探析GPS土地測繪精度的影響因素

陳 樺，李安康

（南陽高新區(qū)大地測繪有限公司，河南 南陽 473000）

隨著計算機的出現和空間技術的進步，高效的土地和水資源管理技術已經發(fā)展起來，其中地理信息系統和GPS土地測繪系統的作用功不可沒。這些技術從根本上改變了管理自然資源，特別是土地測繪的方式和精確程度。GPS有助于測量土地尺寸以及地理參考標簽。GPS的技術發(fā)展通過利用人造高功率輻射源來提高成像效率，該輻射源從安裝在跟蹤器上的自由形狀傳感器發(fā)射激光或微波束。越來越多的基于GPS和地理信息系統的土地測繪研究與實地調查相結合，以有效挖掘GPS技術和地理信息系統的擴展?jié)摿?，這將完善和規(guī)范當前的應用，并發(fā)展新的方法和應用。

1 GPS土地測繪簡介

GPS，是全球位置系統的簡稱。GPS的土地測量技術主要是以導航衛(wèi)星技術為基本，在完成定位目標的過程中，從GPS衛(wèi)星軌道到信息接收機間的一段距離才是最基本檢測目標。在檢測接收機對準四顆上面的衛(wèi)星信號以后，就可以利用微距測試實現時間的估計，再經過大數據分析和研究后，就可以實現測定三維位置。眾多GPS的土地監(jiān)測實踐都證明了，在國土測量的具體實踐中，采用GPS的土地測量技術還存在著四個方面的優(yōu)勢：第一，GPS土地測量技術定位精度很高，對50 000 m左右的區(qū)域內其偏差范圍在5 m以內；其次，由于GPS土地測繪的觀測持續(xù)時間比較短，因此，它對20 000 m左右區(qū)域內的靜態(tài)定位一般在一定時間內就可以實現，并且針對各個臺站，都可以實現隨時確定，所耗費的檢測時間也在三秒以內；其三，GPS的土地測量技術在具體應用的過程中，兩個臺站間基本不需通視，只需確保在實施測定之前，監(jiān)測地點上方的空域相對開放即可，這樣在較大程度上就減少了測量成本；第四，技術較為簡單，尤其是由于新型技術的不斷問世，GPS土地測量通信接收機的容量也不斷減小，系統的智能化程度進一步增強。

GPS土地測繪是一種有效、可靠的土地覆蓋與土地利用制圖技術。GPS土地測繪在處理多源遙感數據方面發(fā)揮著至關重要的作用。其與遙感的融合是一個很有吸引力的研究方向，可以應用于圖像分類。同時，地理定位系統還允許對遙感圖像數據進行進一步的空間分析。土地覆蓋與土地利用數據集一般采用多源遙感數據，通過圖像處理軟件提取，利用GPS進行分析。

在遙感系統中，圖像的探索是識別不同對象、顏色、形狀、大小、圖案和紋理等。熱成像傳感器被數碼相機取代，以提供比傳統成像源更好的重建圖像空間信息。先進的數字圖像處理技術有利于有效重建所采集的圖像和提取圖像特征。使用機器學習算法分析圖像特征，以在最小跨越距離內基于相似特征聚類方法進行邊緣分離。傳統的調查成本增加了收集信息的成本和時間，并且通常需要對同一地點進行充分的訪問以確保數據的準確性。此外，傳統的調查記錄表明，由于知識不足、天氣條件不確定、系統錯誤、意外錯誤和計算錯誤等原因導致收集到的信息存在人為錯誤。在與其他測量方法相關的同時，特定區(qū)域的物理測量變得困難，記錄數據的準確性降低?；谛l(wèi)星和GPS接收機三邊測量的GPS測量機制有助于計算地球表面位置的經緯度。實時應用程序嵌入了地理地圖和 GPS，通過組合至少4個不同的衛(wèi)星信號來提供觀察者的準確位置。GPS 空間部分由28顆繞地球運行的衛(wèi)星組成，每12小時航行20 000余公里，可在全球范圍內實現導航、距離測量、速度測量和時間測量。衛(wèi)星在土地覆蓋上的實時可用性和連續(xù)成像驅動性，也證實了機器學習技術對土地覆蓋中的物體進行分類的有效性。

2 GPS的實際應用

2.1 數據采集

工程測量數據采集的復雜程度也比較高，易受工程區(qū)域地理位置、氣候環(huán)境等的影響。通過使用地理信息系統，可以通過矢量和柵格的方法實現數據收集與保存，通過使用GPS定位技術，還可以設定測量對象的坐標方位，從而將大量數據錄入至地理信息系統中，此外，通過聯合使用數字掃描裝置、攝像機、激光雷達裝置、衛(wèi)星等，也可以實現數據收集。在地理信息系統的實際使用中，不但可以收集大量數據，同時還可以對數據進行變換、剪輯等處理，從而可以有效減少對數據進行處理所耗費的時間，同時提高了測量結果的準確性。

