唐劍

（湖南求實項目管理有限公司 湖南永州 425000）

野外地質(zhì)測量中手持GPS定位的誤差分析

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GPS技術(shù)在工程測量應(yīng)用方面優(yōu)勢明顯，手持GPS機(jī)小巧方便，在野外地質(zhì)測量中能夠發(fā)揮十分重要的作用。對此，本文首先介紹對GPS技術(shù)進(jìn)行了分析，然后結(jié)合實例，詳細(xì)探究了手持GPS在野外地質(zhì)測量中的應(yīng)用以及定位誤差分析辦法。

地質(zhì)測量；手持GPS；誤差

1 引言

手持GPS機(jī)具有輔助定點和導(dǎo)航的作用，已經(jīng)逐漸成為數(shù)字地質(zhì)調(diào)查的重要設(shè)備。但是，野外地質(zhì)比較復(fù)雜，很多因素會影響手持GPS設(shè)備測量精度，因此對定位誤差進(jìn)行分析至關(guān)重要。

2 GPS概述

GPS又被稱為全球定位系統(tǒng)，具體指的是通過導(dǎo)航衛(wèi)星，采用全方位導(dǎo)航的方式進(jìn)行測時和測距?，F(xiàn)如今，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS設(shè)備的體積越來越小，而且質(zhì)量越來越輕，并且逐漸產(chǎn)生了便攜式GPS設(shè)備，有利于對野外地質(zhì)進(jìn)行勘察。在GPS的實際應(yīng)用中，有很多因素會影響定位精度，包括與GPS衛(wèi)星相關(guān)的因素、與接收機(jī)相關(guān)的因素以及與傳播途徑相關(guān)的因素等多種類型。

3 試驗方案設(shè)計

本文研究所用手持GPS設(shè)備為GPS315型手持式儀器，該儀器的經(jīng)緯度可以精確到秒級。在野外地質(zhì)勘察中，很多因素會影響測量精度，因此，可以適當(dāng)增加若干樣點坐標(biāo)，從而減少GPS誤差，并且將所有的樣點坐標(biāo)標(biāo)注在地形圖上，對于所測得到的數(shù)據(jù)，應(yīng)該帶回室內(nèi)，對每個樣點的坐標(biāo)、高程等特征進(jìn)行詳細(xì)的描述和分析。不同的樣點所在環(huán)境是不同的，比如有些樣點的植被情況較好，對此，可以采用計算機(jī)輔助地質(zhì)調(diào)查系統(tǒng)對各個樣點的而距離誤差和方位角誤差進(jìn)行詳細(xì)計算分析，并且得出各個樣點所在地形、高程等因素對于定位誤差的影響程度。

在本次研究中，對于GPS定位誤差的試驗流程如下，首先獲取試驗數(shù)據(jù)，并且對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計比較，分析差異的產(chǎn)生原因，最后校正模型。根據(jù)研究分析，手持GPS測量樣點的誤差主要來源于三個方面，分別是地形圖誤差、野外定點誤差以及室內(nèi)轉(zhuǎn)標(biāo)誤差。由于本文使用地形圖為大比例尺地形圖，因此，只需要考慮野外定點誤差。

4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上文所述試驗辦法，本文對某山多個樣點進(jìn)行比較分析，首先結(jié)合實際情況，確定100個樣點，然后采用手持GPS進(jìn)行定位測量，然后再對定位誤差進(jìn)行分析研究，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 地形因素下的偏差平均值

將試驗區(qū)的樣本與手圖實際值進(jìn)行比較分析，可以在極坐標(biāo)系中標(biāo)注出手持GPS定點與實際點之間的散點圖。然后，對散點圖進(jìn)行研究分析，通過研究發(fā)現(xiàn)，GPS定點的漂移并非雜亂無章，70%以上的漂移誤差幾種在80m以內(nèi)，可以將這種誤差分布規(guī)律作為是影響GPS定位精度的一個重要因素。

在實際測量過程中，地形因素會導(dǎo)致信號的傳播過程呈多路徑特征。接收機(jī)在信號接收過程中，可能會受到周圍環(huán)境的影響，因此接收機(jī)所接收到的信號不僅包括衛(wèi)星信號，而且還可能包含有其他折射信號，這就會導(dǎo)致接收機(jī)很難準(zhǔn)確捕捉到衛(wèi)星信號，從而導(dǎo)致手持GPS定位精度較低。通常情況下，在野外地質(zhì)勘察中使用GPS設(shè)備，接收機(jī)往往只能夠接收到2～4顆衛(wèi)星信號，因此定位精度較低，而手持GPS接收機(jī)的定位精度在20～30m之間，所以會產(chǎn)生一定的誤差。另外，在地形因素方面，水也會對精度控制產(chǎn)生較大影響。水對于電磁波具有很強的反射能力，因此，在野外地質(zhì)勘察中，如果環(huán)境中有水，則也會在很大程度上降低GPS定位精度。

