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        測畝儀在農(nóng)田面積測定中的精度研究

        2014-12-28 02:44:00石天琪吳玉德
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年31期
        關(guān)鍵詞:真值農(nóng)田衛(wèi)星

        石天琪,吳玉德

        (延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院園藝園林系,吉林延吉133000)

        測畝儀又名土地面積測量儀、手持式測畝儀等,集成了高精度的GPS定位系統(tǒng)、精確的面積測算方法和智能化掌上電腦系統(tǒng),能實現(xiàn)不規(guī)則面積實時測試、動態(tài)圖形顯示和數(shù)據(jù)智能化處理和儲存[1],適用于農(nóng)田、綠地、森林、水域、山坡等面積測量。測畝儀在農(nóng)業(yè)資源調(diào)查和監(jiān)測、林地勘驗、造林驗收、病蟲害評價及林業(yè)案件技術(shù)鑒定等方面都得到了廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的羅盤儀測定面積相比,采用測畝儀測量面積省時、省工、省費用。利用測畝儀進行農(nóng)田面積的量測,成為近年來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中農(nóng)田面積測量的重要手段之一和發(fā)展趨勢。但是由于一般的測畝儀單點定位的標稱精度為7~15 m[2],此精度并不能滿足實際測量要求,用其進行農(nóng)田面積測量時必然會產(chǎn)生一定的面積誤差,因而,只有對其誤差進行研究并糾正,才能使其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到真正的應(yīng)用。

        分析現(xiàn)有的測畝儀對農(nóng)田面積測量方面的研究表明,其研究成果較難或不能直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。利用差分技術(shù)或秩虧自由網(wǎng)平差[3]等方法進行面積誤差糾正,雖然精度較高,但需要較為復(fù)雜的技術(shù)支撐,要求較高,在很多地方都難以實現(xiàn),后者需要進行皮尺的輔助測量,且需要進行復(fù)雜的內(nèi)業(yè)計算,這些方法的可操作性都比較差;其他的一些研究則未能對誤差規(guī)律進行全面、系統(tǒng)的研究。為此,筆者對測畝儀在農(nóng)田面積測定中的誤差規(guī)律性進行初步研究,旨在為今后的生產(chǎn)實踐提供參考。

        1 研究方法

        1.1 實地光電導(dǎo)線測量 選擇不同面積、不同地形的A、B、C 3塊土地作為面積測量對象,用全站儀(徠卡TS02)和RTK(南方S86)分別對A、B、C 3個地塊進行多次測量,對多次測量結(jié)果取平均值作為3個地塊的面積真值。測得A區(qū)面積為1 188.09 m2,B 區(qū)面積為 6 673.12 m2,C 區(qū)面積為17 540.52 m2。

        為了進一步研究測畝儀在農(nóng)田面積測定中的誤差分布規(guī)律,另外再選擇20個面積不同、形狀不同的地塊,用相同的方法分別測量計算出面積真值。

        1.2 測畝儀測量 用不同型號的測畝儀(南方S760,集思寶350,Garmin eTrex Venture奇遇)在不同時間、不同天氣的條件下分別對A、B、C 3個地塊的面積進行測量(表1)。用測畝儀分別對20個地塊的面積進行多次測量,所得數(shù)據(jù)與已知面積進行對比,結(jié)果見表2。

        表1 測畝儀測量區(qū)域A、B、C面積結(jié)果m2

        2 數(shù)據(jù)處理與誤差分析

        2.1 誤差計算 將用測畝儀測定的A、B、C的面積與已知的面積對照,計算出相對誤差,相對誤差=(測畝儀測量值-面積真值)/面積真值(表3、4、5)。

        2.2 誤差分析

        2.2.1 數(shù)據(jù)分析。為了更加直觀地表現(xiàn)測畝儀測量面積的相對誤差(%)與測量區(qū)域面積(m2)大小之間的規(guī)律性,將選取的20個地塊真實面積與測畝儀的相對誤差繪成折線圖(圖1)。