2.2 數據處理和轉換

在GPS的實際使用中，針對各種數據信息主導方法，需通過數據處理系統軟件，對各種數據信息進行編輯等預處理方法。而GPS的應用管理系統軟件，能夠自行標記出各種空間屬性統計信息間的關系，并同時將復雜空間實體數據進行聯系。在大數據挖掘方面，需注重對空間向量統計信息的相互關聯數據信息結果進行解析。在各種數據信息轉化方面，在測量過程中可能會發(fā)生交叉點和直線脫離的情形，這將會嚴重影響觀察成果的準確性，甚至造成原版圖上存在污點。因此可通過GPS對污點進行手動刪除處理。

3 GPS 土地測繪技術中測繪精度的影響因素

3.1 SRB影響因素

太陽射電暴（SRB）是影響全球定位衛(wèi)星系統性能的最嚴重的自然災害之一?？紤]到不同威脅因素的影響，GPS開發(fā)人員對系統進行了升級，以修正系統的精度和防噪特性。特別是當GPS逐漸用L2頻率發(fā)射信號功率增加的新一代設備（GPS IIR-M、GPS IIF、GPS III）和新的民用碼取代“老”衛(wèi)星（GPS IIA、GPS IR-A、GPS IIR-B）。研究學者發(fā)現，發(fā)射信號功率的增加和新的民用編碼可能會增強GPS運行的穩(wěn)定性。現代化衛(wèi)星發(fā)射信號功率的增加，在面對伴隨太陽射電暴的嚴重和極端耀斑的威脅時，能夠有效提高了系統的穩(wěn)定性。

3.2 傳播途徑因素

在對GPS信息進行傳遞的過程中，傳輸路徑給整個測量精度產生了很大的負面影響。一般表現在以下三個主要方面：首先，電離層落后因素。在地球上空出現的電離層對電磁波產生了很大的折射效果，而由于GPS信息是一個電磁波，這也就使得GPS信息在傳遞的過程中，傳播速度、傳輸路徑等相關方面都會有相應的改變，表現為電離層落后。具體延遲效應的顯著程度和電磁波頻譜、電離層折射影響程度等相關方面都存在著直接關聯；其次，對流層落后。地球上產生的對流層對電磁波也有相應的折射效果，使得GPS信號傳遞速率也發(fā)生了相應的改變?？偠灾疄橐韵聝牲c：

（1）電磁波的影響。在衛(wèi)星信息進行傳遞的過程中，電磁波頻譜和波段的變化會受到電波效應的影響，數據和結果都會發(fā)生一系列變化，這樣接收到的衛(wèi)星信息就將與所傳播信息產生相應的誤差，這便是電磁波誤差。（2）雷達衛(wèi)星信息在經過對流層傳遞過程中，傳遞頻次會受到折射現象的影響，再外加信息傳遞本身受到氣溫、相對濕度和壓力等外界條件的差異，傳遞頻次的變化程度會更加明顯，所以對GPS定位的性能造成一定的影響，進而影響其定位速度和準確度。

3.3 GPS信號接收機因素

首先，GPS信息接收機的時差，導致這種鐘差形成的最主要原因是基于GPS標定時間與GPS信息接收機鐘面距離的差異；再次，基于GPS訊號接收器管理與軟件層面原因所導致的偏差，即GPS訊號接收器在收到訊號時，具體的定位數據通常都與數據處理硬件、軟件等層面原因發(fā)生了密切的聯系；其三，周跳影響因素。主要是基于GPS信息在接收機本機振動時形成的相位和接收機與衛(wèi)星軌道載荷相位間的差距，但在實際開展測量時，通常只能夠觀測到很小部分，也因此直接影響到了GPS信息接收機的接收效果。

（1）在實際實踐中，與地面作業(yè)人員所用的信號接收器有著很大差異，不僅是信息接收的設備硬件和軟件的不同，對接受信息的實效性和準確性以及全面性都有重要影響，這些問題都會對土地測量結果產生一定的影響。（2）在開展GPS定位工作時，相關工作人員要對觀測值進行確定，同時在這一基礎上進行相關檢測，而且需要高度重視實際測量中心的確定，否則容易忽視周跳狀況，所以在開展測試工作時，要做到具體問題具體分析，根基實際情況來進行測試，避免危害到相關的GPS系統定位的坐標成果，同時防止對定位準確性不利影響的產生。

