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GPS的使用及化探野外工作注意事项
都孟斌
2009年02月22日
先说明一下，我讲的这些，都是我在实际工作中的一些心得。包括一些不是很成熟的想法。希望大家指正。
一、GPS 简述
GPS是美国卫星导航系统；数量：由24颗卫星组成；轨道：高度约20200公里，分布在6条交点互隔60度的轨道面上；定位精度：约为10米。
这些是GPS的官方数据。实际我自己使用GPS定位，绝对精度和相对精度基本应该在5米左右。当然前提是参数设置正确。
单位常用的GPS为“奇遇”，也有少量的“小博士”、“GPS72”、“麦哲伦315”等型号，这些GPS的使用和设置等方面，大同小异。以下我所提到的GPS都是以“奇遇”为例。
二、座标系
我们工作中经常用到两种座标。
（一）、大地座标系（经纬度）：
就是显示为度分秒的那种，这个座标系和工作区、参数设置均无关，地球上的每一点，都有唯一的座标；分为东经和北纬，不具体说了。优点是唯一，缺点是平时判图、识图时不方便。
（二）、平面直角座标系：
1. 平面直角座标系的分类：
就是以我们常用的公里网的数值为座标的一个座标系。这个座标种类比较多，我们经常用到的是北京54和西安80这两个座标系。
总体说，一代图用的都是北京54座标系，二代图、三代图用的都是西安80座标系了。感觉单位资料库中一代图多，所以用北京54座标系较多。
2. 北京54、西安80座标系的区分：
在实际工作中，区分北京54和西安80座标系需要看原始图件，看是采用的那种座标系。具体说，自己写设计并野外施工的，看原始地形图图框下面的座标系内容，就知道自己采用的座标系了。如果不是自己写的设计，没有原始地形图。
比较简单的办法是看设计中的图幅号，在工作区位置及交通这一节中，都有描述。具体说，图幅号如果是：M51E005003这样的属于二代图、三代图，采用西安80座标系；图幅号如果是：M51-4-5-乙这样的就是一代图，采用的就是北京54座标系。
3. 北京54、西安80座标系的差别：
这两个座标系的横座标是一样的，纵座标差大概100米，西安80座标系比北京54座标系靠北。
如果在实际工作中，发现地图的座标和实地地形比较，在横座标没有误差，而纵座标有100米左右的误差，就应该是座标系选择有问题了。
国补、省补等国家项目很多要求必须用西安80座标系及其图幅号，如矿调项目；地方的矿权项目对此没有要求。
（三）、题外：
1. 座标中的X、Y
我们工作中的座标和数学中座标是相反的，具体说，数学中，横座标是X，纵座标是Y。但在座标系中，横座标是Y，纵座标是X。这点一定要注意，主要是填表、写报告时，涉及X的就填写纵座标，Y的填写横座标。横座标（Y）是8位，前面两位是座标带序数，填表时，地方项目可以省略不填，但国家项目不允许省略，需要填写完整。纵座标（X）是7位，填表格时，不能省略。
2. 正北的选择
在我们工作中，使用地形图及野外工作，都需要有一个北的概念（否则就是找不到北了^_^）。
总体说，有三个北：座标北、真北、磁北。1∶5万地形图下面就有。写到这里发现“zuobiao”这两个字的写法正规图采用的是“座标”，我一直采用的是“坐标”，就用了查找替换，把“坐标”替换成了“座标”,但word显示，“座标”是错的，都给画上红波浪线了，应该是“坐标”。真的不知道那个是对的了。
比较别扭的是在mapgis做图中，横座标依然是X，纵座标依然是Y，这个和数学中的、平时的习惯正好一样，但和表格及报告中不一样。大家实际工作中，需要慢慢的习惯。
我们所说的北，是指真北说的，就是图中的真子午线。也就是经度的方向。我们所用图的座标线的方向就是图中的座标纵线。使用罗盘时，罗盘指针的方向就是磁子午线。这三个北之间的夹角不是固定不变的，随不同的经度变化。
调整罗盘时，就要按照这个调整了，简单一句话，就是东偏东调、西偏西调。意思是：真子午线在磁子午线的东面（这个图就是）就要向东调整罗盘，按这个图，需要把罗盘的刻度调整为0°01秒。当然，实际操作这个差别太小了，不需要调整的。这个截图是新疆的，我这里没有黑龙江的，黑龙江的真子午线都是在磁子午线的西面的。调整罗盘时，就按照地形图，把罗盘的示数调整到350°那面了。
需要说明的是，野外施工，我们一般采用真北，但在内业中作图时，基本都采用坐标北为方向，这样作图比较简单。但坐标北和真北之间也是有差距的，大概在1-2°吧，结果就是我们这样做出来的图有了1-2°的误差。工作这么多年，几乎一直这样做，就是一直在错。但大家已经习惯这个错误了，检查及验收时，没有人挑这个问题。
也曾经有过有人想把这个误差取消了，但结果是图倒乱了。
个人观点：放弃真北，使用坐标北，调整罗盘也按坐标北调整，文字说明也使用坐标北。这样既消除了误差，也便于三统。这样说是因为没有规范要求一定用真北，既然没有规范，那么怎么简单怎么做。在座的各位专家、同事，希望大家就此问题，提出自己的见解。
三、投影带的类型和序号：
1.
