准菜单选择User，该菜单下有5个参数（DX、DY、DZ、DA、DF），其中后2个定参数（DA、DF）针对同一坐标系为定值（北京54坐标系DA=-108、DF=0.0000005；西安80坐标系DA=-3、DF=－0.000000003），根据所应用的测量数据的坐标系统来选择；前3个变参数（DX、DY、DZ）在不同的工作区其值不同，需要根据工程区已知坐标点进行调整，参数DX影响直角坐标X值，DY影响直角坐标Y值、DZ影响高程值，到一个新的工作区后，首先将GPS中参数DX、DY、DZ均设为0后在均匀分布的3个已知坐标点进行GPS定位，然后将获得的坐标与已知坐标进行比对，取其坐标差值平均值做为参数DX、DY、DZ值，再次在3个已知坐标点上用GPS定位后将获得的定位数据与已知点比对，通过反复调整后GPS定位误差小于5m（由于多数普通GPS测高数据精度较差，水利水电工程测绘工作对高程数据要求不高，因此，对参数DZ无需反复校正）。若经反复校正后，GPS所获得的数据与已知坐标相差较大时，首先复核已知坐标是否正确，其次检查GPS自身质量（用2台GPS采用相同的参数在同一点进行定位，其定位数据与已知点坐标相差较大的应考虑为GPS自身质量问题）。
目前，手持GPS被广泛地应用于水利水电工程地质测绘工作中，主要进行导航和定位。
水利水电工程地质测绘规程规定：工程地质测绘比例尺可分为小比例尺（≤1：50000）、中比例尺（1:5000～1:50000）、大比例尺（≥1:5000）。测绘图件的精度和详细程度应与地质测绘的比例尺相适应，图上宽度大于2mm的地质现象应予以测绘,地质界线误差不应大于相应比例尺图上的2mm。
笔者通过实践，普通手持GPS经过正确参数设置后，定位数据误差小于等于5m，相应于1:5000地形图上距离小于1mm，小于工程地质测绘规程规定的误差2mm。在水利水电工程勘察前期阶段，工程地质测绘比例尺多采用中小比例尺。由此可见,经过正确的参数设置后，GPS定位数据可以满足水利水电工程地质勘察前期阶段的测绘要求。
参考文献
[1]SL299-2004水利水电工程地质测绘规程[S].
[2]张力果,赵淑梅.地图学[M].高等教育出版社,1990.
作者简介
李斌（1975—），男，水文地质与工程地质工程师，主要从事水文地质与工程地质勘察。
关键词GPS；坐标系；地形图；投影分带；参数设置；工程地质测绘
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)091-0182-01
目前，手持GPS被广泛地应用于水利水电工程地质测绘工作。由于GPS所使用的坐标系统是WGS-84坐标系统，而我们使用的地形图大部分都属于1954年北京坐标系或1980年西安坐标系，由于不同坐标系之间的参数转换专业性很强，在实际使用中多数GPS初级用户不知如何进行参数设置或不进行参数设置就使用GPS定位，获得的数据存在很大误差，从而使地质测绘界线与实际存在明显偏差。实际上，对于广大地质测绘人员来说，不需要掌握不同坐标系之间的具体差异和坐标转换原理，只需掌握地形图基本知识后对手持GPS进行基本设置后就可以将其应用于工作中了。笔者通过工程实践，整理了相关基本知识和参数设置方法，现介绍如下。
1地形图相关知识
1.1地形图投影分带
我国规定1:1万～1:50万国家基本地形图均采用高斯-克吕格投影, 其中1:2.5万～1:50万采用经差6°分带，1:1万采用经差3°分带。在高斯-克吕格投影上，规定以中央经线为X轴，赤道为Y轴，两轴的交点为坐标原点。X坐标值在赤道以北为正，以南为负；Y坐标值在中央经线以东为正，以西为负。我国在北半球，X坐标皆为正值。Y坐标在中央经线以西为负值，运用起来很不方便。为了避免Y坐标出现负值，将各带的坐标纵轴西移500 km，即将所有Y值都加500km。
6°分带投影，即经差为6°，从零度子午线开始，自西向东每个经差6°为一带，用1，2，3，……表示，全球共分60个带，即东经0°～6°为第1带，其中央子午线经度为东经3°，东经6°～12°为第2带，其中央子午线经度为9°，依次类推。
3°分带投影，从东经1.5度的经线开始，每隔3°为一带，用1，2，3，……表示，全球共分120个带，即东经1.5°～4.5°为第1带，其中央子午线经度为东经3°，东经4.5°～7.5°为第2带，其中央子午线经度为东经6°，依次类推。
