雷毅

（四川省第一測繪工程院 四川成都 610000）

基于GPS和PDA在電子地圖測繪中應(yīng)用分析

雷毅

（四川省第一測繪工程院 四川成都 610000）

近年來，隨著微電子技術(shù)以及光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，通信技術(shù)已經(jīng)進入移動時代。本文主要以GPS全球定位系統(tǒng)和PDA掌上電腦為技術(shù)基礎(chǔ)，對電子地圖測繪的軟、硬件設(shè)備以及電子地圖測繪的原理和測繪方法進行了分析，希望給行業(yè)相關(guān)人士一定的參考和借鑒。

GPS定位；PDA；電子地圖

1 引言

近年來，GPS全球定位系統(tǒng)已經(jīng)在各個行業(yè)得以廣泛應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字信息處理也越來越簡便，PDA掌上電腦的應(yīng)用更是促進了測繪系統(tǒng)向著小型化方向發(fā)展。隨著國內(nèi)經(jīng)濟及社會的不斷發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)?dǎo)航技術(shù)的需求逐步增多，在電子地圖的測繪中，GPS和PDA技術(shù)發(fā)揮了巨大優(yōu)勢，并逐步將傳統(tǒng)測繪技術(shù)淘汰，而應(yīng)用于各個領(lǐng)域中。

隨著互聯(lián)網(wǎng)、無線手持設(shè)備以及汽車電子設(shè)備對導(dǎo)航系統(tǒng)需求量的不斷增加，使得國內(nèi)電子地圖行業(yè)得以快速發(fā)展。面對這些領(lǐng)域的需要，很多地區(qū)和城市出現(xiàn)了各種各樣的電子地圖。在對電子地圖的設(shè)計過程中，地圖數(shù)據(jù)采集非常重要，約占整個工作量七成以上。就目前而言，獲取電子地圖數(shù)據(jù)方法主要有三種形式，即對現(xiàn)有地形圖資料進行掃描、航片以及衛(wèi)星影像等圖像資料、數(shù)字化以及數(shù)字測圖。其中，數(shù)字測圖利用的是GPS、電子全站儀等在野外實測而直接形成的數(shù)字地圖，該種方法主要對沒有現(xiàn)成航片和圖紙的大比例尺地形測圖比較適用。隨著GPS測量技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，當(dāng)前GPS數(shù)字測圖逐步成為電子地圖數(shù)據(jù)采集的重要方式。

2 電子地圖測繪的軟件設(shè)備和硬件設(shè)備

電子地圖測繪是集GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù)、PDA掌上電腦技術(shù)以及GIS地理信息系統(tǒng)技術(shù)的軟、硬件設(shè)備為一體的公路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。整個系統(tǒng)對硬件設(shè)備有著一定的要求，即PDA需要采用Windows-Mobile2003微軟操作系統(tǒng)，中央處理器主頻率CPU要求達到624MHz，內(nèi)存容量為RMA185M以及1GPDA擴展卡容量；GPS設(shè)備需要使用藍牙接口，自動定位時間45s，數(shù)據(jù)更新頻率1次/s，定位精度低于5m。軟件設(shè)備要求為e-Road For PC軟件操作系統(tǒng)和e-Road For PDA操作系統(tǒng)。e-Road For PDA操作系統(tǒng)是將GPS接收的信號轉(zhuǎn)換到PDA上，e-Road ForPC軟件則是將PDA的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到臺式電腦上，并對轉(zhuǎn)換的地圖數(shù)據(jù)加以修改與合并。