投影带类型：
分为三度带和六度带。
①. 三度带：
就是把经度按3°划分，我们使用很少，主要是在大比例尺图中使用。比如储量计算的图件，很多就采用三度带。如果看见座标和平时我们的明显不一样，就有可能采用的三度带。我接触很少，具体也不清楚。
②. 六度带：
把经度按6°划分，每6°划分为一个分带。我们常用的就是这个了。
2.
座标带序号：
这里涉及一个概念，就是“中央经线”。在6°带中，每个分带的中间值，就是中央经线。比如，你的工作区在东经124°左右，那么，六度分带，就是在120°-126°之间，中央经线就是123°。
具体的计算公式为：经度÷6后取整数部分，乘以6后加3。
如124°左右的工区：124÷6=20.7，取整为20，20×6＋3=123。即为中央经线。这个数值在GPS中需要设置的，所以，必须会计算中央经线的数值。
座标带序号，如果有1∶5万地形图，就比较简单了，看横座标最前面的两位，就是座标带的序号了；如果没有地形图，就看工作区的经度。具体计算公式为：经度÷6，取整数部分，＋1，即为座标带序号。
如124°，就是124÷6=20.7，取整为20，＋1为21，即座标带序号。
座标带序号和中央经线之间的换算公式为：
座标带序号×6-3。比如，座标带序号为22的中央经线为：22×6-3=129；座标带序号为21的中央经线为：21×6-3=123。
座标带序号在MapGis作图中经常要用到的，这个也需要会计算或者说应该知道的。
四、GPS使用中的一些问题
GPS参数的设定，因为GPS的使用时间很长了，每个单位都有人会这方面知识，这里就不详细说了。
如果使用没有进行设置的GPS，在卫星界面显示的是经纬度座标，这个座标是不需要进行设置的。
1. 初始化
GPS在长时间断电、或关机状态下移动距离超过500公里，就需要初始化GPS了。否则，GPS会长时间捕捉不到卫星。
具体方法是：在卫星界面，在本页菜单下，有初始化位置选项，进入后，有自动和使用地图两个选项，选择自动，就可以了。
2. 关于DX、DY、DZ三个参数的收集
这3个参数，基本一个座标带序号内就可以使用一样的。就是说在一个六度带可以使用一样的参数。
在新疆、内蒙古我们经常会没有这3个参数。如果不设置这3个参数，GPS的误差大概在50-100米。
收集这3个参数，一般说当地的国土局、林业局、草原管理站等单位都有可能有，当地兄弟单位也可能有。这样，如果到了一个新的地区，就要去这些单位收集这些参数。
黑龙江省中西部、内蒙古的东部，这3个参数不需要收集。
矿调办2007年曾经以文件的形式下发了这3个参数。
3. GPS导航
使用GPS取样、跑路线、布设测线、剖面测量等等，这些工作，最好采用GPS导航功能。使用导航功能，能减少读图、判图时间，提高工作效率。特别是对新手来说，更应该使用GPS的导航功能。
使用导航功能，就需要内业人员把航点座标输入GPS，增大了内业工作量，但这样能提高外业工作效率。这里强烈建议使用导航功能！
五、MapSource
1.
