吳 凱

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì)，陜西 西安 710003)

1 概述

GPS即全球定位系統(tǒng)，主要用來確定目標(biāo)點(diǎn)的地理坐標(biāo)。GPS系統(tǒng)擁有如下多種優(yōu)點(diǎn)：使用低頻訊號(hào)，縱使天候不佳仍能保持相當(dāng)?shù)挠嵦?hào)穿透性；全球覆蓋；三維定速定時(shí)高精度；快速、省時(shí)、高效率；應(yīng)用廣泛、多功能；可移動(dòng)定位。隨著手持GPS技術(shù)的不斷提高而廣泛應(yīng)用于地質(zhì)工作中，克服了以往誤差大、質(zhì)檢難度大、高耗能、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存?zhèn)鬏旊y等問題。

2 GPS參數(shù)設(shè)置及校正

2.1 GPS參數(shù)設(shè)置

手持GPS的使用之前應(yīng)首先明確GPS的坐標(biāo)系統(tǒng)——WGS-84坐標(biāo)系。我國地形圖應(yīng)用目前主要有北京54坐標(biāo)系、西安80坐標(biāo)系及黃海高程系。由于不同的坐標(biāo)系采用的參考橢球不同，存在著平移量、旋轉(zhuǎn)量和比例的縮放系數(shù)，使用前必須要做不同橢球的坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換工作。點(diǎn)擊進(jìn)入手持GPS“主菜單”，選擇“設(shè)置”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“坐標(biāo)設(shè)置”進(jìn)入坐標(biāo)設(shè)置頁面，選擇基準(zhǔn)1，投影坐標(biāo)系(XYH),橢球類型為“西安80”(根據(jù)工作區(qū)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選用合適的坐標(biāo)系),按照選用的坐標(biāo)系橢球參數(shù)輸入長半軸和扁率倒數(shù)和K。投影類型為橫軸墨卡托投影，北基準(zhǔn)為真北，對(duì)橫軸墨卡托投影進(jìn)行設(shè)置。

2.2 GPS參數(shù)校正

GPS參數(shù)設(shè)置完畢后，應(yīng)對(duì)參數(shù)進(jìn)行校正，一般選用測區(qū)的已知控制點(diǎn)進(jìn)行GPS定點(diǎn)，然后根據(jù)已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)的實(shí)測平均值之差算出測區(qū)范圍內(nèi)的大地坐標(biāo)系中的三維直角坐標(biāo)與GPS觀測值的X、Y、Z的改正值，即DX、DY、DZ。然后在GPS中輸入相應(yīng)的DX、DY、DZ。由于地球化學(xué)測量工作中對(duì)高程精度沒有過多要求，所以無需考慮高程的影響，僅對(duì)DX、DY進(jìn)行校正即可。

在對(duì)DX、DY進(jìn)行校正時(shí)，應(yīng)選取測區(qū)有代表性的觀測點(diǎn)，且觀測點(diǎn)數(shù)量不少于3個(gè)。以計(jì)算的參數(shù)為中心，有規(guī)律地調(diào)整DX、DY的值，選取點(diǎn)位差值最小的參數(shù)作為測區(qū)的最優(yōu)參數(shù)。

3 GPS的一致性實(shí)驗(yàn)

在土壤地球化學(xué)測量中，需投入多臺(tái)GPS以備使用，所以必須對(duì)GPS進(jìn)行一致性實(shí)驗(yàn)，檢查GPS個(gè)體間的誤差是否在可控制范圍內(nèi)。一致性實(shí)驗(yàn)一般在測區(qū)進(jìn)行，將多臺(tái)設(shè)置好參數(shù)的GPS在同一地點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于10個(gè)，點(diǎn)間距100 m以上，然后求取誤差的平均值，檢查是否在誤差規(guī)定范圍內(nèi)。

4 GPS在土壤地球化學(xué)測量中的應(yīng)用

4.1 室內(nèi)準(zhǔn)備

在土壤地球化學(xué)測量野外工作前，首先需計(jì)算土壤地球化學(xué)測量的采樣設(shè)計(jì)點(diǎn)位，工作中一般使用MAPGIS程序，在程序中將設(shè)計(jì)圖中的采樣點(diǎn)位讀取并輸出，制成Excel數(shù)據(jù)表。采樣點(diǎn)名稱必須與設(shè)計(jì)圖上的格子號(hào)點(diǎn)號(hào)一致，將導(dǎo)出的點(diǎn)位坐標(biāo)數(shù)據(jù)表按照GPS的默認(rèn)輸出文件模版保存為CSV文件。利用GIS OFFICE軟件將坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸至手持GPS中，操作步驟見圖1。

圖1 GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入步驟

4.2 野外工作

(1)導(dǎo)航找點(diǎn)。進(jìn)入野外工作后，將以導(dǎo)航找點(diǎn)的方法工作，打開設(shè)置好參數(shù)并且已導(dǎo)入數(shù)據(jù)坐標(biāo)的GPS，進(jìn)入主菜單，點(diǎn)擊選擇“航點(diǎn)管理”選項(xiàng)，選擇即將的采樣點(diǎn)，按擊右側(cè)【菜單鍵】選擇導(dǎo)航，此時(shí)GPS頁面為電子羅盤頁面，顯示內(nèi)容有速度、目的地(導(dǎo)航點(diǎn)名稱)、當(dāng)前目標(biāo)距離、到達(dá)時(shí)間、導(dǎo)航點(diǎn)方位，路線行進(jìn)指示方向等信息；也可在導(dǎo)航后，返回航點(diǎn)頁面，選擇即將導(dǎo)航航點(diǎn)，按擊右側(cè)【菜單鍵】選擇地圖模式，可以更直觀地在GPS上顯示你當(dāng)前所在位置和導(dǎo)航的采樣點(diǎn)位置以及距離、方位等信息。兩種方法均有利弊，可按喜好隨意操作。確定好方位后按電子羅盤方位指示針指示方向前進(jìn)。

