手持GPS在驗(yàn)收水土保持梯田項(xiàng)目中的應(yīng)用

摘 要：面積驗(yàn)收是水土保持梯田項(xiàng)目驗(yàn)收中一項(xiàng)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，也是驗(yàn)收項(xiàng)目工程量是否合格的重要依據(jù)。目前，梯田面積測量的方法和議器較多，相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測算的方法也沒有統(tǒng)一的規(guī)定。本文采用查閱文獻(xiàn)、調(diào)查訪問、設(shè)樣地調(diào)查等方法，對(duì)手持GPS在測量驗(yàn)收梯田面積方面的應(yīng)運(yùn)進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)手持GPS因其體積小、攜帶方便、測量時(shí)間短、工作效率高等特點(diǎn)，受到了很多基層水土保持工作者的歡迎。但在測量時(shí)一定要考慮外部環(huán)境條件、面積大小、測量方法、儀器種類等，以提高面積測量的精確度。

關(guān)鍵詞：手持GPS；驗(yàn)收；梯田；應(yīng)用

1 手持GPS測算面積的原理

GPS（GlobalPositionSystem）全球定位系統(tǒng)是美國國防部開發(fā)的具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的衛(wèi)星系統(tǒng)，衛(wèi)星不斷地發(fā)射自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，GPS信號(hào)接收機(jī)接收到信號(hào)后，根據(jù)三角公式計(jì)算可以得到接收機(jī)的位置，三顆衛(wèi)星可進(jìn)行2D定位（經(jīng)度、緯度），四顆衛(wèi)星則可進(jìn)行3D定位（經(jīng)度、緯度及高度）。GPS給測繪界提供了一種新的測量方式。GPS每秒更新一次坐標(biāo)信息，所以可以記載自己的運(yùn)動(dòng)軌跡。定時(shí)采樣可以規(guī)定采樣時(shí)間間隔，比如 1秒，每隔間隔時(shí)間記一個(gè)足跡點(diǎn)。它會(huì)把足跡線轉(zhuǎn)化為一條 “路線”，路線是GPS 內(nèi)存中存儲(chǔ)的一組數(shù)據(jù)，包括一個(gè)起點(diǎn)和一個(gè)終點(diǎn)的坐標(biāo)，還可以包括若干中間點(diǎn)的坐標(biāo)，路點(diǎn)的選擇是由GPS內(nèi)部程序完成的，一般選用足跡線上大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，通過GPS的定位數(shù)據(jù)可以對(duì)不規(guī)則地形進(jìn)行定位測量。

2 手持GPS測算面積的方法

手持GPS主要提供了兩種測量面積的方式：航跡法與航線法。

2.1 航跡法

在測量面積的起始點(diǎn)定點(diǎn)，在主菜單界面，選擇“航跡”，在 “記錄航跡”后面選擇“關(guān)閉”，然后再選擇“打開”，繞著要測量地區(qū)的邊緣走一圈以后，保存一個(gè)終止點(diǎn)，再在 “航跡”頁面的“記錄航跡”選項(xiàng)選擇“關(guān)閉”。然后選擇“保存”，把這條行走的軌跡保存下來。保存的時(shí)候要選擇起始點(diǎn)，然后再選擇終點(diǎn)，這樣就可以在這條航跡的信息里面讀出這塊區(qū)域的面積。

2.2 航線法

在“主菜單”的“航線”選項(xiàng)里面，新建一條“航線”的名字。然后在所要測量地物的邊緣的一些拐點(diǎn)處停下來，按“存點(diǎn)”快捷鍵，接著按“菜單”鍵，選擇“加入航線”，然后再選擇剛剛新建的這條航線的名稱，最后按“輸入”鍵即可。打開“主菜單”，選擇 “航線”，找到剛才新建的這條航線，按 “菜單”鍵，選擇“計(jì)算面積”，即可得知所測地物的面積（接著按“輸入”鍵即可更改面積的單位）。

3 選用的儀器

現(xiàn)在市場上GPS產(chǎn)品的種類很多。本次我們選用的儀器分別為北京合眾思?jí)芽萍加邢挢?zé)任公司生產(chǎn)的GPS72和集思寶。

4 應(yīng)用的對(duì)象

2011年4月2日，同心縣水務(wù)局與農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)辦公室組成聯(lián)合驗(yàn)收小組，在同心縣下馬鎮(zhèn)對(duì)陜甘寧地區(qū)水土流失綜合治理項(xiàng)目同心縣陡溝區(qū)王古窯片區(qū)進(jìn)行了自驗(yàn)。此次驗(yàn)收中，我們首次采用手持GPS對(duì)項(xiàng)目建設(shè)梯田面積進(jìn)行量算。

該項(xiàng)目區(qū)位于同心縣東部下馬關(guān)鎮(zhèn)境內(nèi)，屬苦水河流域。項(xiàng)目區(qū)總面積155.11km2，水土流失面積122.17 km2，人口1.71萬人。項(xiàng)目區(qū)劃分為王古窯、申家灘、池家峁3個(gè)片區(qū)。建設(shè)期3年，2010年為項(xiàng)目實(shí)施第一年。主完成建設(shè)內(nèi)容為：新修水平梯田8750畝，營造地埂林875畝，修建蓄水池1座，配套田間道路30.63公里。水平梯田地塊根據(jù)實(shí)際地形共劃分為14個(gè)，其中最小的一塊面積為57畝，最大的一塊面積為2271畝。

