劉長新 張廣華
摘?要:全球定位系統(tǒng)是利用接收到的衛(wèi)星信號可以確定目標點的精確位置,而這種技術(shù)在GIS數(shù)據(jù)采集過程中具有非常明顯的優(yōu)勢,GIS是可以對地理信息進行采集、存儲、和描述。本文基于GIS數(shù)據(jù)采集,在指出傳統(tǒng)的信息采集方式缺陷的基礎(chǔ)上,介紹了GPS定位原理及應(yīng)用方法。
關(guān)鍵詞:全球定位系統(tǒng)?數(shù)據(jù)采集?GIS?GPS
中圖分類號:P288.4?文獻標識碼:A?文章編號:1003-9082(2020)10-000-02
引言
地理空間數(shù)據(jù)是GIS的重要內(nèi)容,而數(shù)據(jù)采集是建立系統(tǒng)的一項最基礎(chǔ)性的工作,而且工作量大。然而,在全球定位系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到GIS系統(tǒng)中之后,不僅減輕在數(shù)據(jù)采集的工作量,而且提升了定位精度。
一、相關(guān)概念及GPS定位原理
1.相關(guān)概念
1.1全球定位系統(tǒng)的概念
全球定位系統(tǒng)的簡稱為GPS,從它的總體構(gòu)成來看,這一系統(tǒng)主要由三個子系統(tǒng)所組成,一是由24顆衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座系統(tǒng),每個軌道分布了4顆衛(wèi)星,這種的空間分布之后,觀察衛(wèi)星運轉(zhuǎn)情況就不受時間、地點限制,而且可以在全球范圍內(nèi)進行24小時的定位;二是地面監(jiān)控系統(tǒng),這一系統(tǒng)的主要功能是觀察和監(jiān)控24顆衛(wèi)星的運行以及相關(guān)運行設(shè)備的情況,如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或者衛(wèi)星偏離了預(yù)定軌道,那么這一系統(tǒng)就會發(fā)出預(yù)警信號;三是用戶系統(tǒng),這一系統(tǒng)的功能主要是對采集數(shù)據(jù)的處理,它是由數(shù)據(jù)處理的軟件、硬件等部分組成。
1.2GIS的概念
GIS指的是地理信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),當然,這一系統(tǒng)的功能除了數(shù)據(jù)采集以外,還具有數(shù)據(jù)存儲、分析的功能。GIS數(shù)據(jù)獲取的地理信息非常準確、全面,除了獲取空間位置信息以外,還可以獲取地理目標的類別、高度、植被覆蓋等綜合信息,因此,可以廣泛應(yīng)用于城市交通規(guī)劃、國土資源監(jiān)測、災(zāi)害檢測等多個領(lǐng)域。
2.全球定位系統(tǒng)采集GIS數(shù)據(jù)的原理
全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用,大大減輕人傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方面的工作量,而且數(shù)據(jù)更為全面準確。GIS數(shù)據(jù)是對現(xiàn)實地理信息的綜合體現(xiàn),因此,全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用中,首先是采集地面地理信息,然后將這一信息輸入到GIS數(shù)據(jù)庫。因此,數(shù)據(jù)采集是整個GIS的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),當然,傳統(tǒng)以來來所采用的野外采集、航測、掃描采集方式都存在不準確的現(xiàn)象,而應(yīng)用全球定位系統(tǒng)則能較好地解決這一問題,因為全球定位系統(tǒng)可以采集到地面信息的屬性數(shù)據(jù),比如道路的長度、寬度、等級各方面的信息。全球定位系統(tǒng)這一功能的實現(xiàn),是因為這一系統(tǒng)配有電子手簿,可以對任何采集到的信息進行的特征和屬性項的輸入,而數(shù)據(jù)采集之后,只需應(yīng)用相關(guān)對數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理,就可以得到用戶所需要的信息。
二、傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)采集方式及其缺陷
