手持GPS在土地測(cè)量中的穩(wěn)定性分析研究

□崔麗紅

（運(yùn)城市國(guó)土資源局山西運(yùn)城044000）

手持GPS在土地測(cè)量中的穩(wěn)定性分析研究

□崔麗紅

（運(yùn)城市國(guó)土資源局山西運(yùn)城044000）

手持GPS具有不受時(shí)間限制、操作簡(jiǎn)單、小巧輕便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用到了國(guó)土測(cè)量的工作中，在勘察地界、物化探測(cè)網(wǎng)布設(shè)、工程驗(yàn)收等方面簡(jiǎn)化了工作程序、節(jié)省了人力物力、加快了工作進(jìn)度、提高了工作效率。手持GPS設(shè)備的穩(wěn)定性，是其測(cè)量精準(zhǔn)度的基礎(chǔ)，同時(shí)也是測(cè)量成果真實(shí)有效的可靠保障。本文設(shè)計(jì)采取4種不同的定位方法，從手持GPS的信號(hào)接收時(shí)間、信號(hào)接收的順序以及定位各點(diǎn)之間的位置關(guān)系等角度，以實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，找出最佳的定位方法。

手持GPS；土地測(cè)量；穩(wěn)定性

土地測(cè)量是國(guó)土資源管理的一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容，在土地資源調(diào)查和國(guó)土監(jiān)測(cè)、建設(shè)用地勘驗(yàn)、土地開(kāi)發(fā)項(xiàng)目驗(yàn)收、土地利用評(píng)價(jià)等方面都起到了十分重要的作用。GPS（globalpositioningsystem）“全球定位系統(tǒng)”的英文縮寫(xiě)，是由美國(guó)研發(fā)的一套衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，如今越來(lái)越多地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。

手持GPS，即移動(dòng)GPS，是將GPS智能手持機(jī)作為終端，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)所建立的地理信息系統(tǒng)。手持GPS的使用不受時(shí)間限制、操作簡(jiǎn)單、比起RTK小巧輕便、價(jià)格便宜等，這些優(yōu)點(diǎn)使得它廣泛地應(yīng)用到了國(guó)土測(cè)量的工作中，在勘察地界、物化探測(cè)網(wǎng)布設(shè)、工程驗(yàn)收等方面簡(jiǎn)化了工作程序、節(jié)省了人力物力、加快了工作進(jìn)度、提高了工作效率。

手持GPS設(shè)備的穩(wěn)定性，是其測(cè)量精準(zhǔn)度的基礎(chǔ)，同時(shí)也是測(cè)量成果真實(shí)有效的可靠保障。所謂設(shè)備的穩(wěn)定性，就是指儀器能夠在不同的地點(diǎn)、不同的時(shí)段里，所測(cè)得的數(shù)據(jù)符合規(guī)律，其誤差能控制在允許的范圍內(nèi)。這樣，內(nèi)業(yè)工作對(duì)數(shù)據(jù)的判讀、分析、應(yīng)用才能真是可靠。但是，目前由于定位時(shí)間的長(zhǎng)短、GPS基站的信號(hào)傳輸強(qiáng)度、測(cè)量天氣狀況的好壞、地表植被和建筑物的遮擋、和操作不當(dāng)?shù)纫蛩?，手持GPS定點(diǎn)往往會(huì)出現(xiàn)較大誤差。誤差過(guò)大，超過(guò)了允許的范圍，不僅不符合相關(guān)操作規(guī)程的要求，還會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的可靠性降低，影響正確的土地測(cè)量工作。因此，對(duì)手持GPS設(shè)備進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試是十分必要的。本文設(shè)計(jì)采取4種不同的定位方法，從手持GPS的信號(hào)接收時(shí)間、信號(hào)接收的順序以及定位各點(diǎn)之間的位置關(guān)系等角度，以實(shí)驗(yàn)的方式，找出最佳的定位方法。

1 手持GPS類(lèi)型介紹

手持GPS分為高精度和低精度兩大類(lèi)。設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置包括接收天線、定位解算主板、電源系統(tǒng)、微型電腦、應(yīng)用軟件、其他設(shè)備等。

1.1 高精度手持GPS

高精度手持GPS的由于采用的是專(zhuān)業(yè)衛(wèi)星定位模塊，在獲取高精度的地理位置信息更加的便捷，其精度可以達(dá)到20～100cm[1]。此外，它支持多種工具軟件的使用，兼容CORS、RTK、SBAS，以及二次開(kāi)發(fā)的采集錄入軟件等。高精度手持GPS一般應(yīng)用于專(zhuān)業(yè)的測(cè)繪工作、地理信息調(diào)查和地籍信息的采集工作中。但是，因?yàn)槠鋬r(jià)格較高，在普通的測(cè)繪工作中不常用到。

