GPS手持機(jī)在土地利用更新調(diào)查中的應(yīng)用

1、GPS手持機(jī)在土地利用更新調(diào)查中的應(yīng)用論文摘要：全國(guó)土地第二次調(diào)查是目前國(guó)土部門的一項(xiàng)重大任務(wù)。本文在對(duì)手持GPS機(jī)性能和定位精度研究的根底上，總結(jié)了一些實(shí)際工作中數(shù)據(jù)采集的方法，詳細(xì)說明了GPS手持機(jī)中地方坐標(biāo)系和國(guó)家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換問題，并對(duì)其定位誤差的處理措施和提高定位精度的方法做了說明。論文關(guān)鍵詞：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,差分技術(shù)1引言隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速開展和各項(xiàng)管理工作的深入開展，國(guó)土部門原有圖件和資料與實(shí)地已相差甚遠(yuǎn)，越來越不適應(yīng)新時(shí)期國(guó)土資源管理和經(jīng)濟(jì)建設(shè)可持續(xù)開展的需要。為了全面實(shí)施國(guó)土資源部數(shù)字國(guó)土;、開展新一輪國(guó)土資源大調(diào)查，如何充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，保護(hù)和管理有限的土地資源，提高國(guó)土資源調(diào)

2、查評(píng)價(jià)、規(guī)劃、管理、保護(hù)和合理利用的水平，以信息化促進(jìn)國(guó)土資源開發(fā)利用與經(jīng)濟(jì)建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的協(xié)調(diào)開展，已成為安陽(yáng)國(guó)土資源管理部門一項(xiàng)刻不容緩的重要工作。2手持GPS接收機(jī)在土地利用更新調(diào)查中的應(yīng)用GPSGlobalPositioningSystem即全球定位系統(tǒng)，是由美國(guó)建立的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，由空間星座局部、地面監(jiān)控局部和用戶設(shè)備局部3局部組成?？臻g星座局部由平均分布在六個(gè)軌道面的24顆衛(wèi)星組成。地面監(jiān)控局部是監(jiān)測(cè)和控制衛(wèi)星上設(shè)備地工作以及確保衛(wèi)星沿預(yù)定軌道運(yùn)行。用戶設(shè)備局部主要由GPS接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件以及微處理器和終端設(shè)備組成。GPS定位的根本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作

3、為的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離前方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。利用GPS系統(tǒng)可以進(jìn)行海、陸、空、地的導(dǎo)航，導(dǎo)彈制導(dǎo)，大地測(cè)量和精密工程測(cè)量，時(shí)間傳遞和速度測(cè)量等，應(yīng)用開發(fā)說明，利用GPS衛(wèi)星信號(hào)能夠進(jìn)行毫米級(jí)精度的靜態(tài)相對(duì)定位，亞米級(jí)精度的動(dòng)態(tài)定位，厘米級(jí)精度的速度測(cè)量及毫微秒級(jí)精度的時(shí)間測(cè)量。2.1手持GPS機(jī)手持GPS是一種利用新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)相結(jié)合、體積小巧、攜帶方便、獨(dú)立使用的定位導(dǎo)航設(shè)備，具有全天候、全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力，有高靈敏度、高精度、自動(dòng)化、價(jià)廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量，地址調(diào)查，資源勘查等眾多領(lǐng)域。近年來，手持GPS的技術(shù)得到了快速開展，操作也

4、越來越智能化，集成化。定位精度也越來越高，一般的手持機(jī)單點(diǎn)定位能夠在10m左右，好的可到達(dá)3m左右，能夠直接接受國(guó)家基站信號(hào)的手持差分GPS的單點(diǎn)定位精度能夠到達(dá)1m左右。2.2手持GPS機(jī)的導(dǎo)航功能目前的手持GPS都有單點(diǎn)導(dǎo)航功能，航線導(dǎo)航功能，偏移報(bào)警功能，我們可以在土地更新外野調(diào)查中進(jìn)行導(dǎo)航。在外野作業(yè)之前，可以在調(diào)查圖片上預(yù)先把調(diào)查范圍內(nèi)的一些特征點(diǎn)如居民點(diǎn)、道路交叉口、河流交叉口等的坐標(biāo)解析出來，可以把一些特征線河流、道路等分解為由幾個(gè)特征點(diǎn)連接而成，然后把這些點(diǎn)的坐標(biāo)也解析出來，另外可以把一些特殊圖斑中心點(diǎn)坐標(biāo)解析出來，把這些點(diǎn)的坐標(biāo)值分類輸入到手持GPS中去，在外野調(diào)查中，可以根

