野外地质测量中手持GPS定位的误差分析

2016-08-09唐剑

大科技 2016年12期

关键词：样点定位精度接收机

唐剑

（湖南求实项目管理有限公司湖南永州 425000）

野外地质测量中手持GPS定位的误差分析

唐剑

（湖南求实项目管理有限公司湖南永州 425000）

GPS技术在工程测量应用方面优势明显，手持GPS机小巧方便，在野外地质测量中能够发挥十分重要的作用。对此，本文首先介绍对GPS技术进行了分析，然后结合实例，详细探究了手持GPS在野外地质测量中的应用以及定位误差分析办法。

地质测量；手持GPS；误差

1 引言

手持GPS机具有辅助定点和导航的作用，已经逐渐成为数字地质调查的重要设备。但是，野外地质比较复杂，很多因素会影响手持GPS设备测量精度，因此对定位误差进行分析至关重要。

2 GPS概述

GPS又被称为全球定位系统，具体指的是通过导航卫星，采用全方位导航的方式进行测时和测距。现如今，随着科学技术的不断发展，GPS设备的体积越来越小，而且质量越来越轻，并且逐渐产生了便携式GPS设备，有利于对野外地质进行勘察。在GPS的实际应用中，有很多因素会影响定位精度，包括与GPS卫星相关的因素、与接收机相关的因素以及与传播途径相关的因素等多种类型。

3 试验方案设计

本文研究所用手持GPS设备为GPS315型手持式仪器，该仪器的经纬度可以精确到秒级。在野外地质勘察中，很多因素会影响测量精度，因此，可以适当增加若干样点坐标，从而减少GPS误差，并且将所有的样点坐标标注在地形图上，对于所测得到的数据，应该带回室内，对每个样点的坐标、高程等特征进行详细的描述和分析。不同的样点所在环境是不同的，比如有些样点的植被情况较好，对此，可以采用计算机辅助地质调查系统对各个样点的而距离误差和方位角误差进行详细计算分析，并且得出各个样点所在地形、高程等因素对于定位误差的影响程度。

在本次研究中，对于GPS定位误差的试验流程如下，首先获取试验数据，并且对试验数据进行传输，然后对数据进行统计比较，分析差异的产生原因，最后校正模型。根据研究分析，手持GPS测量样点的误差主要来源于三个方面，分别是地形图误差、野外定点误差以及室内转标误差。由于本文使用地形图为大比例尺地形图，因此，只需要考虑野外定点误差。

4 数据分析

根据上文所述试验办法，本文对某山多个样点进行比较分析，首先结合实际情况，确定100个样点，然后采用手持GPS进行定位测量，然后再对定位误差进行分析研究，试验结果如表1所示。

表1 地形因素下的偏差平均值

将试验区的样本与手图实际值进行比较分析，可以在极坐标系中标注出手持GPS定点与实际点之间的散点图。然后，对散点图进行研究分析，通过研究发现，GPS定点的漂移并非杂乱无章，70%以上的漂移误差几种在80m以内，可以将这种误差分布规律作为是影响GPS定位精度的一个重要因素。

在实际测量过程中，地形因素会导致信号的传播过程呈多路径特征。接收机在信号接收过程中，可能会受到周围环境的影响，因此接收机所接收到的信号不仅包括卫星信号，而且还可能包含有其他折射信号，这就会导致接收机很难准确捕捉到卫星信号，从而导致手持GPS定位精度较低。通常情况下，在野外地质勘察中使用GPS设备，接收机往往只能够接收到2～4颗卫星信号，因此定位精度较低，而手持GPS接收机的定位精度在20～30m之间，所以会产生一定的误差。另外，在地形因素方面，水也会对精度控制产生较大影响。水对于电磁波具有很强的反射能力，因此，在野外地质勘察中，如果环境中有水，则也会在很大程度上降低GPS定位精度。

对于地形因素所产生的误差，可以根据测量数据的离散程度来描述定位误差，具体可以采用AVEDEV函数进行计算：

式中:x指的是数据平均值；而n指的是样本数。

通过表1，能够反映出在地形因素的影响下，GPS定位偏差的平均值大小，如果偏差平均值比较大，则说明数据混乱程度较高，同时也反映出GPS定位误差较大。

通过上述分析得出，将手持GPS应用于野外地质勘察中，在山顶、山腰、地质平坦等地形条件下，GPS定位误差较小；然而在山崖或者沟谷等地形条件下，手持GPS定位误差比较大。

另外，测量高程和时间对于定位误差的影响较小，在地表范围内，高程几乎不会对GPS定位精度造成不良影响。由于手持GPS设备的高程定位能力较差，因此，如果接收机能够接收到4颗或者4颗以上的卫星，则能够计算出三维坐标，但是，如果接收机只能够接收到3颗卫星，则只能够计算出二维坐标，而且精度较差。因此，在野外地质勘察中，如果需要定点勘察，则不建议使用手持GPS设备。

5 试验小结

根据上文分析，在野外地质勘察中，GPS设备虽然具有便于携带、定位速度快等应用优势，但是勘察精度较低，而且很容易受到环境因素的影响。在各种环境因素中，地形因素对于定位误差的影响是最大的。另外，手持GPS本身的定位精度也是影响定位误差的关键。

与此同时，通过计算机辅助填图（GeoSurvey）系统，能够利用投影转换这一功能将手持GPS测量所得经纬度坐标投影至地图平面中，这一有利于提高定位精度。但是，如果不通过做标准换，就直接输入数据，则测量误差也不会很大，误差一般在3m以内。

在卫星的运转过程中，会不断的输出信号，而当接收机接收到信号后，其也会不断进行运算，因此，如果只是将手持GPS设备防止在空旷的地标定点，其坐标数据也会随时发生变化，而且经过观察分析，定点高程的波动范围大于经纬度波动范围。因此，在手持GPS设备的实际应用中，GPS设备开机后，应该手持GPS设备并保持几分钟，然后再进行读数。