测亩仪在农田面积测定中的精度研究

石天琪，吴玉德

(延边大学农学院园艺园林系，吉林延吉133000)

测亩仪又名土地面积测量仪、手持式测亩仪等，集成了高精度的GPS定位系统、精确的面积测算方法和智能化掌上电脑系统，能实现不规则面积实时测试、动态图形显示和数据智能化处理和储存［1］，适用于农田、绿地、森林、水域、山坡等面积测量。测亩仪在农业资源调查和监测、林地勘验、造林验收、病虫害评价及林业案件技术鉴定等方面都得到了广泛应用。与传统的罗盘仪测定面积相比，采用测亩仪测量面积省时、省工、省费用。利用测亩仪进行农田面积的量测，成为近年来农业生产经营中农田面积测量的重要手段之一和发展趋势。但是由于一般的测亩仪单点定位的标称精度为7～15 m［2］，此精度并不能满足实际测量要求，用其进行农田面积测量时必然会产生一定的面积误差，因而，只有对其误差进行研究并纠正，才能使其在农业生产中得到真正的应用。

分析现有的测亩仪对农田面积测量方面的研究表明，其研究成果较难或不能直接应用于农业生产。利用差分技术或秩亏自由网平差［3］等方法进行面积误差纠正，虽然精度较高，但需要较为复杂的技术支撑，要求较高，在很多地方都难以实现，后者需要进行皮尺的辅助测量，且需要进行复杂的内业计算，这些方法的可操作性都比较差;其他的一些研究则未能对误差规律进行全面、系统的研究。为此，笔者对测亩仪在农田面积测定中的误差规律性进行初步研究，旨在为今后的生产实践提供参考。

1 研究方法

1.1 实地光电导线测量 选择不同面积、不同地形的A、B、C 3块土地作为面积测量对象，用全站仪(徕卡TS02)和RTK(南方S86)分别对A、B、C 3个地块进行多次测量，对多次测量结果取平均值作为3个地块的面积真值。测得A区面积为1 188.09 m2，B 区面积为 6 673.12 m2，C 区面积为17 540.52 m2。

为了进一步研究测亩仪在农田面积测定中的误差分布规律，另外再选择20个面积不同、形状不同的地块，用相同的方法分别测量计算出面积真值。

1.2 测亩仪测量 用不同型号的测亩仪(南方S760，集思宝350，Garmin eTrex Venture奇遇)在不同时间、不同天气的条件下分别对A、B、C 3个地块的面积进行测量(表1)。用测亩仪分别对20个地块的面积进行多次测量，所得数据与已知面积进行对比，结果见表2。

表1 测亩仪测量区域A、B、C面积结果m2

2 数据处理与误差分析

2.1 误差计算 将用测亩仪测定的A、B、C的面积与已知的面积对照，计算出相对误差，相对误差=(测亩仪测量值－面积真值)/面积真值(表3、4、5)。

2.2 误差分析

2.2.1 数据分析。为了更加直观地表现测亩仪测量面积的相对误差(%)与测量区域面积(m2)大小之间的规律性，将选取的20个地块真实面积与测亩仪的相对误差绘成折线图(图1)。

由表1可知，区域A、B、C面积在不同时间、不同天气下的变化和平均值，天气的不同对测量结果影响均为随机影响。从表3～5可以看出，利用测亩仪测量面积时相对误差在0.2% ～7.5%，基本上在农田面积测量误差允许范围内，将所有观测的数据取平均值后相对误差较稳定，基本满足实际生产中相对误差5%的要求，说明测亩仪测量面积时，需要多次重复测量，才能消除或者降低误差，提高观测的精度，保证面积数据的准确性。从图1可以看出，实际面积与用测亩仪测量的面积的相对误差随着实际测量区域面积的增大而减小，在实测面积小于0.27 hm2时，相对误差较大，多数都在15%以上，当地块面积在0.27～1.00 hm2时误差开始下降，当面积大于1.00 hm2时，误差基本稳定在5%左右，表明在此范围内测亩仪的单次测量结果与实际面积非常接近，基本满足在实际生产中的测量面积的精度要求。

表2 测亩仪对地块面积的测量结果 m2

2.2.2 理论分析。

2.2.2.1 来自卫星的误差。

(1)卫星钟差。在卫星测定与发射定位信息的时候，均要求其时钟与地面时钟同步，它们与理想的GPS时之间存在着难以避免的偏差，约1 ns以内(1 ns=10－6s)。在相对定位中，可以通过观测量差的方法消除［4］。

表3 测亩仪测定区域A面积与面积真值对照m2

表4 测亩仪测定区域B面积与面积真值对照m2

表5 测亩仪测定区域C面积与面积真值对照m2

图1 实际面积和相对误差

(2)卫星轨道偏差。卫星在运行过程中，受到多种摄动力的影响，而这种影响靠在地面的监控是无规律可循的。忽略轨道误差，不考虑卫星轨道实际存在的误差，以导航电文中获得的信息为准，适用于测量精度要求较低的单位。

(3)卫星信号传播的误差。大气折射误差，即信号在传输过程中，受电离层与对流层折射的影响。多路径效应影响，是指地面接收机在收到卫星直接传输信号的同时，还受到经周围建筑物反射后的卫星信号，从而产生的误差。

2.2.2.2 来自测亩仪自身的误差。主要有接收机钟差、天线相位中心误差和载波相位［5］观测的整周不定性影响等。

2.2.2.3 人为因素造成的误差。主要有观测误差、选取路线不恰当造成的误差和测亩仪放置的位置方向不到位等，一系列无规律可寻的随机误差。人为误差可以通过试验前充分的准备和试验中的谨慎操作尽量避免。

3 结论

测亩仪所测得数据相对误差可达到5%，满足农田面积测量的精度要求。建议当测量面积小于0.27 hm2时应进行多次测量，提高数据的准确性;面积接近以及大于0.27 hm2时测量误差较为稳定，可以进行几次或一次测量即可。测亩仪在雨、阴、晴等气候条件下，测量数据受天气的无规律影响，还与地形和设备本身的配置有关。在使用测亩仪测量农田面积的时候，要考虑农田面积的大小和对数据准确度的要求是否适合测亩仪的测量，且考虑到来自卫星的误差，建议选择场地较为开阔天气状况较好的情况下使用。

［1］吴明亮.使用导航定位手持机勘测山林过火面积［J］.刑事技术，2005(2):53.

［2］周科亮，冯仲科，张学培，等.林地面积的手持GPS量测［J］.测绘科学，2003(2):48 －49，62 －71.

［3］罗六伟，康敬国，杜利勤，等.GPS接收机在退耕还林工程实施中的应用［J］.河南林业科技，2005(2):46－54.

［4］郑成才，黄亮，吴建林，等.GPS在森林调查及面积勘测上的应用［J］.武夷科学，2010(00):69－75.

［5］张丽娜，杨志强，欧龙，等.手持式GPS定位误差的研究［J］.工程地球物理学报，2006(6):478－483.