為了驗(yàn)證手持GPS適用對(duì)象及精度，我們選擇大小不等的多個(gè)地塊用GPS和全站儀分別測算，得到的結(jié)果是：當(dāng)測量的面積較小時(shí)，手持GPS測量的結(jié)果與全站儀相差較大，特別是當(dāng)面積小于1畝時(shí)，手持GPS甚至測不出面積。當(dāng)面積逐漸增大時(shí)，手持GPS的相對(duì)誤差越來越小，當(dāng)測量面積達(dá)到0.7hm2（約10畝）以上時(shí)，相對(duì)誤差即可達(dá)到面積測量控制的誤差限度內(nèi)，即相對(duì)誤差小于1/200（0.5%）。根據(jù)手持GPS測量原理，及對(duì)所測結(jié)果進(jìn)行分析，當(dāng)面積較小時(shí)，手持GPS受衛(wèi)星信號(hào)的影響，測量誤較大，精度不高。隨著測量面積的增大，此影響越來越小，因而測量結(jié)果較準(zhǔn)確。因此，當(dāng)?shù)貕K面積較大時(shí)，可以采用手持GPS測量，當(dāng)?shù)貕K面積較小時(shí)，可以考慮采用其他方法進(jìn)行測量。

5 數(shù)據(jù)采集與結(jié)果分析

手持GPS提供了兩種測量面積的方式：航跡法與航線法。對(duì)于不規(guī)則的待測區(qū)域，可以使用航跡測面積；對(duì)于較規(guī)則的待測區(qū)域，可以使用航線測面積。如果已知了某個(gè)待測區(qū)域的邊界點(diǎn)的坐標(biāo)（或到實(shí)地測量），就可以通過航線測面積的方法，將邊界點(diǎn)所圍的面積計(jì)算出來。航跡測面積的方法更適合用于測量較大區(qū)域的面積，對(duì)于較小的區(qū)域建議使用航線測面積的方法來測量。

從理論上講，測算坡改梯地塊這樣的不規(guī)則形狀的地物，采用手持GPS航跡法比航線法會(huì)更加準(zhǔn)確和接近實(shí)際。當(dāng)然也要根據(jù)現(xiàn)場的情況來決定，如果現(xiàn)場邊界為規(guī)則形狀，也可以使用航線法來進(jìn)行測量。甚至可采用幾何的方法來測算面積?？傊?，以提高測算精度為前提。

采用航跡法測量時(shí)，行走的速度應(yīng)保持勻速，切忌忽快忽慢，否則會(huì)影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在行走過程中，遇到拐彎處，可多停留一段時(shí)間，待坐標(biāo)位置顯示末位數(shù)停止變動(dòng)后，才能確定點(diǎn)位，再繼續(xù)行走，直到回到出發(fā)點(diǎn)。

另外，對(duì)不規(guī)則形狀的邊界，如果采用航線法測量面積時(shí)，邊界上所選的點(diǎn)越多測量結(jié)果越精確。邊界上所取的點(diǎn)越多，越接近實(shí)際形狀，所測量的面積結(jié)果越精確。采用航線法測量時(shí)，每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)獲取盡量采用取平均值的方法，而且停留的時(shí)間越長測量結(jié)果越精確。

手持GPS現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集好后，通過數(shù)據(jù)線與電腦聯(lián)接，就可將數(shù)據(jù)導(dǎo)入MapSource地圖數(shù)據(jù)處理軟件，從而實(shí)現(xiàn)在電腦上瀏覽數(shù)據(jù)及編輯數(shù)據(jù)，還可生成圖形，通過該軟件轉(zhuǎn)換成*.dxf格式，在Autocad軟件中進(jìn)行編輯及輸出。

6 主要特點(diǎn)

手持GPS因其體積小、定位快、好操作、價(jià)格便宜、攜帶方便、精度亦能達(dá)到一定要求，而且有測量時(shí)間短、工作效率高等特點(diǎn)，受到了很多基層水土保持工作者的歡迎。

7 注意事項(xiàng)

（1）手持GPS測量受衛(wèi)星星歷、傳播途徑和接收機(jī)誤差的影響，故在小面積測量中手持GPS誤差偏大，但隨著面積的增大，絕對(duì)誤差基本不變，相對(duì)誤差減小。從理論上講，使用GPS可避免很多人為誤差。

（2）由于目前市場上不同型號(hào)、不同精度的GPS所測結(jié)果差異較大，因此在選擇機(jī)型時(shí)，一定要購買精度較高、對(duì)衛(wèi)星信號(hào)接收能力強(qiáng)、測算較為準(zhǔn)確的儀器，保證測量結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，以便為驗(yàn)收提供科學(xué)、準(zhǔn)確依據(jù)。

（3）手持GPS進(jìn)行梯田面積測量時(shí)，規(guī)則形狀采用航線法較好，不規(guī)則形狀采用航跡法較好。采用航跡法測量時(shí)，行走的速度應(yīng)保持勻速，不宜較快或忽快忽慢。對(duì)不規(guī)則形狀的梯田地塊如果采用航線法進(jìn)行測量，在所測地塊邊界上選的點(diǎn)越多測量結(jié)果越精確，同時(shí)每個(gè)點(diǎn)上接收信號(hào)的時(shí)間越長越精確（獲取平均坐標(biāo)），定位時(shí)長應(yīng)在4～5rain才能保證有穩(wěn)定的觀測效果。

（4）通過實(shí)測并參考相關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)果，通常情況下測量面積在0.7hm2以上時(shí)，測量2～3次，取其平均值，就能夠滿足測量的精度要求。測量面積在0.7hm2以下時(shí)，采用羅盤儀導(dǎo)線測量法較好，如果選用精度較高的GPS，可多測量幾次，取其平均值，以更好地滿足測量的精度。

作者簡介

馬全文，水利助理工程師。