關(guān)于野外地質(zhì)測量中手持GPS定位的誤差探討

楊琬堯

摘要：在工程測量以及導(dǎo)航定位等方面GPS技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。關(guān)于野外地質(zhì)測量手持GPS也發(fā)揮著積極的作用，但是受野外地形以及樹木等各種因素的影響手持GPS在野外地質(zhì)測量中不免會(huì)出現(xiàn)測量精準(zhǔn)度的問題。本文主要對(duì)野外地質(zhì)測量中手持GPS定位的誤差進(jìn)行探討，為GPS技術(shù)更好的服務(wù)野外地質(zhì)測量做準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞：野外地質(zhì)測量；GPS定位；誤差；地形因素

手持GPS在本質(zhì)上是一種定位導(dǎo)航的儀器，具有一定的優(yōu)勢(shì)，比如體積小以及便于攜帶等。正常情況下，手持GPS是可以獨(dú)立使用的，能夠進(jìn)行全天候的定位。一般情況下，其標(biāo)準(zhǔn)精度是10米，但是會(huì)受到大氣層折射以及地形等因素的影響，在測量的時(shí)候不免會(huì)出現(xiàn)各種誤差。雖然在應(yīng)用上存在一些缺陷，但是畢竟具有作業(yè)便捷等優(yōu)勢(shì)在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，并且已經(jīng)成為現(xiàn)代一種新的地質(zhì)工作手段。

一、GPS概述

GPS主要利用導(dǎo)航衛(wèi)星對(duì)時(shí)間以及距離進(jìn)行測量，對(duì)海陸空等進(jìn)行實(shí)時(shí)的導(dǎo)航與定位。在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展背景下，GPS的體積越來越小，重量也是越來越輕[1]。甚至出現(xiàn)了藍(lán)牙無線傳輸?shù)谋銛y式的GPS。利用GPS定位時(shí)，會(huì)受到各種因素的影響，其影響因素也可以分為以下幾個(gè)方面：衛(wèi)星因素影響；傳播途徑影響；數(shù)據(jù)分析軟件等因素的影響。下面對(duì)手持GPS在野外地質(zhì)測量中的誤差來源進(jìn)行闡述，并且在此基礎(chǔ)上提出精準(zhǔn)定位的科學(xué)有效方法。在進(jìn)行具體的操作時(shí)，對(duì)比計(jì)算實(shí)際點(diǎn)與GPS所定點(diǎn)的距離誤差，進(jìn)而分析地形、天氣等因素對(duì)GPS定位誤差的影響。

二、測量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取經(jīng)緯度定點(diǎn)精準(zhǔn)到秒級(jí)的手持GPS，在野外定若干個(gè)樣點(diǎn)坐標(biāo)，通過微地形法將實(shí)際的位置標(biāo)注在地形圖上，在室內(nèi)進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算與統(tǒng)計(jì)。分析的項(xiàng)目內(nèi)容涉及面比較廣，有GPS坐標(biāo)、地形以及定點(diǎn)時(shí)的天氣與時(shí)間等[2]。

三、測量數(shù)據(jù)分析

依據(jù)上述的設(shè)計(jì)方案，對(duì)A省B號(hào)礦體的多個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比研究，通過比較實(shí)驗(yàn)區(qū)的樣本與手圖實(shí)際值的不同，在極坐標(biāo)系內(nèi)繪制出GPS定點(diǎn)的散點(diǎn)圖。通過結(jié)果分析得知與實(shí)際點(diǎn)相比GPS的點(diǎn)分布并非沒有規(guī)則，數(shù)據(jù)顯示，七成左右的漂移距離誤差都集中在80米范圍之內(nèi)，其方位誤差也集中在90度范圍之內(nèi)。誤差分布規(guī)律對(duì)GPS定位精度具有一定的指導(dǎo)性。地形因素主要影響信號(hào)的傳播，接收機(jī)也容易受地形等因素的影響無法精準(zhǔn)的接受衛(wèi)星傳輸?shù)男盘?hào)。正常情況下，只有接收到8顆左右的衛(wèi)星信號(hào)才能做到精準(zhǔn)的定位，但是在野外地質(zhì)測量時(shí)接收機(jī)往往只能接受4顆左右的衛(wèi)星信號(hào)。另外時(shí)間比較短促，出現(xiàn)的誤差比較大也就很正常了。如果測量時(shí)遇到有水的地方，測量的結(jié)果也會(huì)很受影響。因?yàn)樗畬?duì)電磁波具有很強(qiáng)的反射能力，因而如果在湖面測量時(shí)，GPS定位的精準(zhǔn)度也會(huì)受影響。