3 電子地圖測繪的原理

眾所周知，GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以分GPS衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)以及GPS接收機等三部分內(nèi)容，其中，GPS接收機在測繪中得以普及使用。GPS在對點位進行確定的過程中，需要使用測距交會的原理，具體來說指的是每個太空衛(wèi)星在運行過程中，任一時刻的位置都需要用一個坐標值表示，而GPS接收機所在的位置坐標則為未知值，且在傳送太空衛(wèi)星訊息的過程中存在著一定的時間差，將該時間差值與電波傳送速度相乘，就可以得出GPS接收機與太空衛(wèi)星之間的距離，那么依據(jù)三角向量關(guān)系就可以列出一個方程式。而每接收到一顆衛(wèi)星就可列出相關(guān)方程式，所以，至少需要同時接收到三顆衛(wèi)星信號后，才能對平面坐標值加以計算，收到四顆衛(wèi)星信號則能夠?qū)ΜF(xiàn)時的高程值予以測量，五顆衛(wèi)星以上則能夠有效提升測量的精度。通常情況下，GPS接收機能夠不斷接收衛(wèi)星訊息，并對其所在位置的坐標數(shù)據(jù)進行實時計算，并計錄下來。在GPS定位過程中，依據(jù)其相關(guān)的運動狀態(tài)，GPS定位可以分為靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種情況。其中，靜態(tài)定位是指將GPS接收機安置在固定不運動的待定點上，并觀測數(shù)分鐘或者更長時間，以便對該點得三位坐標加以確定，這一過程中又稱為絕對定位。如果將兩臺或者兩臺以上的GPS接收機分別安置于不同的固定不變在待定點上，并觀測一段時間后，就可以對這些點的相對位置加以確定，這一過程又稱為相對定位。動態(tài)定位要求至少有一臺接收機處于運動狀態(tài)，并對時刻運動中的GPS接收機的位置加以測定。一般而言，在電子地圖測繪系統(tǒng)需要運用動態(tài)定位。而GPS以高精度、全天候、高效率以及自動化等優(yōu)勢贏得廣大測繪工作者的好評。

4 電子地圖測繪的途徑

4.1 外業(yè)采集方式

4.1.1 準備工作

在整個測繪工作中，外業(yè)采集是核心，采集組由PDA操作員、記錄員、帶路者以及駕駛員四名工作人員和一臺作業(yè)車組成。其中，PDA操作員必須對PDA操作技術(shù)予以熟練掌握，并對需要測量的路線進行事先編號，對已有編號的路線一一核對，力爭不遺漏每一條路線；記錄人員要求有較快的反應(yīng)速度，能夠迅速領(lǐng)會操作員的意圖，并配合操作員加以記錄，力爭準確率達到100%；帶路者要求對當(dāng)?shù)氐匦蜗喈?dāng)熟悉，做到不走重復(fù)路線，選擇一條最佳路線進行測繪；駕駛員要求對作業(yè)車事先勻速、平穩(wěn)、勻速駕駛，并對其進行保養(yǎng)維修。一切工作準備就序后，可以對GPS予以定位，然后打開GPS藍牙設(shè)備，并將其與PDA連接，等PDA上顯示為“3D”狀態(tài)時則表示GPS已經(jīng)與PDA聯(lián)系上，并可以開始數(shù)據(jù)采集工作。此外，在對數(shù)據(jù)進行采集之前還需要對其進行命名，建議采用當(dāng)天的時間來命名，并將其存入SD卡上，以便數(shù)據(jù)的合并和校核。

4.1.2 遇見的問題和解決措施

（1）測繪過程中GPS無法定位。具體原因為GPS無法接收衛(wèi)星信號，此時可到一個周圍建筑物少、天線少以及外界干擾少的空曠位置予以定位，待其定位好后，再著手測繪工作。為了降低信號接收過程中的干擾，不能將GPS接收機安置在一個根本接收不到衛(wèi)星直射訊號的位置，比如室內(nèi)、天橋下、地下停車場、以及隧道中。在汽車內(nèi)，應(yīng)使用有長天線的GPS，并將用磁石將天線安裝在汽車外。在建筑物多或者地形復(fù)雜的地方，則可以使用帶有延長天線的GPS。

（2）測繪過程中GPS信號飄逸。造成GPS信號飄逸問題的原因有很多，具體如下：①陰雨天衛(wèi)星信號弱，極易造成信號飄逸；②某些地區(qū)使用了衛(wèi)星信號屏蔽，導(dǎo)致信號飄逸；③在信號較強時仍舊使用延長天線，導(dǎo)致信號飄逸；④操作錯誤所造成的。針對部分無法避免的信號飄逸可以在內(nèi)業(yè)頂點編輯中予以處理。

（3）測繪過程中行車速度過快。通常情況下，車載GPS的數(shù)據(jù)更新頻率是1次/s，所以要求測繪過程中要保證行車勻速，且速度不宜過快，一般控制在50km/h即可，以免在測繪過程中出現(xiàn)GPS接收信號中斷的情況，導(dǎo)致測繪數(shù)據(jù)不準。

