手持GPS在土壤地球化學測量中的應用

吳 凱

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

1 概述

GPS即全球定位系統(tǒng)，主要用來確定目標點的地理坐標。GPS系統(tǒng)擁有如下多種優(yōu)點：使用低頻訊號，縱使天候不佳仍能保持相當?shù)挠嵦柎┩感?；全球覆蓋；三維定速定時高精度；快速、省時、高效率；應用廣泛、多功能；可移動定位。隨著手持GPS技術的不斷提高而廣泛應用于地質(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)儲存?zhèn)鬏旊y等問題。

2 GPS參數(shù)設置及校正

2.1 GPS參數(shù)設置

手持GPS的使用之前應首先明確GPS的坐標系統(tǒng)——WGS-84坐標系。我國地形圖應用目前主要有北京54坐標系、西安80坐標系及黃海高程系。由于不同的坐標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系的轉(zhuǎn)換工作。點擊進入手持GPS“主菜單”，選擇“設置”選項，點擊“坐標設置”進入坐標設置頁面，選擇基準1，投影坐標系(XYH),橢球類型為“西安80”(根據(jù)工作區(qū)當?shù)貙嶋H情況選用合適的坐標系),按照選用的坐標系橢球參數(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，北基準為真北，對橫軸墨卡托投影進行設置。

2.2 GPS參數(shù)校正

GPS參數(shù)設置完畢后，應對參數(shù)進行校正，一般選用測區(qū)的已知控制點進行GPS定點，然后根據(jù)已知控制點的坐標的實測平均值之差算出測區(qū)范圍內(nèi)的大地坐標系中的三維直角坐標與GPS觀測值的X、Y、Z的改正值，即DX、DY、DZ。然后在GPS中輸入相應的DX、DY、DZ。由于地球化學測量工作中對高程精度沒有過多要求，所以無需考慮高程的影響，僅對DX、DY進行校正即可。

在對DX、DY進行校正時，應選取測區(qū)有代表性的觀測點，且觀測點數(shù)量不少于3個。以計算的參數(shù)為中心，有規(guī)律地調(diào)整DX、DY的值，選取點位差值最小的參數(shù)作為測區(qū)的最優(yōu)參數(shù)。

3 GPS的一致性實驗

在土壤地球化學測量中，需投入多臺GPS以備使用，所以必須對GPS進行一致性實驗，檢查GPS個體間的誤差是否在可控制范圍內(nèi)。一致性實驗一般在測區(qū)進行，將多臺設置好參數(shù)的GPS在同一地點同時進行實驗，實驗測點數(shù)不應少于10個，點間距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在土壤地球化學測量中的應用

4.1 室內(nèi)準備

在土壤地球化學測量野外工作前，首先需計算土壤地球化學測量的采樣設計點位，工作中一般使用MAPGIS程序，在程序中將設計圖中的采樣點位讀取并輸出，制成Excel數(shù)據(jù)表。采樣點名稱必須與設計圖上的格子號點號一致，將導出的點位坐標數(shù)據(jù)表按照GPS的默認輸出文件模版保存為CSV文件。利用GIS OFFICE軟件將坐標數(shù)據(jù)傳輸至手持GPS中，操作步驟見圖1。

圖1 GPS坐標數(shù)據(jù)導入步驟

4.2 野外工作

(1)導航找點。進入野外工作后，將以導航找點的方法工作，打開設置好參數(shù)并且已導入數(shù)據(jù)坐標的GPS，進入主菜單，點擊選擇“航點管理”選項，選擇即將的采樣點，按擊右側(cè)【菜單鍵】選擇導航，此時GPS頁面為電子羅盤頁面，顯示內(nèi)容有速度、目的地(導航點名稱)、當前目標距離、到達時間、導航點方位，路線行進指示方向等信息；也可在導航后，返回航點頁面，選擇即將導航航點，按擊右側(cè)【菜單鍵】選擇地圖模式，可以更直觀地在GPS上顯示你當前所在位置和導航的采樣點位置以及距離、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。

(2)定位實際采樣點、記錄。在向采樣點前進過程中，GPS顯示距離也在逐漸減小，當距離在一定范圍內(nèi)時(此距離可在GPS中“設置”—“警告設置”中設置)，GPS頁面會彈出“到達終點”，在進入距采樣點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，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坐標，即為該采樣點實際采樣坐標。記錄后按采樣規(guī)范要求，采取樣品。

(3)逐點導航。單個采樣點采樣工作完成后，手持GPS重新進入主菜單，選擇“航點管理”選項，選擇下一個待采采樣點，重復上面兩個步驟，依次定點、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)控采樣點的到位情況，評估工作質(zhì)量，也可檢查因人為因素引起的點位失真問題。所以在地球化學測量中必須使用航跡記錄功能。GPS的航跡記錄分為自動記錄、時間記錄和位置間隔記錄三種方式，工作者可根據(jù)要求進行設置。建議采用位置間隔記錄法，間隔5 m記錄點一個，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軟件進行下載傳輸?shù)诫娔X中，處理數(shù)據(jù)后，將含有采樣點名稱、航跡線、坐標、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際采樣位置與設計采樣點的位置一致性和誤差性，同時也是檢查野外工作人員的行走路線及采樣點的到位情況，達到質(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確性，同時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。

6 數(shù)據(jù)處理及計算機成圖

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、航跡文件導入，設置坐標系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換GIS數(shù)據(jù)，按照規(guī)定的比例尺設置打印，具體操作程序如圖3。

圖3 航跡圖打印工作程序圖

6.3 繪制實際材料圖

實際材料圖是一種客觀反映地球化學測量中采樣點的位置、編號及樣品分析成果的圖件。野外工作完成后應及時處理數(shù)據(jù)，繪制實際材料圖，一般采用計算機繪圖，這樣不僅可以消除人工繪點誤差，同時方便對測點的檢查，更清楚地反映測區(qū)地球化學測量的取樣情況。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)投影默認模式編輯xls文件，選擇投影坐標，打開MapGis選擇數(shù)據(jù)投影，設置投影參數(shù)，投影成圖。

7 結(jié)語

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