(2)定位實(shí)際采樣點(diǎn)、記錄。在向采樣點(diǎn)前進(jìn)過程中，GPS顯示距離也在逐漸減小，當(dāng)距離在一定范圍內(nèi)時(shí)(此距離可在GPS中“設(shè)置”—“警告設(shè)置”中設(shè)置)，GPS頁面會(huì)彈出“到達(dá)終點(diǎn)”，在進(jìn)入距采樣點(diǎn)25 m范圍內(nèi)(可根據(jù)具體規(guī)范要求確定可采樣位置范圍)，盡可能無限靠近采樣點(diǎn)，在GPS精度范圍內(nèi)，GPS穩(wěn)定30 s以上選擇確定記錄該采樣點(diǎn)坐標(biāo)，即為該采樣點(diǎn)實(shí)際采樣坐標(biāo)。記錄后按采樣規(guī)范要求，采取樣品。

(3)逐點(diǎn)導(dǎo)航。單個(gè)采樣點(diǎn)采樣工作完成后，手持GPS重新進(jìn)入主菜單，選擇“航點(diǎn)管理”選項(xiàng)，選擇下一個(gè)待采采樣點(diǎn)，重復(fù)上面兩個(gè)步驟，依次定點(diǎn)、取樣。

5 航跡記錄及質(zhì)量監(jiān)控

手持GPS具有航跡記錄功能，此功能可監(jiān)控采樣點(diǎn)的到位情況，評(píng)估工作質(zhì)量，也可檢查因人為因素引起的點(diǎn)位失真問題。所以在地球化學(xué)測量中必須使用航跡記錄功能。GPS的航跡記錄分為自動(dòng)記錄、時(shí)間記錄和位置間隔記錄三種方式，工作者可根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)置。建議采用位置間隔記錄法，間隔5 m記錄點(diǎn)一個(gè)，這種記錄方法記錄的航跡更加清晰完美，易于讀懂。

每天野外工作結(jié)束后，工作者使用Gis Office軟件進(jìn)行下載傳輸?shù)诫娔X中，處理數(shù)據(jù)后，將含有采樣點(diǎn)名稱、航跡線、坐標(biāo)、比例尺、方向等內(nèi)容的航跡圖打印成圖，并且填寫工作者、采樣日期、輸出者、打印者及打印日期等內(nèi)容，裝訂成冊，由專人匯總。

航跡圖不僅是為了檢查野外實(shí)際采樣位置與設(shè)計(jì)采樣點(diǎn)的位置一致性和誤差性，同時(shí)也是檢查野外工作人員的行走路線及采樣點(diǎn)的到位情況，達(dá)到質(zhì)量監(jiān)管的目的。此外航跡圖不僅可檢查野外采樣位置的準(zhǔn)確性，同時(shí)也是為后期的異常查證和地質(zhì)填圖工作打下良好的基礎(chǔ)。

6 數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)成圖

6.1 數(shù)據(jù)下載及處理

將手持GPS數(shù)據(jù)利用Gis Office軟件下載在電腦上，

通過處理轉(zhuǎn)換，得到全面的原始數(shù)據(jù)資料，以方便繪制實(shí)際材料圖，具體操作程序如圖2。

圖2 GPS原始數(shù)據(jù)下載、處理程序圖

6.2 航跡圖打印

打開Gis Office軟件，將6.1下載輸出的GPX航點(diǎn)、航跡文件導(dǎo)入，設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換GIS數(shù)據(jù)，按照規(guī)定的比例尺設(shè)置打印，具體操作程序如圖3。

圖3 航跡圖打印工作程序圖

6.3 繪制實(shí)際材料圖

實(shí)際材料圖是一種客觀反映地球化學(xué)測量中采樣點(diǎn)的位置、編號(hào)及樣品分析成果的圖件。野外工作完成后應(yīng)及時(shí)處理數(shù)據(jù)，繪制實(shí)際材料圖，一般采用計(jì)算機(jī)繪圖，這樣不僅可以消除人工繪點(diǎn)誤差，同時(shí)方便對(duì)測點(diǎn)的檢查，更清楚地反映測區(qū)地球化學(xué)測量的取樣情況。將6.1下載輸出的CSV文件轉(zhuǎn)換為xls文件，按照MapGis數(shù)據(jù)投影默認(rèn)模式編輯xls文件，選擇投影坐標(biāo)，打開MapGis選擇數(shù)據(jù)投影，設(shè)置投影參數(shù)，投影成圖。

7 結(jié)語

綜上所述，手持GPS定位技術(shù)應(yīng)用于土壤地球化學(xué)測量中，不僅有效避免了因地形地貌條件等因素而導(dǎo)致采樣位置出現(xiàn)偏差等問題，而且提高了野外工作效率。此外，采用手持GPS技術(shù)開展土壤地球化學(xué)測量工作可以獲得相應(yīng)的航點(diǎn)、航跡自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，提高了野外工作質(zhì)量。