手持GPS在驗收水土保持梯田項目中的應用

摘 要：面積驗收是水土保持梯田項目驗收中一項最為關鍵的環節之一，也是驗收項目工程量是否合格的重要依據。目前，梯田面積測量的方法和議器較多，相關規范標準對測算的方法也沒有統一的規定。本文采用查閱文獻、調查訪問、設樣地調查等方法，對手持GPS在測量驗收梯田面積方面的應運進行了研究。結果發現手持GPS因其體積小、攜帶方便、測量時間短、工作效率高等特點，受到了很多基層水土保持工作者的歡迎。但在測量時一定要考慮外部環境條件、面積大小、測量方法、儀器種類等，以提高面積測量的精確度。

關鍵詞：手持GPS；驗收；梯田；應用

1 手持GPS測算面積的原理

GPS（GlobalPositionSystem）全球定位系統是美國國防部開發的具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的衛星系統，衛星不斷地發射自身的星歷參數和時間信息，GPS信號接收機接收到信號后，根據三角公式計算可以得到接收機的位置，三顆衛星可進行2D定位（經度、緯度），四顆衛星則可進行3D定位（經度、緯度及高度）。GPS給測繪界提供了一種新的測量方式。GPS每秒更新一次坐標信息，所以可以記載自己的運動軌跡。定時采樣可以規定采樣時間間隔，比如 1秒，每隔間隔時間記一個足跡點。它會把足跡線轉化為一條 “路線”，路線是GPS 內存中存儲的一組數據，包括一個起點和一個終點的坐標，還可以包括若干中間點的坐標，路點的選擇是由GPS內部程序完成的，一般選用足跡線上大的轉折點，通過GPS的定位數據可以對不規則地形進行定位測量。

2 手持GPS測算面積的方法

手持GPS主要提供了兩種測量面積的方式：航跡法與航線法。

2.1 航跡法

在測量面積的起始點定點，在主菜單界面，選擇“航跡”，在 “記錄航跡”后面選擇“關閉”，然后再選擇“打開”，繞著要測量地區的邊緣走一圈以后，保存一個終止點，再在 “航跡”頁面的“記錄航跡”選項選擇“關閉”。然后選擇“保存”，把這條行走的軌跡保存下來。保存的時候要選擇起始點，然后再選擇終點，這樣就可以在這條航跡的信息里面讀出這塊區域的面積。

2.2 航線法

在“主菜單”的“航線”選項里面，新建一條“航線”的名字。然后在所要測量地物的邊緣的一些拐點處停下來，按“存點”快捷鍵，接著按“菜單”鍵，選擇“加入航線”，然后再選擇剛剛新建的這條航線的名稱，最后按“輸入”鍵即可。打開“主菜單”，選擇 “航線”，找到剛才新建的這條航線，按 “菜單”鍵，選擇“計算面積”，即可得知所測地物的面積（接著按“輸入”鍵即可更改面積的單位）。

3 選用的儀器

現在市場上GPS產品的種類很多。本次我們選用的儀器分別為北京合眾思壯科技有限責任公司生產的GPS72和集思寶。

4 應用的對象

2011年4月2日，同心縣水務局與農業綜合開發辦公室組成聯合驗收小組，在同心縣下馬鎮對陜甘寧地區水土流失綜合治理項目同心縣陡溝區王古窯片區進行了自驗。此次驗收中，我們首次采用手持GPS對項目建設梯田面積進行量算。

該項目區位于同心縣東部下馬關鎮境內，屬苦水河流域。項目區總面積155.11km2，水土流失面積122.17 km2，人口1.71萬人。項目區劃分為王古窯、申家灘、池家峁3個片區。建設期3年，2010年為項目實施第一年。主完成建設內容為：新修水平梯田8750畝，營造地埂林875畝，修建蓄水池1座，配套田間道路30.63公里。水平梯田地塊根據實際地形共劃分為14個，其中最小的一塊面積為57畝，最大的一塊面積為2271畝。