MapSource版本
我们用的MapSource比较常用的有5.2及6.5两个版本。
这两个版本的MapSource主要区别是默认保存的文件类型不一样，现在普遍使用的是6.5（汉化1.0）版，默认保存的文件类型为.gdb。5.2版本默认保存的文件类型为.mps。5.2版本的MapSource不能打开新版本的.gdb文件。但6.5版本的能打开5.2的.mps。
6.5（汉化1.0）版本在Vista下安装后，是英文界面的。如果英文好或者MapSource使用比较熟练，没有什么影响。否则就应安装5.2版本，但需要注意的是中间最好不换版本，保持文件的一致性。实际使用中，这两个版本没有什么区别。
现在电脑使用Vista系统的比较多了，但这里我不建议两个版本都安装，试过安装了两个版本的MapSource，结果是打开6.5后，5.2的一些参数就改变了，反之亦然。如果谁有好的办法，能让两个版本的和平共处，就贡献出来，让大家分享，在这里我先谢谢了！
2.
MapSource的设置
这个和GPS的设置一样，就是把GPS和MapSource的参数设置成一样就行。如果MapSource不进行设置，就会导致座标显示为经纬度；如果参数设置不正确，会导致直角坐标有误差。
需要注意的是，工作区域跨座标带时，这种情况下，需要按工作区所在面积较大的座标带设置MapSource。
实际工作中，遇到这种情况，无论是外业人员还是内业人员均需要特别注意。
在哈勘院做《十二站矿调》项目时，就出现跨越座标带的问题。但当时比较简单的是，我们没有使用正式版的1∶5万地形图，用的是使用MapGis做的地形图，采用的单一的座标带。这样，当时就只使用一个参数了。
在地勘院进行《黑龙江省黑河市多宝山－三道湾子金、有色金属矿产资源基础性勘查》项目时，也跨越座标带。但当时使用的地形图为正式出版的，就导致接幅的图的座标对不上。当时有两种方法，比较直观的就是不改变GPS及的参数，把参数不对的地形图的另一个座标带的座标用红笔画出来。需要说明的是跨越座标带附近的地形图中，都有另一个座标带的座标。但只是在图框上有标注，如果使用，就需要用笔自己画出来。如果GPS使用熟练，则在跨越座标带时，改变GPS的参数就行了。
3.
航迹监控图
航迹监控图没有过具体规定，但2005年农业地质项目时，地调总院物化遥室曾给出过样本，当时黑龙江的地勘单位都做了这个项目。以后进行矿调项目时，也是按照这个样本做的航迹监控图，这样各单位的航迹监控图基本统一到了这个版本。在所有规范中都没有这方面的规范，在这里希望大家都把航迹监控图统一，因为一个单位的所有工作都需要三统，当然监控图也需要三统。我不能制订规范，但暂时就只能按照这个模式做，等有规范时，再按照规范做。
原则上，水系沉积物测量需要做航迹监控图，土壤不需要做。（去年总院要求土壤也做航迹监控图）
做保存航迹工作的同事也需要注意，别误删除已存的航迹！
航迹监控图详见《附件一》。
需要注意的是，航迹文件一定要保存好，做好备份。在农用地质施工过程中，科研所的笔记本电脑丢失，因没有做备份，导致所有的航迹文件丢失，最后科研所组织人员重新跑的航迹。其实，这个航迹也不是原始航迹了，其可靠性也不保证。如果真的严格要求，应该是重新取样。希望我们不要出现这样的情况。
题外：所有的资料都要注意备份，个人观点：光盘备份比较安全，但麻烦。
六、座标点的采集
1. 网格状座标点（中、大比例尺土壤）的采集
网格状座标点采集比较简单，现在工作的底图一般都是投影变换-误差校正后形成的。在电脑中把鼠标悬停于一个采样点时，MapGis的下部就出现座标了。
这个座标和实际座标总体是有差别的。按照1∶1千投影图的座标就是实际座标，1∶1万的MapGis图中座标乘以10、1∶5万的乘以50就是实际座标，以此类推。需要注意的是，横座标还是没有座标带的。