對于地形因素所產(chǎn)生的誤差，可以根據(jù)測量數(shù)據(jù)的離散程度來描述定位誤差，具體可以采用AVEDEV函數(shù)進(jìn)行計算：

式中:x指的是數(shù)據(jù)平均值；而n指的是樣本數(shù)。

通過表1，能夠反映出在地形因素的影響下，GPS定位偏差的平均值大小，如果偏差平均值比較大，則說明數(shù)據(jù)混亂程度較高，同時也反映出GPS定位誤差較大。

通過上述分析得出，將手持GPS應(yīng)用于野外地質(zhì)勘察中，在山頂、山腰、地質(zhì)平坦等地形條件下，GPS定位誤差較?。蝗欢谏窖禄蛘邷瞎鹊鹊匦螚l件下，手持GPS定位誤差比較大。

另外，測量高程和時間對于定位誤差的影響較小，在地表范圍內(nèi)，高程幾乎不會對GPS定位精度造成不良影響。由于手持GPS設(shè)備的高程定位能力較差，因此，如果接收機(jī)能夠接收到4顆或者4顆以上的衛(wèi)星，則能夠計算出三維坐標(biāo)，但是，如果接收機(jī)只能夠接收到3顆衛(wèi)星，則只能夠計算出二維坐標(biāo)，而且精度較差。因此，在野外地質(zhì)勘察中，如果需要定點勘察，則不建議使用手持GPS設(shè)備。

5 試驗小結(jié)

根據(jù)上文分析，在野外地質(zhì)勘察中，GPS設(shè)備雖然具有便于攜帶、定位速度快等應(yīng)用優(yōu)勢，但是勘察精度較低，而且很容易受到環(huán)境因素的影響。在各種環(huán)境因素中，地形因素對于定位誤差的影響是最大的。另外，手持GPS本身的定位精度也是影響定位誤差的關(guān)鍵。

與此同時，通過計算機(jī)輔助填圖（GeoSurvey）系統(tǒng)，能夠利用投影轉(zhuǎn)換這一功能將手持GPS測量所得經(jīng)緯度坐標(biāo)投影至地圖平面中，這一有利于提高定位精度。但是，如果不通過做標(biāo)準(zhǔn)換，就直接輸入數(shù)據(jù)，則測量誤差也不會很大，誤差一般在3m以內(nèi)。

在衛(wèi)星的運轉(zhuǎn)過程中，會不斷的輸出信號，而當(dāng)接收機(jī)接收到信號后，其也會不斷進(jìn)行運算，因此，如果只是將手持GPS設(shè)備防止在空曠的地標(biāo)定點，其坐標(biāo)數(shù)據(jù)也會隨時發(fā)生變化，而且經(jīng)過觀察分析，定點高程的波動范圍大于經(jīng)緯度波動范圍。因此，在手持GPS設(shè)備的實際應(yīng)用中，GPS設(shè)備開機(jī)后，應(yīng)該手持GPS設(shè)備并保持幾分鐘，然后再進(jìn)行讀數(shù)。

6 誤差修正方案探討

通過上文對試驗區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行的研究分析，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單休整，根據(jù)誤差類型的不同，修正方案：對二維坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)評議，然后重新設(shè)定遠(yuǎn)點，根據(jù)一定半徑的圓內(nèi)落入的點數(shù)目最多的原則進(jìn)行修正。通過實際研究，在選定好新的遠(yuǎn)點后，還需要對GPS定點向50°方向偏移36m對誤差進(jìn)行修正，修正后的數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 原始距離誤差與修正后的距離誤差對照表

7 結(jié)語

綜上所述，本文主要根據(jù)某試驗區(qū)，對手持GPS在野外地質(zhì)勘察中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)探究。根據(jù)野外勘察結(jié)果分析，手持GPS具有便于攜帶且定位速度較快的應(yīng)用優(yōu)勢，但是其精度較低，而且地形因素對精度的影響最大。

[1]唐興國.野外地質(zhì)測量中GPS定位的誤差及修正方法[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（03）：10～11.

[2]嚴(yán) 惠.手持GPS定位在野外測量中的誤差分析[J].信息化建設(shè)，2016（02）：56～57.

[3]張錫昌.野外地質(zhì)測量中GPS定位的誤差分析[J].青年時代，2014（09）：54.

P228.4

A

1004-7344（2016）12-0177-02

2016-3-18

唐劍（1979-），男，助理工程師，大專，主要從事工程測量工作。