手機等普通智能設備進行外業數據采集的精度及前景淺析

熊秋榮

摘要：手機等普通智能設備對于測繪行業外業數據采集者而言已經非常普遍，充分利用這些智能設備輔助進行數據采集具有十分明顯的優勢，本文對利用其進行數據采集時的精度及前景做了有益的探索。

關鍵詞：智能設備;數據采集;精度;前景

數據顯示，截至2019年6月底，地理信息產業從業單位數量超過10.4萬家，產業從業人員數量超過134萬，其中測繪單位從業人員超過48萬人。隨著手機等智能設備的不斷普及，測繪人員基本上是“人手一機”，如果能將測繪從業人員手中的智能設備充分運用起來，比如將手機用于野外數據采集，促進測繪行業的發展。

一、智能設備輔助外業數據采集的發展歷程及利用現狀

1.智能設備輔助外業數據采集的發展歷程

我們知道測繪行業中一直都有使用電子手簿（以下簡稱手簿）等輔助進行外業數據采集的歷史，比如本世紀初，全站儀實現國產后，價格迅速下降，用全站儀進行外業數據采集的方法在測繪行業得到了迅速推廣，由于當時大部分全站儀均存在內存較小、功能較為單一的問題，只能滿足測角、測距、測坐標及施工放樣等基本功能，為滿足數字測圖外業數據采集、數據處理及圖形輸出等的需求，與全站儀配合使用的手簿、掌上電腦等輔助設備也應運而生。而隨著科技的發展，2010年左右GNSS-RTK（以下簡稱RTK）也迅速得到普及，各類手簿逐漸智能化，這種智能化的手簿及后期出現的各類平板更是快速的在行業內得到廣泛應用。近年來手機、平板等設備也越來越智能化，也逐步用于輔助進行各類地理信息的數據采集。

事實上，前幾年在全國進行農村土地確權及全國地理國情普查外業調繪時IPAD等智能設備便廣泛用于外業數據采集，比如很多地區在進行外業調繪時提前將調繪區域的數字正射影像（DOM）導入到IPAD等智能設備，現場對比進行調繪，極大的提升了調繪的效率，為測繪事業做出了巨大貢獻。

2.手機等智能設備輔助外業數據采集利用現狀

近幾年由于科技的發展，智能手機的功能已得到了前所未有的提升，借助與各類功能APP，智能手機基本上可以做到“無所不能“。相比較RTK手簿、IPAD和平板電腦，手機由于尺寸更小、重量更輕、更易于攜帶，因此部分儀器廠家或軟件開發商已經逐步將部分特殊軟件轉移至智能手機上。

比較典型的如美國的Trimble（天寶）公司便將其開發的Trimble Penmap等軟件開放授權至部分普通智能手機上。用普通智能手機和RTK接收機連接進行數據采集和圖形處理的工作。

國內的一些服務商也采用了相同的策略。比如奧維互動地圖便可直接安裝在普通智能手機上，進行一些對定位精度要求不高的數據采集，如污染源調查等。有如南方測繪集團也將其開發的工程之星（當前最新版本為5.0）授權至部分普通智能手機上。換言之，即用普通智能手機取代原來專用的手簿進行數據采集。

這樣做的好處至少有以下幾點：

（1）提高了智能手機的利用效率。

“Less is more”是路德維希·密斯·凡德羅在建筑領域提出的觀點，不過這樣的觀點用于測繪行業也同樣適用。

隨著藍牙和WIFI技術的發展。手簿具有的功能，智能手機也有，而且手機比手簿更輕！于是早期手簿取代了手機的部分功能，而現在反過來了，手機有了取代手簿的趨勢！

（2）節約了企業的成本。

當前一個國產的RTK的手簿價格基本上都在3000元以上，而進口手簿的價格高的甚至接近10000元，其價格相對于大部分智能手機而言已高出不少。如果能廣泛推廣這些授權，對降低測繪企業的運營成本來說是有一定幫助的。

（3）催化智能手機的產業發展。

前已述及，當前普通智能手機已經可以取代RTK的手簿輔助進行數據采集，而對于一些對精度要求不高的測繪，GNSS手持機（以下簡稱手持機）的精度便足以滿足這樣的要求，而通過對比我們知道智能手機、IPAD或平板其他具有定位功能的智能設備與手持機在外觀上目前已經沒有太大的區別，而且這些智能設備都具有定位功能，唯一的弱點就是定位精度比手持機要略低（目前手持機定位精度已經可以達到亞米級，甚至厘米級;而普通智能設備定位精度只能達到米級），于是一個必然的發展趨勢就是二者融合發展：

（1）手持機越來越像智能手機。目前國內外一些廠家生產的GNSS手持機外觀和功能與普通智能設備十分相似便是明證。

（2）2020年6月23日上午，中國北斗三號全球衛星導航系統最后一顆組網衛星成功發射，意味著北斗導航衛星系統全球組網成功！可以預見智能手機的定位精度在北斗三號全球衛星導航系統助力下則會越來越高。

二、手機等智能設備定位精度淺析及輔助數據采集的發展前景

1、手機等智能設備定位精度淺析

經過實測，筆者發現在小米6手機上安裝工程之星5.0 后可以得到單點解，我們知道單點解的精度即為米級。由此大體可以推斷當前大部分智能手機的定位精度都應該在米級。這樣的精度對于一些對精度要求不高的數據采集是足以勝任的，如前所述的污染源調查。而對于1：2000以上的大比例尺地形圖的數據采集則顯得有點無能為力。具體原因何在呢？

研究結果顯示：手機等智能設備的天線增益損失高達11dB;而最低端的測繪級天線損失都不到1dB。這意味著，相對于手持機的行業天線，手機等智能設備的天線只能捕捉到8%的衛星信號強度，因此很難保持對衛星信號的鎖頻。同時，手機等智能設備天線的線性極化特性導致它的抗多路徑效應能力非常弱。所以普通智能手機很難達到手持機那樣厘米級的精度。

2、手機等智能設備輔助數據采集的發展前景

研究顯示，普通智能手機是可以達到厘米級定位精度的，不過大概需要400秒的時間，如果要快速達到厘米級定位，可以采用的方法主要有兩種：一是增加衛星的數量，二是使用雙頻GNSS芯片;前者不易在短期內實現，后者則會提高智能手機的成本。

未來隨著手機天線質量的改善，以及芯片性能的提升，在手機終端實現厘米級定位精度，將不再只是一個夢想，因此也將催生出大量的手機端高精度定位方面的應用，比如大比例尺測圖。

手機等智能設備的潛力還遠沒有被發掘出來，隨著5G網絡的發展，可以預見必然給測繪產業注入新的活力，這些智能設備也必將在基于位置服務的各種應用場景中發揮越來越重要的作用。

參考文獻：

[1]崔健，張再俠，周磊，張子民.基于安卓手機的地理國情普查數據采集方法與應用[J].山東建筑大學學報，2016，31（03）：224-230.