在Excel中，正南正北、正东正西的测线，简单的加减就能求出其它点线的座标了，其它方向的用三角函数也很容易就能求出，就可以输入GPS了。
2. 不规则状（水系及小比例尺土壤）座标点的采集
不规则状座标点的采集，我没有好的办法，采用的办法比较笨拙。本不应该讲的，但领导特别提出需要讲这部分，就只好在这里抛砖引玉了。
①. 首先打开MapGis的实用服务-误差校正，从“文件-打开”打开需要的文件。
②. 在“控制点”菜单下面找到“设置控制点参数”选项。把这个5改成1，不改也行。不改，后面采点坐标有时候可能出现多次选择选项。然后就确定。还是这个菜单“选择采集文件”选中采样点所在文件，使之高亮显示，然后确定。还是这个菜单中“添加校正控制点”选择“是”。
③. 然后就可以按顺序采集每个点的坐标了。点选需要采集的采样点，就出现“是否选择该点”的选项，如果红色十字的位置正确，就选择“是”，否则选择“否”，一直到红色十字的位置正确为止。
继续把其它点都采集完成，需要注意，一次采集不要过多，否则出现问题，耽误时间太多。
④. 还是在“控制点”菜单下面找到“浏览控制点文本”选项。就能看见刚才所采集的坐标了。把这个文本中的坐标复制到Excel中，添加点号，就完成了坐标的采集工作。
七、化探工作中需要注意的几个方面
1. 土壤样品的采集
①. 点位：
取样点位原则不超过设计点线距的1/10，大比例尺（1∶2.5万以上）的样品采集，为单点取样。中小比例尺（1∶5万）的样品采集，需要多点取样，就是3个点采取，点间距为5-10米，按三角形排列就行了。
②. 层位：
土壤的分层A、B、C、D这些，大家在学校学习时就学过了，这里不说了。我们采样的层位应该是B层，B层如果缺失，就采集B＋C层。
野外验收人员特别关注的是：一为采样深度、二为颜色的改变。这两点需要特别注意！
实际工作中，土壤厚度较大时，一般采样深度为30cm。但山区经常有土壤较薄不足30cm厚，这种情况下，可以在30cm内取B＋C层。但很重要的是，需要采取土壤颜色改变后的层位，就是超过A层的黑色腐殖土才能取样。绝不是简单的超过30cm就可以取样，如果超过50cm还是没有见到B层土壤，那么就弃点。
③. 舍点：
倒石堆、第四系及沼泽都需要舍样。
题外：很多单位的取样工作都承包了，这样，取样人员经常把该舍弃点的样品也采取回来，我个人没有好的办法控制。
④ 记录：
亚粘土、亚砂土的用法已经取消，取而代之的是粉砂质粘土、粘土质粉砂。我们工作的山区，不会有粘土的存在，在记录中不应该出现粘土，这个也包括槽探第四系残坡积层中的描述。
样品编号的记录，原则上必须填写完整。在实际工作中，样品编号如果填写完整，有两个弊病：一是增加填表的工作量；二是出现空号（样袋写错编号、丢失）时，填写送样单就比较麻烦了，容易出错，且不好找出错误位置。
个人意见：国家正规项目（省补、国补等）样品编号填写完整；矿权项目缩写。但缩写时一定注意：每页的首行、**一定填写完整；断号的首尾一定填写完整。
⑤. 重复样的采取：
重复样有简单对比及三重套合分析两种。简单对比，就是质检人员在采样人员的样坑上重新采取样品。要求是不同人、不同时间采取。三重套合分析是告诉取样人需要在他的某个取样点采取重复样，取样人就要在这个点采取2个样品，然后质检人员在不同时间，在这个点的样坑中也采取2个样品。这样，这个采样点就一共采取了4个样品。这种重复样的采取，在我们单位据我知道，还没有先例。
我认识的化探专家对这两种方法的认可程度不一样，有说简单对比好的，也有说三重套合分析好的。
对我们来说，简单对比重复样的采取简单、计算也简单。就尽量采用简单对比法进行重复样的采取。
