基于嵌入式系統的多功能差分GPS在土地調查中的應用研究

劉慶元，文繼超，黃文嘉

(中南大學信息物理工程學院，湖南長沙 410083)

基于嵌入式系統的多功能差分GPS在土地調查中的應用研究

劉慶元，文繼超，黃文嘉

(中南大學信息物理工程學院，湖南長沙 410083)

提出基于嵌入式系統的多功能差分GPS在土地調查中的應用，對嵌入式設備野外數據采集系統進行設計，并介紹其在土地調查中的作業流程，實現了高精度的數據采集、處理、格式交換一體化。

嵌入式系統;多功能DGPS;土地調查

一、引 言

隨著我國經濟的迅猛發展，土地利用現狀也發生了極大的變化，及時準確地獲取土地利用變化信息，并定期更新土地利用基礎數據庫(1∶10 000)，直接影響到政府的決策和國土部門的管理。國務院于1906年下發了《關于開展全國第二次土地調查的通知》，目的是全面查清土地利用狀況，掌握真實的土地基礎數據，建立和完善土地調查、統計和登記制度，實現土地調查信息的社會化服務，滿足經濟發展及國土資源管理的需要。

傳統的土地調查采用常規測量儀器，利用手簿記錄數據和地類信息，手工繪制草圖，然后回到內業處理數據及入庫。這種方法工作量大、效率低、誤差大。隨著嵌入式設備的發展及差分GPS(differential GPS，DGPS)技術的愈發成熟，利用基于嵌入式系統的DGPS技術進行土地調查和變更，不但能夠真正實現無紙化的工作流程，保證調查的精度，還能夠與上級數據庫實現無縫鏈接，大大提高工作效率。

二、技術簡介

1.嵌入式系統簡介

嵌入式系統是指有特定功能或用途的計算機硬、軟件的集合體。該系統出于產品體積的考慮，常要求將智能控制部分安裝在設備的內部，使其占用空間盡可能小，便于攜帶。

2.嵌入式GIS

嵌入式GIS就是把GIS和嵌入式技術融合在一起，形成一個嵌入式的地理信息系統平臺。典型的嵌入式GIS是由嵌入式硬件系統、嵌入式操作系統(如Windows Mobile操作系統)和嵌入式GIS軟件組成的。它與傳統的GIS技術相比，具有跨平臺、易集成和易融合等優點，它是當前GIS研究領域的一個趨勢，是3S集成技術的基礎平臺。

3.多功能差分技術

利用GPS進行測量時，GPS衛星播發的信號受到各種因素的影響，使得測量結果產生誤差，精度下降。基于觀測量之間較強的相關性，DGPS技術通過在一個測站對兩個目標的觀測量，兩個測站對一個目標的觀測量或一個測站對一個目標的兩次觀測量之間進行求差，能極大地削弱或消除公共誤差和公共參數，使得觀測精度得以提高。

DGPS定位依據差分的時間分為:實時差分和后處理差分;依據基準站發送信息方式分為:位置差分、偽距差分、相位平滑偽距差分和載波相位差分。而多功能差分技術是基于嵌入式GIS平臺，根據測量的目的和精度要求不同，選擇實時的或者事后處理的差分方法，還可進行實時設置選擇接收SBAB(星基增強系統)廣域差分或者基準站數據以及虛擬參考站數據，從而實現準確快速的測量。

三、基于嵌入式系統的多功能DGPS設計及作業流程

基于嵌入式系統的多功能DGPS土地調查系統，是以嵌入式設備(如PDA)等硬件為基礎載體，以通信、網絡等技術為支持，結合DGPS和GIS技術開發的嵌入式GIS系統。GPS技術和嵌入式設備的集成，通過對地物的空間幾何數據測量以及圖斑屬性的現場采集，可以實現高效率土地利用調查，為土地利用數據庫的更新和國土資源部門的管理提供可靠的數據源。系統功能結構如圖1所示。

圖1 基于嵌入式系統的多功能DGPS土地調查系統功能結構圖

1.功能設計

系統主要包括系統設置、數據采集、數據處理和數據輸出四大模塊。

1)系統設置模塊:主要包括記錄設置、GPS設置、實時設置和其他設置。記錄設置主要用來設置在數據采集的時候一些設置項目;GPS設置用來設置GPS定位精度的參數選項，以及GPS接收機和電腦的端口，如設置最大PDOP、最小SNR和最小高程等，實時設置是設置GPS接收機使用未改正GPS信號，還是接收來自基準站的差分信號亦或是整合的SBAS廣域差分信號等。若是要進行高精度的測量，還可采集載波相位數據，內業進行后差分處理。