5、據(jù)調(diào)查內(nèi)容的不同，進(jìn)行不同的導(dǎo)航設(shè)置和一些警報(bào)。例如，對(duì)一些圖斑屬性進(jìn)行調(diào)查時(shí)，可直接以這些圖斑內(nèi)的點(diǎn)坐標(biāo)將導(dǎo)航設(shè)置為單點(diǎn)導(dǎo)航，這樣就會(huì)很快找到需要調(diào)查的圖斑；如想沿一條線對(duì)兩邊的地物進(jìn)行調(diào)查，可以把此線上解析的點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置成一條航線，然后設(shè)置成航線導(dǎo)航，并設(shè)置報(bào)警距離。這樣，就可以在手持機(jī)的導(dǎo)航下，沿線兩側(cè)進(jìn)行導(dǎo)航2.3手持GPS機(jī)的定位功能GPS測(cè)量技術(shù)與其他土地資源調(diào)查方法相比，具有精度高，操作簡(jiǎn)便、靈活、工作效率較高等優(yōu)點(diǎn)。特別是在地形起伏較大、植被覆蓋度較小的地區(qū)采用這種方法更顯得優(yōu)越。常規(guī)測(cè)量如導(dǎo)線測(cè)量、三角測(cè)量等側(cè)站之間要求通視，這樣不但費(fèi)工費(fèi)時(shí)，而且精度不均勻。利用手持GPS機(jī)單

6、點(diǎn)定位功能，可以實(shí)時(shí)測(cè)定結(jié)果，又可知道精度，再利用PDA實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，在滿足精度的條件下，將一個(gè)地區(qū)的地形地物點(diǎn)位成圖，大大提高了作業(yè)效率。2.4手持GPS機(jī)的數(shù)據(jù)采集方法利用一臺(tái)接收機(jī)在控制點(diǎn)當(dāng)作基準(zhǔn)站，另外一個(gè)或多個(gè)手持GPS機(jī)當(dāng)作流動(dòng)站采集數(shù)據(jù)。采集完的數(shù)據(jù)要由地理信息系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的編輯、管理，GIS矢量數(shù)據(jù)的操作要基于對(duì)實(shí)體邊界確實(shí)認(rèn)，因此，利用手持GPS機(jī)采集數(shù)據(jù)提供變化區(qū)的封閉記錄。在外野實(shí)際工作中數(shù)據(jù)采集的方法如下：1采集變化區(qū)域的邊界，直接形成多邊形。2采集規(guī)那么變化區(qū)域邊界上的拐點(diǎn)，內(nèi)業(yè)時(shí)連成多邊形。此方法適用于一些形狀規(guī)那么的、新建的廠區(qū)、坑港等。3采集一條弧段或者幾條弧段

7、回來和底邊上的弧段共同組成多邊形。此方法適用于變化區(qū)域的某些邊界是地圖上已有的邊界。以上方法是工作中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，不僅可減少工作量，提高工作效率，而且可以提高數(shù)據(jù)精度，減少內(nèi)業(yè)工作量。在實(shí)際的工作中，根據(jù)實(shí)地情況不同，可采取不同的方法。3手持GPS機(jī)中的坐標(biāo)系及其轉(zhuǎn)換現(xiàn)在常用的手持GPS機(jī)的根底坐標(biāo)系統(tǒng)是WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，并內(nèi)置有其他國(guó)家和地區(qū)的坐標(biāo)系，輸出的坐標(biāo)值格式為大地坐標(biāo)系的B,L,H值，也可通過用戶自定義;設(shè)置參數(shù)后輸出高斯投影的平面直角坐標(biāo)系X,Y值。而我國(guó)使用的地圖資料大局部都屬于1954年北京坐標(biāo)系或1980年西安國(guó)家大地坐標(biāo)系。這樣就產(chǎn)生了坐標(biāo)系之間如何轉(zhuǎn)換的問題。不同坐

8、標(biāo)系之間存在著平移和旋轉(zhuǎn)的關(guān)系，要使手持GPS機(jī)的測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為自己所需的數(shù)據(jù)，必須求出兩個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，我們一般用的是五參法，只要用戶計(jì)算出五個(gè)參數(shù)DX、DY、DZ、DA、DF，并按提示輸入即可在儀器上進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。其中DX、DY、DZ是同一點(diǎn)在不同的坐標(biāo)系統(tǒng)中空間直角坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值的差值，DA、DF是相應(yīng)橢球?qū)?yīng)的長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度和扁率的差值。大地坐標(biāo)系和直角坐標(biāo)系關(guān)系如下列圖：DX、DY、DZ的計(jì)算：在手持GPS機(jī)的應(yīng)用區(qū)域內(nèi)，從當(dāng)?shù)販y(cè)繪部門收集35個(gè)點(diǎn)的北京-54或西安-80坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)值，然后在對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位上讀取WGS-84坐標(biāo)系的值，將收集到的坐標(biāo)值根據(jù)不同的坐標(biāo)系統(tǒng)按相應(yīng)的