需要注意的是：我参加的工作中，就发生过写设计的人，在设计中就写的三重套合分析，而野外施工，却采用的简单对比方法。在验收中被专家指出问题。
⑥. 碎样单、送样单：
送样单和碎样单内容基本一致，去掉分析项目的送样单基本就是碎样单了。50个为一批，插入4个空号，是给化验室预留插入标样的；插入2个重复样。
理论上插入的这4个空号及2个重复样，应该是随机插入的。但在实际工作中，如果真的随机插入，填写碎样单、送样单都很麻烦，分析结果回来后，剔除这些数据也麻烦，所以在实际工作中，我采用的是按一定不易被发现的规律插入这些样品。
补充：送样单、碎样单的样品编号，一定要使之数字位数统一，就是用数字0补齐。举例说明：如Ht1号样品，应该写成Ht0001号。这样便于在Excel中的排序。在实际工作中，这样的编号使用起来特别方便。如果手写的样单，就像前面的简单写就行，写起来方便。但如果是电脑打印的，填写时一样方便，后期数据处理时，位数统一的使用就明显方便。
⑥.碎样：
注意避免污染，本不应该说这个了，但样品其它环节都很好，如果因为碎样而污染，实在不应该！
2. 水系沉积物样品的采集
①. 点位：
写设计做水系点位设计图时，经常是看见等高线拐弯时就布设了水系样品。而这样布设的取样位置，经常是没有水系。水系沉积物样品应该是在河流转弯处及大石头的后面等位置采取，如果没有水系，就需要实地取样人员把设计中的水系改为土壤。不论是土壤和水系，这里都需要多点取样。就是不少于3个点。
需要注意的是：设计的点位因为地形图的准确度、河流改道设计图精度等方面影响，经常不是很准确，需要取样人不能简单的按照设计采取，一定要根据实际情况在河流采取。
②. 记录：
水系和土壤的样品需要分开记录，就是要求取样人带两个记录表。
③. 舍样：
水系样品的采取，应该在1、2级河流中采取。3级河流、大面积居民区及污染区（附近有采矿）就需要舍样。
④. 其它
重复样、送样单、碎样单、碎样需要注意的问题和土壤的一样，就不重复说了。
需要注意的是水系样品没有层位和取样深度的概念。
八、GPS在剖面测量中的应用
现在的地质剖面测量，在设计中普遍采用的是测绳加罗盘的工作方法，这种方法速度和精度都不能保证。在高植被覆盖区，测绳很难拉直，距离不能保证。罗盘在实际使用中，小于3-5°的坡度角及方位角不能准确读出，这个在实际工作中，大家可以做一下试验，大家一起用罗盘测量一个指定点的方位，看相互之间的误差有多少。
使用GPS测量剖面，在短距离时，优势不明显，因为GPS的随机误差也在5-10米。但在长距离测量时，GPS的优势就明显了。如在长度为几公里时的剖面测量中，GPS的误差还是只有这5-10米，相对误差几乎可以忽略不计了。
下面是一个《实测地质剖面记录表》，这个是新疆分院去年采用的，出自中国地质调查局2006年7月颁布的《固体矿产勘查原始地质编录规程》中的有关附录及附表。各个单位不是很统一，我在哈勘院工作时，采用的剖面记录表就和这个不一样，但基本内容是一致的。后面的《附件一》就是这个表。
因为各单位都有测制剖面的经验，本应该只说一下用GPS测制剖面应该注意的问题，但领导说有新毕业的学生，所以，就详细的说一下。
1. 剖面的布设：
需要尽可能的穿透工区的所有岩层，导线的方位尽可能垂直于岩层走向。
2. 导线号：
剖面测量首先说一下导线号的概念，剖面的起点为0，第一个拐点为1，以此类推。而拐点则是角度发生变化的位置，这里的角度变化包括水平角及坡度角。就是说只要这两个角度的任一个发生改变，就需要换导线了。
这是剖面在水平方向上的角度变化较小时，把平面图的拐点垂直投影到剖面上的一种画法。这样垂直剖面的长度和水平导线的长度是一致的。
另一种情况就是导线在水平方向上，变化较大，就不能用垂直投影了，需要把导线水平打开后投影，这种情况下，两个图的长度就不一样了。