在全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用之前,在GIS數(shù)據(jù)采集方面大多采用野外采集、航測、掃描采集方式,而這種方式不僅工作量大、同期長,而且采集的數(shù)據(jù)不夠精準。
1.利用現(xiàn)有地圖資料
在GIS數(shù)據(jù)采集方面,如果是將現(xiàn)有地圖資料錄入到系統(tǒng)之中,那么通常會采用兩種方式,一是手扶跟蹤矢量化,也就是將現(xiàn)有地圖資料掃描到系統(tǒng)中,然后形成柵格化矢量圖,但是這種方式需要手扶跟蹤各個要素,如果操作人員稍有疏忽,就會形成數(shù)據(jù)的混亂;二是自動掃描矢量化,也就是將現(xiàn)有的圖幅掃描到系統(tǒng)中,然后建立矢量圖,但這種方式的成本投入較大,對硬件設(shè)施的要求高。
2.利用圖像資料
在利用圖像資料的過程中,需要采用高質(zhì)量、高科技含量的硬件設(shè)備,也就是說,采用數(shù)字攝影測量儀器采集航攝像片或衛(wèi)星影像,雖然這種方式的精度相對較高,但運行成本過大。
3.實地測量
所謂實地測量,指的是在野外建立測量站,采用GPS技術(shù)、電子全站儀設(shè)備建立精度高的地形測圖,這種方式雖然生成數(shù)字地圖精度高,但依然存在速度慢、工作量大的缺陷。
三、全球定位系統(tǒng)在GIS數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用
由于全球定位系統(tǒng)在GIS數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用時間不長,應(yīng)用經(jīng)驗不足,在關(guān)鍵技術(shù)方面面還存在一定的技術(shù)短板。本文綜合運用最新理論研究成果以及實踐應(yīng)用經(jīng)驗,對全球定位系統(tǒng)在GIS數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用分析如下。
1.數(shù)據(jù)采集的實施
1.1作業(yè)方式的選取。隨著全球定位系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的不斷升級,雖然在定位方面的作業(yè)方式的選取方式存在靜態(tài)、動態(tài)化的多種方法,但本文僅選取認為動態(tài)差分后處理方式進行分析,在具體操作中,首先選取兩臺性能相同的設(shè)備,分別安置在基線的兩個端點,然后將其中的一臺設(shè)備作為基準站,另一臺設(shè)備作為流動站,當然,開電腦PC機的菜單設(shè)置時,需要分別定義流動站和基準站的名稱,在具體操作時,還需要設(shè)置采樣率和衛(wèi)星截止角,以提高作業(yè)效率。
1.2基準站的設(shè)置。將位于基準站點的GPS接收儀與天線連接起來,然后將其安放到高處,之后就開始接收記錄衛(wèi)星數(shù)據(jù)。當然,GPS接收儀安放點的坐標要事先計算設(shè)置,否則難于準確定位。一般來說,GIS數(shù)據(jù)通常需要設(shè)置多個基準站,每一個基站的坐標確定以后,對各個采集點的定位儀命名,以方便數(shù)據(jù)查找。
1.3移動站屬性的編制與設(shè)置。將需要定位的地理信息輸入到GPS數(shù)據(jù)庫,系統(tǒng)會根據(jù)地理位置的屬性信息進行編制,屬性庫編制之后,系統(tǒng)按地類代碼分層。然后進行移動站的設(shè)置,在操作中,只需把基準站的GPS接收機打開,就可以看到設(shè)置菜單,在設(shè)定的菜單里選擇相應(yīng)的程序即可。
1.4數(shù)據(jù)采集的實施。在前期準備工作完成之后,然后定位操作人員手持GPS接收儀走出戶外,操作人員的行走路線可以根據(jù)數(shù)據(jù)采集的需要而定,同時,為有效接收信息,還可以將外置天線固定在遮陽帽上。操作人員在規(guī)定的范圍行走一圈之后,便完成了一個封閉完整的曲線的采集,這時,操作人員在記錄好相應(yīng)端點數(shù)據(jù)并寫上連接的順序。
2.GPS內(nèi)業(yè)坐標轉(zhuǎn)換
GPS定位儀自帶數(shù)據(jù)處理軟件,同時,在數(shù)據(jù)處理中還需要采用相應(yīng)的坐標轉(zhuǎn)換軟件,這是數(shù)據(jù)處理必備的兩個軟件。在具體的操作過程中,首先是做差分處理,而差分處理需要運用基準站和移動站所采集的數(shù)據(jù),相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機PC端以后再基準站坐標輸送到電腦,在系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行處理之后,會自動生成處理文件,當然,數(shù)據(jù)處理文件格式需要操作人員事先設(shè)置。具體流程如下.