4 提高GPS土地測繪精度的方法建議

4.1 改善測繪硬件和設施

檢測設備的精確度受硬件設備特性的影響比較大，在實際的檢測工作進行中，由于精確地檢測結果很易于受到上述各種因素的某些負面影響。所以就要求在GPS土地測繪中，對相應GPS接收機的特性做出了測試。這其中時間和天線位置的偏移等容易出現問題的環(huán)節(jié)需要進行詳細的測試。而且為了提高檢測數據的準確性，還需要選用合格的GPS接收器。在土地測繪過程中，一旦這兩個地方的基準線間距大于10 km，則就必須使用雙頻GPS接收機，這一設備能夠有效減弱相對電離層的影響，同時也能夠保證測量的準確性。單頻的GPS接收機在土地基準線距離在10 km范圍內就能夠滿足要求，而且這種規(guī)格的接收機能耗量較低，運行穩(wěn)定性比較好，所以在使用過程中增強了其可靠性，同時也能夠更好地適應不同土地環(huán)境的需要。

4.2 改進測量方法和手段

（1）GPS網的設計。在進行這一環(huán)節(jié)的工作時，相關工作人員需要用GPS基線長度科學的調整相差值，以便于精準度能夠符合相關要求。在實際的應用過程中，還可以通過實際運行過程中產生的數據信息反饋來進行網形結構的調整，以便使之更符合規(guī)定，更進一步保證檢測結果的精準度。

（2）關于農田測量的選點。首先，要確定GPS地面接收器的地平高度角必須在合理的區(qū)域內，而且地面接收器所安裝的地方也必須正確，且在信號接收過程中，必須防止對GPS信息產生的負面影響問題。最后，選擇了一些對電磁波傳播不會產生影響的地方，即遠離雷達站、無線電臺等工作地點。如確實避不開，就必須選擇合適的位置，與雷達站之間的間距保持合理可控的范圍，有效地減少對電磁波的負面影響的問題，并減少與事件有關的誤差問題。

（3）土地測繪的主要觀測要求。就是在此測量階段中，需要恰當的時間控制對中方位。在測量之前，必須嚴密地檢查設備儀器高度。一旦出現了具有嚴重影響檢測精度的原因，則必須設立監(jiān)測墩，以減少這些因素造成的影響，從而增加了測量的準確性。其次，在進行土地計量相關標準的制定時，應該保證計量時間的重組型，同時對計量頻率進行合理安排，以此來確保相應采集的數據均符合要求，以便于數據測量的作用能夠得到有效實現。

（4）測繪數據要保證高度的準確性。首先，相關工作人員要對觀察到的所有數值進行檢測，以保障其準確可靠，然后按照測量標準進行科學合理的數據分析，復測建筑基線等的大數據分析也是其中重要的組成部分。其次，由于高程起算的數值對內部平面坐標分布有較強的敏感度，所以在對二者進行順序排列和關系處理時要保證其均勻性，以保證測量的精準度，進而保證測量工作效用的發(fā)揮。

4.3 做到嚴謹測量與計算

在進行土地測量的流程中，相關工作人員要嚴格按照相關運行標準開展工作。嚴格的檢測可以大大提高土地測繪的準確性，最大程度地達到測繪要求。首先，必須要對觀測數據認真檢測，并且一定要嚴格按照規(guī)范，做好相關測量數據結果和信息的收集工作并進行精準計算，根據計算結果進行數據分析，在這一工作環(huán)節(jié)中如果存在不確定數據，就要對土地進行重新測量，從而保證數據信息的準確性。

4.4 增強 GPS 土地測繪技術中測繪精度的相關對策

對GPS信號接收機特點進行了評價，其中著重關注到GPS信號接收機所產生的信道間偏差和鐘誤差等，盡可能減小其誤差，這樣就可使得整個GPS測試的誤差范圍可以實現均勻分布。同時在完成了此次的GPS測控網絡設定工作后，并未考慮使用完全開放式的網型架構，只是選擇或采用了封閉式子環(huán)和閉合環(huán)，而且還在一些前提條件允許的特殊情形下，還選擇或采用了三角形測試結構，這也對整個測量任務中的定位精確度和測控網準確度的提升有著重要的意義。在整個流程中，盡量避免測繪現場有較多的反射物體，比如：建筑物、坡地、溝谷等；同時，為減少對電磁波所產生的影響，在選取地點上，也盡可能避免微波中轉站、無線電臺、雷達站等；另外，在此次測量的流程中，針對測量前后的儀器高程選取了其平均數，并針對有特殊要求的地方建立了觀測墩，也因此減少了對中誤差和整個測量項目所造成的干擾。

5 總結

隨著科技的不斷進步，新的時空數據和工程計算方法層出不窮，工程師能夠基于現有的理論方法超越傳統制圖，允許景觀形態(tài)的定量表征和各種景觀主題信息的整合。提出具體的工程技術對策，以進一步提高GPS地籍測量技術的測繪精度。文章通過研究GPS土地測量準確度的主要影響因子，以期對GPS土地測量技術的發(fā)展作出一定的貢獻。