關(guān)于高程以及時(shí)間等因素不是影響誤差的關(guān)鍵性因素。手持GPS高程定位能力本身就比較差，因而在野外地質(zhì)測量時(shí)，基本上是不支持使用手持GPS進(jìn)行高程的測量的。理論上時(shí)間對(duì)GPS野外測量沒有太大的影響，在具體的實(shí)踐中，時(shí)間不受影響GPS定位的距離誤差，但是卻對(duì)方位誤差具有一定的影響。

四、結(jié)果

從野外地質(zhì)測量對(duì)手持GPS的具體應(yīng)用中來看，具有攜帶方便、定位迅速等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。但是就測量的精準(zhǔn)度而言還有很大的改善空間，畢竟野外測量會(huì)受外界等各種因素的影響。上文已經(jīng)對(duì)影響誤差的因素進(jìn)行了具體的分析，我們不難看出，最主要的影響因素是地形因素。雖然不排除其它因素對(duì)測量結(jié)果的影響，但是地形因素卻是最大的影響因素。是實(shí)地測量中不可忽略的主要因素。

除了外界等因素的影響，GPS本身的定位精度同樣對(duì)其測量的精準(zhǔn)度具有一定的影響。如果GPS定位精準(zhǔn)到秒級(jí)，接收機(jī)自身就有很大的可能產(chǎn)生20米左右的誤差。其次，計(jì)算機(jī)輔助填圖系統(tǒng)主要是采用投影轉(zhuǎn)換通過將GPS測量的經(jīng)緯度坐標(biāo)投影到地圖平面的大地坐標(biāo)的相應(yīng)位置上，GPS采用的是世界坐標(biāo)體系，如果不經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換就直接輸入數(shù)據(jù)可能會(huì)存在一定的誤差，但是誤差的范圍也比較小，基本上是在3米范圍之內(nèi)。在對(duì)誤差進(jìn)行具體的計(jì)算時(shí)需要借助相應(yīng)的功能軟件。衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)不停的發(fā)送信號(hào)，接收機(jī)在接受信號(hào)之后也要進(jìn)行不斷的運(yùn)算，因而即使將手持GPS放在比較空曠的地方保持不動(dòng)，在定點(diǎn)之后，其坐標(biāo)的數(shù)據(jù)值依舊會(huì)出現(xiàn)一定程度的波動(dòng)。并且與經(jīng)緯度的波動(dòng)值相比，高程的波動(dòng)值會(huì)比較大。在實(shí)際的定位操作中，GPS在開機(jī)工作后不適合立即的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀，需要按照GPS的手持姿勢(shì)要求在運(yùn)行幾分鐘之后再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀。

五、誤差修正方案探究

根據(jù)上文對(duì)誤差影響因素的分析，可以對(duì)測量的數(shù)據(jù)給出簡單的修正方案。修正方案主要有兩種類型，首先就是對(duì)二維坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)平移，對(duì)原點(diǎn)位置進(jìn)行重新的設(shè)定。經(jīng)過不斷的嘗試最終確定（36m，50°）位置為新的原點(diǎn)位置，也就是說要對(duì)GPS點(diǎn)進(jìn)行向50°方向偏移36米的修正。在修正之后的GPS數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度會(huì)大大提升，在各種地形測量上都比較適用。其次是利用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)提供的定位方式來對(duì)誤差進(jìn)行消除，也就是利用未知點(diǎn)在已知點(diǎn)的相對(duì)位置上來定點(diǎn)。不管是第一種方案還是第二種方案對(duì)于不同型號(hào)的GPS都比較適用。

結(jié)語：綜上所述，上文對(duì)野外地質(zhì)測量中手持PGS定位的誤差進(jìn)行了探究，分析影響誤差的主要原因，并且在此基礎(chǔ)上提出科學(xué)的誤差修正方案。通過對(duì)誤差修正方案的探究得知，與之前的測量方法相比，手持GPS單點(diǎn)定位不管是在人力、財(cái)力還是物力等方面都占據(jù)很大的優(yōu)勢(shì)。另外采用手持GPS對(duì)野外地質(zhì)進(jìn)行測量時(shí)，要注意保持內(nèi)置天線的水平，要保證測點(diǎn)周圍的寬闊性，在測量時(shí)，要保證測定點(diǎn)的高度與求解參數(shù)測定點(diǎn)位的高度一致，盡量避免人為因素造成的誤差，提高測量的精準(zhǔn)度。

參考文獻(xiàn)

[1]張維寬，葉積龍，張永勝，然見多杰. 手持GPS在東莫扎抓礦區(qū)工作中的應(yīng)用[J]. 價(jià)值工程，2012，07：42-43.

[2]路琪，景欣，勾志陽，錢旭，晏磊. 手持GPS測量面積變形誤差研究[J]. 全球定位系統(tǒng)，2012，03：63-67.