1.2 低精度手持GPS

低精度手持GPS采用了“單點(diǎn)定位原理”，所以精度較低[2]。其定位精度受衛(wèi)星軌道誤差、鐘差及信號(hào)傳播誤差等因素影響，盡管其中的一些系統(tǒng)誤差可以通過(guò)模型加以消除，但殘差仍不可忽視[3]。低精度手持GPS價(jià)格較低，其應(yīng)用較為廣泛，目前市場(chǎng)上有各種不同品牌的普通設(shè)備。

2 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)地塊概況

實(shí)驗(yàn)地塊位于運(yùn)城市，該地塊Z位于規(guī)劃土地綜合整治工程項(xiàng)目區(qū)內(nèi)，形狀為不規(guī)則多邊形，A，B，C，D，E，F(xiàn)分別為其五個(gè)頂點(diǎn)（如圖1）。目前，Z的地籍資料完整并已入庫(kù)。根據(jù)解析法計(jì)算地塊Z的面積為749.6966m2。

圖1 實(shí)驗(yàn)地塊Z示意圖

2.2 方法設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)采用佳明GPSMAP-62sc型手持GPS，設(shè)計(jì)采用4種方法：（1）短時(shí)間靜態(tài)定位，逐個(gè)對(duì)地塊頂點(diǎn)進(jìn)行定位，每點(diǎn)靜態(tài)測(cè)量時(shí)間為1分鐘；（2）長(zhǎng)時(shí)間靜態(tài)定位，逐個(gè)對(duì)地塊頂點(diǎn)進(jìn)行定位，每點(diǎn)靜態(tài)測(cè)量時(shí)間為20分鐘；（3）動(dòng)態(tài)測(cè)量，沿順時(shí)針?lè)较?，依次?duì)A-B-C-D-E-F定位；（4）動(dòng)態(tài)測(cè)量，沿逆時(shí)針?lè)较颍来螌?duì)F-E-D-C-B-A定位。

表1 地塊Z各頂點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)

2.3 手持GPS定位操作

2.3.1 坐標(biāo)系參數(shù)設(shè)置。由于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是根據(jù)WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)系建立的，而我國(guó)國(guó)土管理和測(cè)繪普遍使用的是西安80坐標(biāo)系（或者北京54坐標(biāo)系）。因此，要對(duì)手持GPS設(shè)備的坐標(biāo)系進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。從現(xiàn)有坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為另一坐標(biāo)系的過(guò)程中，兩者之間會(huì)發(fā)生平移和旋轉(zhuǎn)[4]。表現(xiàn)在實(shí)際操作過(guò)程中，同一點(diǎn)的坐標(biāo)，用不同的坐標(biāo)系測(cè)量，出現(xiàn)的誤差范圍是80～120米。

(1)坐標(biāo)格式的設(shè)定步驟：開(kāi)機(jī)進(jìn)入主界面——選擇“設(shè)置”菜單——選擇“坐標(biāo)”子菜單——點(diǎn)擊“坐標(biāo)格式”，選擇出現(xiàn)的輸入框中——打開(kāi)坐標(biāo)格式列表——選擇“UserUTMGrid”(公里網(wǎng)坐標(biāo)顯示格式)，并確認(rèn)——將相關(guān)參數(shù)（中央經(jīng)線6度帶本區(qū)域使用113；投影比例為1；東西偏差值為500000；南北偏差值為0）輸入至“自定義坐標(biāo)格式”頁(yè)面中——儲(chǔ)存設(shè)置。

(2)坐標(biāo)系系統(tǒng)設(shè)定步驟：回到主界面——選擇“設(shè)置”菜單——選擇“坐標(biāo)”子菜單——點(diǎn)擊“坐標(biāo)系統(tǒng)”，出現(xiàn)輸入框——點(diǎn)擊坐標(biāo)系統(tǒng)列表——選擇“用戶(hù)”，出現(xiàn)“自定義坐標(biāo)系統(tǒng)”頁(yè)面——輸入相關(guān)的參數(shù)（以西安80坐標(biāo)系為例，DA=-3，DF=0）——存儲(chǔ)設(shè)置數(shù)據(jù)。