        由表1可知,區(qū)域A、B、C面積在不同時間、不同天氣下的變化和平均值,天氣的不同對測量結(jié)果影響均為隨機影響。從表3~5可以看出,利用測畝儀測量面積時相對誤差在0.2% ~7.5%,基本上在農(nóng)田面積測量誤差允許范圍內(nèi),將所有觀測的數(shù)據(jù)取平均值后相對誤差較穩(wěn)定,基本滿足實際生產(chǎn)中相對誤差5%的要求,說明測畝儀測量面積時,需要多次重復(fù)測量,才能消除或者降低誤差,提高觀測的精度,保證面積數(shù)據(jù)的準確性。從圖1可以看出,實際面積與用測畝儀測量的面積的相對誤差隨著實際測量區(qū)域面積的增大而減小,在實測面積小于0.27 hm2時,相對誤差較大,多數(shù)都在15%以上,當?shù)貕K面積在0.27~1.00 hm2時誤差開始下降,當面積大于1.00 hm2時,誤差基本穩(wěn)定在5%左右,表明在此范圍內(nèi)測畝儀的單次測量結(jié)果與實際面積非常接近,基本滿足在實際生產(chǎn)中的測量面積的精度要求。

        表2 測畝儀對地塊面積的測量結(jié)果 m2

        2.2.2 理論分析。

        2.2.2.1 來自衛(wèi)星的誤差。

        (1)衛(wèi)星鐘差。在衛(wèi)星測定與發(fā)射定位信息的時候,均要求其時鐘與地面時鐘同步,它們與理想的GPS時之間存在著難以避免的偏差,約1 ns以內(nèi)(1 ns=10-6s)。在相對定位中,可以通過觀測量差的方法消除[4]。

        表3 測畝儀測定區(qū)域A面積與面積真值對照m2

        表4 測畝儀測定區(qū)域B面積與面積真值對照m2

        表5 測畝儀測定區(qū)域C面積與面積真值對照m2

        圖1 實際面積和相對誤差

        (2)衛(wèi)星軌道偏差。衛(wèi)星在運行過程中,受到多種攝動力的影響,而這種影響靠在地面的監(jiān)控是無規(guī)律可循的。忽略軌道誤差,不考慮衛(wèi)星軌道實際存在的誤差,以導(dǎo)航電文中獲得的信息為準,適用于測量精度要求較低的單位。

        (3)衛(wèi)星信號傳播的誤差。大氣折射誤差,即信號在傳輸過程中,受電離層與對流層折射的影響。多路徑效應(yīng)影響,是指地面接收機在收到衛(wèi)星直接傳輸信號的同時,還受到經(jīng)周圍建筑物反射后的衛(wèi)星信號,從而產(chǎn)生的誤差。

        2.2.2.2 來自測畝儀自身的誤差。主要有接收機鐘差、天線相位中心誤差和載波相位[5]觀測的整周不定性影響等。

        2.2.2.3 人為因素造成的誤差。主要有觀測誤差、選取路線不恰當造成的誤差和測畝儀放置的位置方向不到位等,一系列無規(guī)律可尋的隨機誤差。人為誤差可以通過試驗前充分的準備和試驗中的謹慎操作盡量避免。

        3 結(jié)論

        測畝儀所測得數(shù)據(jù)相對誤差可達到5%,滿足農(nóng)田面積測量的精度要求。建議當測量面積小于0.27 hm2時應(yīng)進行多次測量,提高數(shù)據(jù)的準確性;面積接近以及大于0.27 hm2時測量誤差較為穩(wěn)定,可以進行幾次或一次測量即可。測畝儀在雨、陰、晴等氣候條件下,測量數(shù)據(jù)受天氣的無規(guī)律影響,還與地形和設(shè)備本身的配置有關(guān)。在使用測畝儀測量農(nóng)田面積的時候,要考慮農(nóng)田面積的大小和對數(shù)據(jù)準確度的要求是否適合測畝儀的測量,且考慮到來自衛(wèi)星的誤差,建議選擇場地較為開闊天氣狀況較好的情況下使用。

        [1]吳明亮.使用導(dǎo)航定位手持機勘測山林過火面積[J].刑事技術(shù),2005(2):53.

        [2]周科亮,馮仲科,張學(xué)培,等.林地面積的手持GPS量測[J].測繪科學(xué),2003(2):48 -49,62 -71.

        [3]羅六偉,康敬國,杜利勤,等.GPS接收機在退耕還林工程實施中的應(yīng)用[J].河南林業(yè)科技,2005(2):46-54.

        [4]鄭成才,黃亮,吳建林,等.GPS在森林調(diào)查及面積勘測上的應(yīng)用[J].武夷科學(xué),2010(00):69-75.

        [5]張麗娜,楊志強,歐龍,等.手持式GPS定位誤差的研究[J].工程地球物理學(xué)報,2006(6):478-483.

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