2.1坐標轉(zhuǎn)換
不同的地理位置,通常要以坐標系的形式體現(xiàn)出來,目前,坐標系的表達方式有多種,比如直角坐標系、空間大地坐標系、WGS-84世界大地坐標系、國家大地坐標系等。因此,基于不同的全球定位系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)庫信息,在數(shù)據(jù)處理時就需要進行轉(zhuǎn)換。
2.2坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換
由于全球定位系統(tǒng)采用了WGS-84世界大地坐標系,這一系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)庫就存不匹配的問題,因此需要將WGS-84世界大地坐標系進行轉(zhuǎn)換,使之與GIS數(shù)據(jù)庫一致。目前,北京54坐標系是我國定位系統(tǒng)常用的坐標體系,因此,在數(shù)據(jù)處理過程中,還需要將WGS-84世界大地坐標系進行轉(zhuǎn)換,使之與北京54坐標系相對應(yīng)。另外,在坐標轉(zhuǎn)換的同時,還要進行投影變換,這樣才能得到完整的、符合數(shù)據(jù)庫要求的坐標位置形式。
2.3數(shù)據(jù)采集后的處理
對于通過各種方式采集到的地理信息數(shù)據(jù),在完成數(shù)據(jù)采集工作之后,都需要進行數(shù)據(jù)采集后的處理,然后輸出各種格式的數(shù)據(jù)。在此過程中,數(shù)據(jù)都是通過相應(yīng)的軟件進行處理,因此,選擇何種軟件就顯得非常關(guān)鍵,合格的軟件系統(tǒng)必須符合以下要求:一是能夠?qū)Ω鞣N格式的進行輸入輸出處理,二是采用集成式系統(tǒng)架構(gòu),方便用戶操作,三是具有導(dǎo)航或跟蹤功能,提升數(shù)據(jù)采集速度。
3.GPS數(shù)據(jù)處理
地理數(shù)據(jù)信息采集之后,除了要對其進行坐標系轉(zhuǎn)換以及軟件選擇之外,觀測數(shù)據(jù)的預(yù)處理、平差計算,也是GPS數(shù)據(jù)處理重要環(huán)節(jié)。
3.1觀測數(shù)據(jù)的預(yù)處理。觀測數(shù)據(jù)的預(yù)處理,指的是對數(shù)據(jù)進行編輯、加工,并按不同的格式進行歸類,只有對數(shù)據(jù)預(yù)算理科學合理,下一步的平差計算結(jié)果才更為精準。通常情況下,觀測數(shù)據(jù)的預(yù)處理的方法大多要通常建立數(shù)學模型,然后采用評價數(shù)據(jù)質(zhì)量的標準進行分析,在此基礎(chǔ)上,對信息數(shù)據(jù)進行傳輸和分流,當然,這種預(yù)處理后的數(shù)據(jù)只是數(shù)據(jù)的加工,為了統(tǒng)一不同來源衛(wèi)星軌道信息的表達方式一船須采用多項式擬合法,使觀測時段的衛(wèi)星軌道標準化。
3.2平差計算。平差計算的主要內(nèi)容包括三個方面:一是同步觀測的基線向量平差,即同一基線邊、多歷元同步觀測值的平差計算;二是GPS網(wǎng)平差,利用上述基線邊的平差結(jié)果,作為相關(guān)觀測量,進行網(wǎng)的整體平差;三是坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換或與地面網(wǎng)的聯(lián)合平差,GPS網(wǎng)在WGS-84坐標系統(tǒng)中的平差結(jié)果,尚需按用戶的要求進行坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換,因此需要進行兩網(wǎng)的聯(lián)合平差。
結(jié)語
GIS數(shù)據(jù)采集是GIS系統(tǒng)的一項最基礎(chǔ)性的工作,長期以來,GIS數(shù)據(jù)采集方面大多采用野外采集、航測、掃描采集方式,而這種方式不僅工作量大、同期長,而且采集的數(shù)據(jù)不夠精準,全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用,大大減輕人傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方面的工作量,而且數(shù)據(jù)更為全面準確。全球定位系統(tǒng)在GIS數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在全球定位系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集的實施、GPS內(nèi)業(yè)坐標轉(zhuǎn)換、GPS內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理三個方面。
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作者簡介:劉長新(1983.2—),男,漢族,吉林德惠人,本科,工程師,研究方向:地圖制圖。