野外地質測量中手持GPS定位的誤差分析

唐劍

（湖南求實項目管理有限公司 湖南永州 425000）

野外地質測量中手持GPS定位的誤差分析

唐劍

（湖南求實項目管理有限公司 湖南永州 425000）

GPS技術在工程測量應用方面優勢明顯，手持GPS機小巧方便，在野外地質測量中能夠發揮十分重要的作用。對此，本文首先介紹對GPS技術進行了分析，然后結合實例，詳細探究了手持GPS在野外地質測量中的應用以及定位誤差分析辦法。

地質測量；手持GPS；誤差

1 引言

手持GPS機具有輔助定點和導航的作用，已經逐漸成為數字地質調查的重要設備。但是，野外地質比較復雜，很多因素會影響手持GPS設備測量精度，因此對定位誤差進行分析至關重要。

2 GPS概述

GPS又被稱為全球定位系統，具體指的是通過導航衛星，采用全方位導航的方式進行測時和測距。現如今，隨著科學技術的不斷發展，GPS設備的體積越來越小，而且質量越來越輕，并且逐漸產生了便攜式GPS設備，有利于對野外地質進行勘察。在GPS的實際應用中，有很多因素會影響定位精度，包括與GPS衛星相關的因素、與接收機相關的因素以及與傳播途徑相關的因素等多種類型。

3 試驗方案設計

本文研究所用手持GPS設備為GPS315型手持式儀器，該儀器的經緯度可以精確到秒級。在野外地質勘察中，很多因素會影響測量精度，因此，可以適當增加若干樣點坐標，從而減少GPS誤差，并且將所有的樣點坐標標注在地形圖上，對于所測得到的數據，應該帶回室內，對每個樣點的坐標、高程等特征進行詳細的描述和分析。不同的樣點所在環境是不同的，比如有些樣點的植被情況較好，對此，可以采用計算機輔助地質調查系統對各個樣點的而距離誤差和方位角誤差進行詳細計算分析，并且得出各個樣點所在地形、高程等因素對于定位誤差的影響程度。

在本次研究中，對于GPS定位誤差的試驗流程如下，首先獲取試驗數據，并且對試驗數據進行傳輸，然后對數據進行統計比較，分析差異的產生原因，最后校正模型。根據研究分析，手持GPS測量樣點的誤差主要來源于三個方面，分別是地形圖誤差、野外定點誤差以及室內轉標誤差。由于本文使用地形圖為大比例尺地形圖，因此，只需要考慮野外定點誤差。

4 數據分析

根據上文所述試驗辦法，本文對某山多個樣點進行比較分析，首先結合實際情況，確定100個樣點，然后采用手持GPS進行定位測量，然后再對定位誤差進行分析研究，試驗結果如表1所示。

表1 地形因素下的偏差平均值

將試驗區的樣本與手圖實際值進行比較分析，可以在極坐標系中標注出手持GPS定點與實際點之間的散點圖。然后，對散點圖進行研究分析，通過研究發現，GPS定點的漂移并非雜亂無章，70%以上的漂移誤差幾種在80m以內，可以將這種誤差分布規律作為是影響GPS定位精度的一個重要因素。

在實際測量過程中，地形因素會導致信號的傳播過程呈多路徑特征。接收機在信號接收過程中，可能會受到周圍環境的影響，因此接收機所接收到的信號不僅包括衛星信號，而且還可能包含有其他折射信號，這就會導致接收機很難準確捕捉到衛星信號，從而導致手持GPS定位精度較低。通常情況下，在野外地質勘察中使用GPS設備，接收機往往只能夠接收到2～4顆衛星信號，因此定位精度較低，而手持GPS接收機的定位精度在20～30m之間，所以會產生一定的誤差。另外，在地形因素方面，水也會對精度控制產生較大影響。水對于電磁波具有很強的反射能力，因此，在野外地質勘察中，如果環境中有水，則也會在很大程度上降低GPS定位精度。

對于地形因素所產生的誤差，可以根據測量數據的離散程度來描述定位誤差，具體可以采用AVEDEV函數進行計算：

式中:x指的是數據平均值；而n指的是樣本數。

通過表1，能夠反映出在地形因素的影響下，GPS定位偏差的平均值大小，如果偏差平均值比較大，則說明數據混亂程度較高，同時也反映出GPS定位誤差較大。

通過上述分析得出，將手持GPS應用于野外地質勘察中，在山頂、山腰、地質平坦等地形條件下，GPS定位誤差較小；然而在山崖或者溝谷等地形條件下，手持GPS定位誤差比較大。

另外，測量高程和時間對于定位誤差的影響較小，在地表范圍內，高程幾乎不會對GPS定位精度造成不良影響。由于手持GPS設備的高程定位能力較差，因此，如果接收機能夠接收到4顆或者4顆以上的衛星，則能夠計算出三維坐標，但是，如果接收機只能夠接收到3顆衛星，則只能夠計算出二維坐標，而且精度較差。因此，在野外地質勘察中，如果需要定點勘察，則不建議使用手持GPS設備。

5 試驗小結

根據上文分析，在野外地質勘察中，GPS設備雖然具有便于攜帶、定位速度快等應用優勢，但是勘察精度較低，而且很容易受到環境因素的影響。在各種環境因素中，地形因素對于定位誤差的影響是最大的。另外，手持GPS本身的定位精度也是影響定位誤差的關鍵。

與此同時，通過計算機輔助填圖（GeoSurvey）系統，能夠利用投影轉換這一功能將手持GPS測量所得經緯度坐標投影至地圖平面中，這一有利于提高定位精度。但是，如果不通過做標準換，就直接輸入數據，則測量誤差也不會很大，誤差一般在3m以內。

在衛星的運轉過程中，會不斷的輸出信號，而當接收機接收到信號后，其也會不斷進行運算，因此，如果只是將手持GPS設備防止在空曠的地標定點，其坐標數據也會隨時發生變化，而且經過觀察分析，定點高程的波動范圍大于經緯度波動范圍。因此，在手持GPS設備的實際應用中，GPS設備開機后，應該手持GPS設備并保持幾分鐘，然后再進行讀數。

6 誤差修正方案探討

通過上文對試驗區數據進行的研究分析，可以對數據進行簡單休整，根據誤差類型的不同，修正方案：對二維坐標系進行坐標評議，然后重新設定遠點，根據一定半徑的圓內落入的點數目最多的原則進行修正。通過實際研究，在選定好新的遠點后，還需要對GPS定點向50°方向偏移36m對誤差進行修正，修正后的數據如表2所示。

表2 原始距離誤差與修正后的距離誤差對照表

7 結語

綜上所述，本文主要根據某試驗區，對手持GPS在野外地質勘察中的應用進行了詳細探究。根據野外勘察結果分析，手持GPS具有便于攜帶且定位速度較快的應用優勢，但是其精度較低，而且地形因素對精度的影響最大。

[1]唐興國.野外地質測量中GPS定位的誤差及修正方法[J].中國新技術新產品，2011（03）：10～11.

[2]嚴 惠.手持GPS定位在野外測量中的誤差分析[J].信息化建設，2016（02）：56～57.

[3]張錫昌.野外地質測量中GPS定位的誤差分析[J].青年時代，2014（09）：54.

P228.4

A

1004-7344（2016）12-0177-02

2016-3-18

唐劍（1979-），男，助理工程師，大專，主要從事工程測量工作。