1.2工作区带号的确定
1）利用地形图确定：地形图上公里网横坐标（8位整数）前2位就是带号，例如，横坐标为28616249，其中28即为带号。
2）利用已知坐标点经度（以度表示）确定：6°带带号是经度整数值除以6加1的整数值，3°带带号是经度除以3后的四舍五入取整数值，如经度为79°46′35″，其6°分带号是14（79÷6＋1=14.17），3°分带号是27（79.78÷3=26.59）。
1.3如何确定是3°分带还是6°分带
1）根据地形图比例尺来确定：一般情况下1：1万以上的大比例尺地形图所标定的带号为3°带带号，1:1万以下的中小比例尺地形图所标定的带号为6°带带号。
2）根据工作区已知坐标点横坐标和工作区经度来确定：如某工作区点A横坐标为28616249，其中28为带号，工作区经度85度左右，所以该坐标系为3°带坐标系，28×3=84，而不可能为6°带：28×6=168。
1.4工作区中央子午线经度的确定
6°带：中央子午线经度=6°×当地带号－3°，例如，地形图上横坐标为14396000，其所处的6°带的中央子午线经度为：6°×14－3°＝81°。
3°带：中央子午线经度＝3°×当地带号, 例如：地形图上横坐标为27551000，其所处的3°带的中央子午线经度为：3°×27＝81°。
2GPS参数设置
第1步：打开GPS进入单位设置把位置格式设为User Grid，在子菜单中央经线（LONGITUDE ORIGIN）参数中输入经度（注：我国为东经，经度前应加“E”，不同测区或同一测区3°带和6°带中央子午线经度不同）、投影比例（SCALE）参数输入1.0，东西偏差（FALSE E）参数中输入500000.0，南北偏差（FALSE N）参数中输入0.0，并设单位为公制后保存。
第2步：打开地图基准菜单选择User，该菜单下有5个参数（DX、DY、DZ、DA、DF），其中后2个定参数（DA、DF）针对同一坐标系为定值（北京54坐标系DA=-108、DF=0.0000005；西安80坐标系DA=-3、DF=－0.000000003），根据所应用的测量数据的坐标系统来选择；前3个变参数（DX、DY、DZ）在不同的工作区其值不同，需要根据工程区已知坐标点进行调整，参数DX影响直角坐标X值，DY影响直角坐标Y值、DZ影响高程值，到一个新的工作区后，首先将GPS中参数DX、DY、DZ均设为0后在均匀分布的3个已知坐标点进行GPS定位，然后将获得的坐标与已知坐标进行比对，取其坐标差值平均值做为参数DX、DY、DZ值，再次在3个已知坐标点上用GPS定位后将获得的定位数据与已知点比对，通过反复调整后GPS定位误差小于5m（由于多数普通GPS测高数据精度较差，水利水电工程测绘工作对高程数据要求不高，因此，对参数DZ无需反复校正）。若经反复校正后，GPS所获得的数据与已知坐标相差较大时，首先复核已知坐标是否正确，其次检查GPS自身质量（用2台GPS采用相同的参数在同一点进行定位，其定位数据与已知点坐标相差较大的应考虑为GPS自身质量问题）。
目前，手持GPS被广泛地应用于水利水电工程地质测绘工作中，主要进行导航和定位。
水利水电工程地质测绘规程规定：工程地质测绘比例尺可分为小比例尺（≤1：50000）、中比例尺（1:5000～1:50000）、大比例尺（≥1:5000）。测绘图件的精度和详细程度应与地质测绘的比例尺相适应，图上宽度大于2mm的地质现象应予以测绘,地质界线误差不应大于相应比例尺图上的2mm。
笔者通过实践，普通手持GPS经过正确参数设置后，定位数据误差小于等于5m，相应于1:5000地形图上距离小于1mm，小于工程地质测绘规程规定的误差2mm。在水利水电工程勘察前期阶段，工程地质测绘比例尺多采用中小比例尺。由此可见,经过正确的参数设置后，GPS定位数据可以满足水利水电工程地质勘察前期阶段的测绘要求。
参考文献
[1]SL299-2004水利水电工程地质测绘规程[S].
[2]张力果,赵淑梅.地图学[M].高等教育出版社,1990.
作者简介
李斌（1975—），男，水文地质与工程地质工程师，主要从事水文地质与工程地质勘察。