3. 实测剖面记录表：
首先说一下，这个表本身是不带横格的，在使用中，根据自身需要，添加横格。
第一列 导线号：就是0-1、1-2以此类推，也就是前面说的角度变化后，所给的导线号；
第二列 方位角：是本导线的水平方向上的角度，也就是我们平时说的方位。外业施工时，按设计的导线点导航就行，或用罗盘大概看方向，不需要知道具体数值。内业填表时，看这个方位角的办法后面有详细说明；
第三列 斜距：是本导线的斜距。用测绳、罗盘测制剖面时，就是测绳的长度，是已知数。而用GPS测制剖面，这个数据是未知数，需要计算求得；
第四列 坡角：是本导线的坡度角，分正负，上坡为正，下坡为负。用测绳、罗盘测制剖面时，这个数是已知数。用GPS测制剖面，这个数也是未知数，需要计算求得；
三、四列的计算，就是简单的用三角函数及反三角函数计算求得，用计算器及Excel都能计算。如果有人Excel使用不熟练，其中的计算公式不会，可以在以后问我，这里不详细说了。但这两列都需要计算出结果的，因为后面真厚度计算需要这些数据。
第五列 平距：是本导线的平距，用测绳、罗盘测制剖面时，这个数是未知数，需要计算求得。用GPS测制剖面，这个数是已知数。具体方法是外业测量时，用导航的方法，看与导线点之间的距离就是平距。内业时，在MapSource中，用距离/方位工具，可以直接量取。具体方法是点选“距离/方位工具”，选择第一个导线点，然后继续选择第二个导线点，然后不动鼠标，看MapSource的下部就能看见方位角和距离（平距）了。
第六列高差：是本导线两个端点的高差，也分正负，上坡为正，下坡为负；
第七列 累计平距：是到本导线为止，剖面的累计平距。
第八列 累计高差：是到本导线为止，剖面的累计高差。
第九列 倾向/倾角（α）：指地层的倾向、倾角，参与计算的α指的是倾角，倾向不参与计算。
第十列 导线与走向间夹角（γ）：指的是导线与地层走向间的锐角。
第十一列 真厚度：不同岩性、不同导线的真厚度要分别计算。计算公式中的±，表格中本身有说明。我这里用自己的话说一下：就是导线上坡地层倾向前倾的是＋，反之是﹣号；导线下坡地层倾向前倾是﹣，反之是﹢。见图3。
需要注意的是侵入岩是不计算厚度的，只有地层需要计算厚度。
第十二列 分层代号 就是沉积岩中每一层的代号，由老至新排列。需要注意是层之间的对应。这个不能详细说了（也不会说，当然只能不说了）。
第十三列 厚度 就是一个层位在不同导线中所有真厚度之和。
第十四列 地质描述 是指第十三列中所求厚度的这一个地层的地质描述。当然，岩性肯定一样，否则就不会是一层了。
需要说明的是，这里需要完整的岩性描述。这和槽探的描述是一样的，不具体说了。
具体工作方法做起来容易，写着有难度。我只能简单的写一点，而且各单位都有懂行的人。不明白的地方，大家互相探讨吧。
在新疆低覆盖地区进行剖面测量，就是随走随看，看见地形、岩性有变化，就存点。为了提高工作效率，简单的存入0001、0002这样的流水点就行。因为GPS的手工输入实在耽误时间，而回驻地用计算机对航迹文件进行编辑就很容易了。但记录一定要准确，记明每个点的点性，如：界线点、导线点等。
在黑龙江这样的高覆盖地区，就是用GPS对所有探槽进行定测。
对地形坡度及导线方向变化较小的地方，可以忽略不计，变化明显时再增加导线点（号）。通俗的说，就是尽量少出现导线点（号），便于以后的室内整理工作。至于取舍的程度，就看具体的工作要求了。
GPS的高程显示准确度不是很高，按我实际工作中观察，大概在10米左右吧。所以，看坡度角变化，最好能参照一下地形图。 |
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