坐標(biāo)系系統(tǒng)設(shè)定只針對(duì)低精度手持GPS設(shè)備。

2.3.2 外業(yè)操作

(1)目標(biāo)地的確定。根據(jù)地形圖或地籍資料，查找出目標(biāo)地的坐標(biāo)，將值輸入手持GPS設(shè)備中。

(2)導(dǎo)航起始點(diǎn)的確定。在空曠地信號(hào)接收較強(qiáng)的地方，確定導(dǎo)航起始點(diǎn)。

(3)導(dǎo)航過(guò)程中，要注意手持GPS“位置”畫(huà)面中的估計(jì)誤差。低精度手持GPS估計(jì)誤差小于15m時(shí)，說(shuō)明當(dāng)前位置準(zhǔn)確[5]；如果估計(jì)誤該值，則應(yīng)保持靜態(tài)，對(duì)設(shè)備GPS作差分運(yùn)算。

(4)目標(biāo)點(diǎn)的確定。低精度手持GPS在“位置”界面顯示的估計(jì)誤差小于規(guī)定范圍（山區(qū)小于15m；平原小于10m），該界面的坐標(biāo)值與目標(biāo)點(diǎn)預(yù)設(shè)坐標(biāo)值相等，即可確定當(dāng)前位置為目標(biāo)點(diǎn)[6]。此外，還可以運(yùn)用地表現(xiàn)狀判讀的方法輔助確定。

2.4 結(jié)果分析

運(yùn)用4種定位方法，分別測(cè)得A，B，C，D，E，F(xiàn)的坐標(biāo)，詳見(jiàn)表1。

地塊Z的4種定位方法，最大誤差為逆時(shí)針定位法：219.6170m2；最小誤差為長(zhǎng)靜態(tài)定位法：2.1394m2。

逐點(diǎn)靜態(tài)定位測(cè)量與順時(shí)針或逆時(shí)針動(dòng)態(tài)測(cè)量相比較，面積誤差不在同一數(shù)量級(jí)，前者的誤差明顯小于后者。

短靜態(tài)定位（1min）與長(zhǎng)靜態(tài)定位（20min）比較可得，在定位時(shí)間長(zhǎng)的情況下，誤差會(huì)明顯減小。

在動(dòng)態(tài)定位測(cè)量時(shí)，誤差的產(chǎn)生和范圍與運(yùn)動(dòng)路線無(wú)關(guān)，面積誤差均較大。

在測(cè)量地塊時(shí)，面積越小，測(cè)量所需的精度越高時(shí)，誤差往往越大。

表2 地塊Z各邊邊長(zhǎng)計(jì)算表

表3 地塊Z面積和誤差計(jì)算表

3 結(jié)論

由此可以得出：（1）手持GPS的精度受信號(hào)接收時(shí)間的影響較大，測(cè)量時(shí)需等待信號(hào)接收穩(wěn)定時(shí)，再進(jìn)行測(cè)量；（2）手持GPS在移動(dòng)時(shí)，由于接收信號(hào)不穩(wěn)定等因素的影響，誤差會(huì)增大。（3）手持GPS適用于較大田塊的測(cè)量，對(duì)面積較小，測(cè)量精度要求高的地塊，它的使用存在一定的局限性。

結(jié)束語(yǔ)

手持GPS設(shè)備具有輕巧便于攜帶，操作簡(jiǎn)單直觀等特點(diǎn)；在測(cè)量過(guò)程中，由于多種因素的影響，會(huì)出現(xiàn)偶然誤差較大情況，有時(shí)甚至還會(huì)出現(xiàn)粗差，影響測(cè)量工作的質(zhì)量。對(duì)此，我們要認(rèn)真分析原因，在保持手持GPS設(shè)備對(duì)信號(hào)接收穩(wěn)定的同時(shí)，減少人為操作不當(dāng)所帶來(lái)的測(cè)量誤差，確保設(shè)備高效運(yùn)用。

[1]黎曦,湯麗瓊.手持低精度及高精度GPS接收機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012(23).

[2]馮曉娜,徐文兵,湯孟平,吳廣正.集思寶G330手持全球定位系統(tǒng)接收機(jī)在林區(qū)單點(diǎn)定位的精度分析[J].浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào),2013(5).

[3]程政,班亞龍,張?zhí)嵘?牛小驥.竹林環(huán)境中GPS信號(hào)質(zhì)量及其定位性能分析[J].地理與地理信息科學(xué),2015 (5).

[4]張光華.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013.

[5],[6]黎曦,湯麗瓊.手持低精度及高精度GPS接收機(jī)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012(23).

1004-7026（2016）09-0133-03

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A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.09.090

崔麗紅（1981—），女，就職于運(yùn)城市國(guó)土資源局，助理，主要從事土地測(cè)繪業(yè)務(wù)工作。