高性能手持GPS接收機(jī)單點(diǎn)定位精度的分析

摘 要：本文使用普通手持GPS與高性能手持GPS在不同地形中同時進(jìn)行單點(diǎn)定位測量。分別分析地形和時間段兩個因素對手持GPS單點(diǎn)定位精度的影響。分析計算兩種手持GPS的單點(diǎn)定位精度，并對精度進(jìn)行評價。

關(guān)鍵詞：高性能手持GPS；單點(diǎn)定位；誤差

中圖分類號：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-01

手持GPS（GPS手持機(jī)），是一種體積小巧、攜帶方便、獨(dú)立使用的全天候?qū)崟r定位導(dǎo)航設(shè)備。普通型手持GPS由于受到衛(wèi)星軌道誤差、接收機(jī)性能等諸多因素的影響，精度較低，觀測條件良好時通過坐標(biāo)改正可達(dá)5～15m。由于普通手持GPS性能局限，使得其在精度要求低林業(yè)中運(yùn)用廣泛，如資源監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)警、規(guī)劃設(shè)計、輔助決策等。

一、數(shù)據(jù)采集

本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集共四天時間，選擇6個不同地形的點(diǎn)進(jìn)行測量，在上午（8：30-10：30）和下午（2：00～4：00）兩個時間段內(nèi)分別使用兩臺儀器對六個點(diǎn)進(jìn)行定位測量，每個點(diǎn)每20秒記錄一次數(shù)據(jù)，連續(xù)記錄20組數(shù)據(jù)，共160組。

使用的儀器：高性能手持GPS天寶GEO XT 2008手持GPS；普通手持GPS則用集思寶G330手持GPS。

二、數(shù)據(jù)的輸入和導(dǎo)出

（1）把天寶GPS通過數(shù)據(jù)線連接上電腦后，在電腦上打開GPS pathfinder office軟件。在功能中選擇數(shù)據(jù)傳輸，添加需輸入的數(shù)據(jù)文件（可多選），點(diǎn)擊確認(rèn)。

（2）天寶GPS還需進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出。在功能中選擇導(dǎo)出，選擇樣本MICROSOFT ACCESS MDB安裝設(shè)置。進(jìn)入屬性界面，在位置篩選中勾選未改正選項(xiàng)，再確認(rèn)導(dǎo)出數(shù)據(jù)，之后可用軟件Microsoft Access打開導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

三、數(shù)據(jù)預(yù)處理

測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，發(fā)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)相差較大，且相差值相近。這是手持GPS的系統(tǒng)性誤差。可通過求取測量值與參考值差值的平均值來計算改正值，以此消除系統(tǒng)偏差。消除系統(tǒng)性誤差后，才可以分析GPS手持機(jī)的隨機(jī)性誤差。當(dāng)隨機(jī)誤差大于儀器標(biāo)準(zhǔn)精度的兩倍則為粗差，應(yīng)予以剔除。

四、精度分析與比較

（一）內(nèi)符合精度分析

內(nèi)符合精度表示手持式GPS接收機(jī)獲得各個試驗(yàn)點(diǎn)多歷元坐標(biāo)值的離散程度，反映接收機(jī)單點(diǎn)定位的穩(wěn)定性，是評價接收機(jī)單點(diǎn)定位的主要精度指標(biāo)。計算方程如下：

式中， ； ； ；n為數(shù)據(jù)量。

本實(shí)驗(yàn)中每個點(diǎn)有160組數(shù)據(jù)（若有剔除點(diǎn)，則根據(jù)剔除后數(shù)據(jù)量計算）。據(jù)分析，集思寶GPS中誤差在x上為1～4米，y上為1～6米；而天寶GPS的中誤差在x、y上只有1～3米。可明顯看出天寶GPS手持機(jī)的中誤差更小，內(nèi)符合精度也就更高。

（二）外符合精度分析

外符合精度表示手持GPS單點(diǎn)定位的各個試驗(yàn)點(diǎn)測量值與參考值（本研究為全站儀測量值）相比較的離散程度，是評價接收機(jī)的外部精度。計算方程如下：

式中， ； ； ；n為數(shù)據(jù)量。

根據(jù)分析，集思寶GPS中誤差在x上只比天寶GPS略微大一點(diǎn)，但在y上則明顯大于天寶GPS。天寶GPS手持機(jī)的外符合精度更高，數(shù)據(jù)可靠性更高。

五、因素影響分析

（一）地形因素影響分析

本次實(shí)驗(yàn)中的地形較為典型，其誤差有明顯的差異。在開闊平地處的測量精度最高，平面點(diǎn)偏移值只有0.653m，而在水岸和建筑物等遮擋物的平面偏移值在1m左右。對于山頂和山腰，附近有植物的復(fù)雜的地形平面偏移值明顯增大。對比不同地形下兩種手持GPS的外符合精度，也可以看出地形對定位精度的影響。不僅如此，普通GPS在本次研究各類地形中的中誤差之間的差值比高性能手持GPS的更大。以開闊平地和山頂點(diǎn)比較來看，普通手持GPS中誤差在x、y上分別相差約1.9米和4米，而高性能手持GPS皆不足1米。因此，地形對普通手持GPS定位誤差影響更大。

（二）時間段因素影響分析

本次實(shí)驗(yàn)中，對每個實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分成上午和下午兩個時間段進(jìn)行測量。以高性能手持GPS數(shù)據(jù)為樣本，將時間段作為控制變量，計算比較平面偏移值，根據(jù)下圖，可以看出在6個樣點(diǎn)測量的兩個大時段中，基本是上午的測量精度比下午的測量精度更高一些，即上午測量更有力于提高測量精度。但上午和下午最大差值只有1.6米（其中還包括其他誤差源因素），說明時間段對手持GPS定位精度的影響并不是很大。

六、結(jié)束語

經(jīng)過以上數(shù)據(jù)分析，主要可以得出以下幾個方面的結(jié)論：

（1）高性能手持GPS的性能更穩(wěn)定、數(shù)據(jù)可靠性更強(qiáng)。在滿足精度要求的前提下，它的使用更靈活，數(shù)據(jù)采集、處理和分析更加智能化。

（2）地形因素會明顯影響手持GPS定位精度，若無法選擇地形，盡量在上午時間段去測量。

（3）高性能手持GPS比普通手持GPS受地形影響程度更小，對地形及環(huán)境的適應(yīng)度更高，測量穩(wěn)定度更高，性能更好。

（4）高性能手持GPS在本次實(shí)驗(yàn)中的誤差大致為1～4米，且在測量環(huán)境良好下誤差能小于1米。在地形條件良好下，高性能手持GPS可用于高精度要求的測量中。并且，高性能手持GPS支持多種方法消除誤差，如差分分析計算，可以得到誤差更小的數(shù)據(jù)。是否可以在精密森林中運(yùn)用，需要更進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅旭，李建雙，趙巖.手持式GPS在遮擋條件下提高定位精度的研究[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007（23）：248-252.

[2]李征航，黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2010.

[3]劉洋，李丙法.GPS單點(diǎn)定位精度分析科學(xué)與財富[J]，2011（11）：1-2.

[作者簡介]陳文玲（1983-），女，黃岡人，教師，講師，碩士研究生，研究方向：大地測量。