2)數據采集模塊:主要包括空間信息采集和屬性信息采集。空間信息也是矢量數據，是對圖斑邊界或者線狀地物、零星地物的測量;屬性信息為地類碼以及長度、寬度、面積等信息。屬性信息的采集可用圖像數據作為補充，對測點位置進行實景拍攝，有助于內業的數據處理。

3)數據處理模塊:包括圖形的顯示和編輯、屬性的錄入、差分處理和數據的管理與分析。根據測量的目的和精度要求不同，選擇實時差分或者后處理差分。GPS測量得到的數據，可進一步生成矢量數據圖層，并且可以對矢量圖層進行編輯，如刪除某些明顯測錯的點、點與點自動連接成線、圖斑自動封閉、線的延伸或縮短等。還能對圖形進行放大、縮小、漫游等。對圖形屬性可進行編輯和查詢。數據的管理與分析包括數據壓縮存儲、數據字典的建立或修改。

4)數據輸出模塊:主要是實現從嵌入式設備到PC機上數據庫之間的無縫鏈接，以及各種數據格式之間的轉換。

2.作業流程

基于嵌入式系統的多功能DGPS技術應用于土地調查中，其作業流程如圖2所示。

圖2 工作流程圖

1)獲取遙感影像并制作數字正射影像圖:選擇層次豐富、紋理清晰、色調均勻、反差適中并且云層覆蓋小的影像，對其進行幾何糾正，再將影像重采樣，并使用ERDAS等軟件對其進行色彩平衡處理，使其更適合土地調查。

2)外業前期準備:收集土地利用變化信息，將土地利用現狀和變化信息與數字正射影像圖套合，壓縮數據并導入到嵌入式設備中。

3)外業數據采集:采集權屬界址點時，對界址點精度要求較高，可以架設基準站，通過控制中心向嵌入式設備發送改正信息，實時差分獲得高精度界址點坐標;也可選擇接收載波相位信號，回到內業進行后差分處理，同樣獲得高精度測量值。在進行地類調查時，可以選擇接收SBAS星基增強系統的差分信號，實時獲得亞米級的精度，這符合土地調查的精度要求，并省去了架設基準站的要求，經濟效益高。

4)建立土地利用數據庫:采集好空間信息之后，現場錄入屬性，經過系統后臺處理、數據格式之間的轉換，更新土地利用數據庫。

四、技術的完善和應用前景展望

1)基于嵌入式系統的多功能DGPS，是3S集成技術運用的典型成功范例，是土地調查中的一項新技術，并且是土地調查技術未來發展的重要趨勢。GPS-PDA的出現就是很好的證明，它可以將高分辨率的數字柵格地圖以及矢量數據疊加，實現圖形顯示，很方便地判讀土地使用變更情況，方便外業調繪工作;它與DGPS技術的結合，實現了邊界的高精度測量，提高了土地調查成果的質量。另外，隨著計算機技術的發展，嵌入式設備存儲容量得到提高，系統運行更加穩定，基于嵌入式系統的多功能DGPS在土地調查中的應用定會越來越廣泛。

2)多功能 DGPS，以嵌入式系統為平臺，以GPRS、網絡通信為支撐，可以提供從十幾厘米、亞米到2～5 m的不同層次精度，能夠滿足不同測量目的的需要。鑒于此，它不僅可以廣泛應用于土地調查，還可以應用到土地執法、礦產資源調查、精細農業、林業、環境監測等各種高精度地理信息空間位置與屬性數據的采集行業。

3)目前，應用于嵌入式系統的軟件功能不夠完善，程序操作較為復雜，進行空間信息采集和屬性信息采集時集成化程度不高，用實時差分進行測量時，軟件也顯得不夠成熟。這些是限制其得以推廣應用在其他領域的重要因素。設計開發一款集成化、自動化程度高、操作簡易、功能完善的嵌入式GIS系統，仍然是今后很長一段時間的研究熱點。

五、結束語

應用基于嵌入式系統的多功能DGPS進行土地調查，能夠滿足亞米級的精度要求，并且可以利用遙感圖像作為背景，直接在外業中進行實地測量調繪，數據可以和土地利用數據庫無縫鏈接，給土地調查工作帶來了很大的方便，提高了工作效率。隨著嵌入式設備的發展和嵌入式GIS的進一步完善，多功能DGPS將滿足各種層次的精度要求，可以應用于各種地理空間信息和屬性信息采集的行業。

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Research on the Application of Multi-function DGPS in Land Survey Based on Embedded System

LIU Qingyuan，WEN Jichao，HUANG Wenjia

0494-0911(2011)03-0038-03

P228.4

B

2010-09-15

劉慶元(1958—)，男，河南滎陽人，教授，主要從事3S集成技術理論與應用，以及移動GIS技術研究。