9、公式轉(zhuǎn)換為空間坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，用WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)值分別減去相對(duì)應(yīng)的北京-54或西安-80坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)值，即可得出DX、DY、DZ的值。DX、DY、DZ的值計(jì)算之后要進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證，方法如下：將計(jì)算出的DX、DY、DZ、DA、DF的值輸入手持GPS接收機(jī)，再將GPS接收機(jī)的網(wǎng)格格式轉(zhuǎn)換為UserGrid;格式，分別讀取已標(biāo)記點(diǎn)的公里網(wǎng)縱、橫坐標(biāo)值，并與相對(duì)應(yīng)的公里網(wǎng)縱、橫坐標(biāo)理論值該理論值可通過高斯投影轉(zhuǎn)換將大地坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為公里網(wǎng)縱、橫值進(jìn)行比擬，超過要求限差時(shí)要重新計(jì)算并查找原因。內(nèi)業(yè)驗(yàn)證符合要求后在應(yīng)用區(qū)域內(nèi)選擇35個(gè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)值與值大于限差時(shí)重新計(jì)算并查找原因。4利用后差分技

10、術(shù)提高手持GPS機(jī)的定位精度4.1手持GPS機(jī)的定位誤差及對(duì)策手持GPS機(jī)在定位過程中存在三局部誤差,第一局部是公共誤差，如衛(wèi)星鐘差，星歷誤差，電離層和對(duì)流層傳播誤差等；第二局部是電磁波傳播延遲誤差；第三局部是用戶接收機(jī)電路及周圍環(huán)境引起的誤差，如內(nèi)部噪聲，多路徑效應(yīng)等。由于衛(wèi)星距離地面高達(dá)2萬km以上，第一、第二局部的誤差影響在地面相當(dāng)大的范圍內(nèi)是相同的，因此，在該點(diǎn)附近的GPS觀測(cè)站可以利用在點(diǎn)測(cè)出的GPS誤差對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行改正。這種誤差方式稱為差分GPS定位技術(shù)。利用差分技術(shù)可以將衛(wèi)星鐘差和星歷誤差消除，并將電離層和對(duì)流層延遲誤差局部消除。第三局部的誤差可以使用屢次定位取平均值的方法局部消

11、除，對(duì)同一測(cè)量點(diǎn)重復(fù)屢次測(cè)量取平均值可以降低由GPS接收機(jī)內(nèi)部噪聲和環(huán)境電磁噪聲引起的誤差。4.2差分GPS定位技術(shù)及位置差分原理GPS差分技術(shù)是2個(gè)或多個(gè)GPS接收機(jī)同步觀測(cè)，利用觀測(cè)量之差，消除觀測(cè)誤差的公共項(xiàng)，提高定位精度的一種有效技術(shù)。它使用一臺(tái)GPS基準(zhǔn)站接收機(jī)和數(shù)臺(tái)移動(dòng)站接收機(jī)，利用實(shí)時(shí)或事后處理技術(shù)，使移動(dòng)站測(cè)量消去公共的誤差。根據(jù)差分GPS基準(zhǔn)站發(fā)送的信息方式可將差分GPS定位分為3類，位置差分、偽距差分和相位差分。因?yàn)榇缶植渴殖諫PS機(jī)內(nèi)部處理程序是固化在機(jī)內(nèi)芯片中的，進(jìn)行偽距差分和相位差分比擬困難，所以可采用位置差分。這種差分傳輸?shù)牟罘指恼龜?shù)較少，計(jì)算方法簡(jiǎn)單，但要求基準(zhǔn)站

12、和用戶必須同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星，所以兩者之間距離不超過50km為宜。在土地利用調(diào)查的外野作業(yè)中，可以采用在野外記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，利用事后處理技術(shù)獲得高精度的位置數(shù)據(jù)，即移動(dòng)站使用屢次定位取平均值的方法記錄下各定位點(diǎn)的位置坐標(biāo)和定位時(shí)刻，在野外觀測(cè)完畢之后，從基準(zhǔn)站取得相應(yīng)時(shí)段的誤差改正值，在事后對(duì)各定位點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行誤差改正。5結(jié)束語在新一輪的土地利用更新調(diào)查中，手持GPS機(jī)的應(yīng)用無疑會(huì)成為一個(gè)熱點(diǎn)，它省時(shí)省力，操作簡(jiǎn)單、方便，在提高了生產(chǎn)效率的同時(shí)也大大節(jié)省了本錢。隨著手持GPS機(jī)新技術(shù)在土地利用更新調(diào)查中的廣泛應(yīng)用，必將進(jìn)一步推動(dòng)土地調(diào)查的開展和創(chuàng)新。充分利用3SGPS|、RS、GIS等現(xiàn)代信息技術(shù)，會(huì)大大提高了工作效率和數(shù)據(jù)精度，為土地資源調(diào)查評(píng)價(jià)、規(guī)劃、管理、保護(hù)和合理利用提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和保障。參考文獻(xiàn)1 張峰,馮靜. 3S技術(shù)在土地利用更新調(diào)查工作中的綜合應(yīng)用探討. 資源環(huán)境與工程,2006.20(3):41-432