（4）在測繪過程中不應(yīng)在某個區(qū)域進行長時間停留。一旦需要較長時間在某個區(qū)域停頓時，則要求PDA操作人員暫停測量，避免PDA顯示的路線出現(xiàn)飄逸情況。

（5）測繪過程中基本信息處理。因PDA對路線的里程和線形是自動記錄的，為保證測繪的準確、迅速，要求PDA操作員合理、適量輸入路線的基本信息，旁邊記錄員則需要對每條路線的基本信息和附屬設(shè)施的基本參數(shù)予以詳細記錄。而路線的基本信息可在內(nèi)業(yè)處理過程中予以相應(yīng)的補充和完善。

（6）測繪過程中跨區(qū)路線的處理。因地形復(fù)雜，每條路線的基本信息都各不相同。針對部分里程較長的線路，尤其是那些跨省、跨市（區(qū)）或者跨鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的線路，則需要對這部分線路進行分段測量，并要求帶路者對這一區(qū)域的地形地勢條件做到了然于胸，盡可能避免誤差出現(xiàn)。此外，記錄員則要求在記錄本上對分段線路的基本信息和分段情況予以詳細記錄。更為重要的是，在對跨省或跨市（區(qū)）鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的路線進行測量時，需要在當(dāng)天測完，以便日后的內(nèi)業(yè)處理。

4.2 內(nèi)業(yè)處理方式

通過外業(yè)采集到的地圖數(shù)據(jù)還要經(jīng)過整理后才能使用，且其路線上的附屬設(shè)施信息也需進一步完善，所以想要得到完美的電子地圖，內(nèi)業(yè)處理工作是必不可少的，具體來說可以分為以下幾個環(huán)節(jié)：

（1）對測繪地圖數(shù)據(jù)進行傳輸。通過數(shù)據(jù)線將測繪的地形圖拷貝到PC機的硬盤上，并運用e-Road For PC進行編輯。e-Road For PC上的功能與PDA上的e-Road For PDA相同。

（2）對測繪地圖數(shù)據(jù)進行編輯。運用e-RoadForPC軟件實現(xiàn)對地形圖的編輯。要求數(shù)據(jù)記錄員在進行外業(yè)測量時對路線的基本信息和附屬設(shè)施信息予以編輯完善，確保數(shù)據(jù)完整。

（3）對測繪地圖數(shù)據(jù)進行合并。對所有路線基本信息和附屬設(shè)施信息編輯完成后，需要合并地形圖。合并前需要對底圖加以選擇，空底圖最合適。合并時要按照外業(yè)測繪的時間順序來合并。

（4）對測繪地圖頂點進行編輯。因外業(yè)測繪時存在一定的信號飄逸，所以在內(nèi)業(yè)處理中，需要PDA操作者針對飄逸路線予以頂點編輯，將飄逸的頂點拉到實際位置，并刪除重復(fù)的頂點。

（5）對測繪地圖進行精準校核。最好讓帶路者進行校核，確保每條路線的精準性。如果當(dāng)?shù)剡€存在其他地形圖時，可對照地圖查看測繪地圖的路線是否存在偏差。如果信號飄逸嚴重或者路線偏差嚴重時，為保證數(shù)據(jù)的準確性最好予以重新測量。

5 結(jié)語

總而言之，基于PDA的GPS定位及電子地圖能夠廣泛用于數(shù)字林業(yè)、土地規(guī)劃、測繪測量、個人旅游以及野外探險等各個領(lǐng)域。同時，將地理信息系統(tǒng)與GPS科學(xué)嵌入到PDA等一系列移動計算設(shè)備中，有效解決了人們對空間信息的依賴，順應(yīng)了未來GPS的發(fā)展趨勢。所以研究基于PDA的GPS定位以及電子地圖測繪具有非常重要的現(xiàn)實意義。

[1]王琰.基于PDA的重慶測繪院測量電子記簿系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].解放軍信息工程大學(xué)，2010.

[2]李東海，麻維.基于PDA環(huán)境下的測繪成圖系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].測繪與空間地理信息，2014（03）.

[3]王大鵬.基于PDA的放線綜合測繪系統(tǒng)開發(fā)[J].測繪信息與工程，2010（12）.

P282

A

1004-7344（2016）06-0177-02

2016－2－9

雷毅（1962-），男，重慶渝中人，畢業(yè)于武漢大學(xué)測繪學(xué)院，工程師，本科，主要從事測繪工作，研究方向為GPS位置導(dǎo)航。