為了驗證手持GPS適用對象及精度，我們選擇大小不等的多個地塊用GPS和全站儀分別測算，得到的結果是：當測量的面積較小時，手持GPS測量的結果與全站儀相差較大，特別是當面積小于1畝時，手持GPS甚至測不出面積。當面積逐漸增大時，手持GPS的相對誤差越來越小，當測量面積達到0.7hm2（約10畝）以上時，相對誤差即可達到面積測量控制的誤差限度內，即相對誤差小于1/200（0.5%）。根據手持GPS測量原理，及對所測結果進行分析，當面積較小時，手持GPS受衛星信號的影響，測量誤較大，精度不高。隨著測量面積的增大，此影響越來越小，因而測量結果較準確。因此，當地塊面積較大時，可以采用手持GPS測量，當地塊面積較小時，可以考慮采用其他方法進行測量。

5 數據采集與結果分析

手持GPS提供了兩種測量面積的方式：航跡法與航線法。對于不規則的待測區域，可以使用航跡測面積；對于較規則的待測區域，可以使用航線測面積。如果已知了某個待測區域的邊界點的坐標（或到實地測量），就可以通過航線測面積的方法，將邊界點所圍的面積計算出來。航跡測面積的方法更適合用于測量較大區域的面積，對于較小的區域建議使用航線測面積的方法來測量。

從理論上講，測算坡改梯地塊這樣的不規則形狀的地物，采用手持GPS航跡法比航線法會更加準確和接近實際。當然也要根據現場的情況來決定，如果現場邊界為規則形狀，也可以使用航線法來進行測量。甚至可采用幾何的方法來測算面積。總之，以提高測算精度為前提。

采用航跡法測量時，行走的速度應保持勻速，切忌忽快忽慢，否則會影響測量結果的準確性。在行走過程中，遇到拐彎處，可多停留一段時間，待坐標位置顯示末位數停止變動后，才能確定點位，再繼續行走，直到回到出發點。

另外，對不規則形狀的邊界，如果采用航線法測量面積時，邊界上所選的點越多測量結果越精確。邊界上所取的點越多，越接近實際形狀，所測量的面積結果越精確。采用航線法測量時，每個點的坐標獲取盡量采用取平均值的方法，而且停留的時間越長測量結果越精確。

手持GPS現場數據采集好后，通過數據線與電腦聯接，就可將數據導入MapSource地圖數據處理軟件，從而實現在電腦上瀏覽數據及編輯數據，還可生成圖形，通過該軟件轉換成*.dxf格式，在Autocad軟件中進行編輯及輸出。

6 主要特點

手持GPS因其體積小、定位快、好操作、價格便宜、攜帶方便、精度亦能達到一定要求，而且有測量時間短、工作效率高等特點，受到了很多基層水土保持工作者的歡迎。

7 注意事項

（1）手持GPS測量受衛星星歷、傳播途徑和接收機誤差的影響，故在小面積測量中手持GPS誤差偏大，但隨著面積的增大，絕對誤差基本不變，相對誤差減小。從理論上講，使用GPS可避免很多人為誤差。

（2）由于目前市場上不同型號、不同精度的GPS所測結果差異較大，因此在選擇機型時，一定要購買精度較高、對衛星信號接收能力強、測算較為準確的儀器，保證測量結果的可靠性和準確性，以便為驗收提供科學、準確依據。

（3）手持GPS進行梯田面積測量時，規則形狀采用航線法較好，不規則形狀采用航跡法較好。采用航跡法測量時，行走的速度應保持勻速，不宜較快或忽快忽慢。對不規則形狀的梯田地塊如果采用航線法進行測量，在所測地塊邊界上選的點越多測量結果越精確，同時每個點上接收信號的時間越長越精確（獲取平均坐標），定位時長應在4～5rain才能保證有穩定的觀測效果。

（4）通過實測并參考相關文獻的研究結果，通常情況下測量面積在0.7hm2以上時，測量2～3次，取其平均值，就能夠滿足測量的精度要求。測量面積在0.7hm2以下時，采用羅盤儀導線測量法較好，如果選用精度較高的GPS，可多測量幾次，取其平均值，以更好地滿足測量的精度。

作者簡介

馬全文，水利助理工程師。