全球定位系统在GIS数据采集中的应用分析

刘长新 张广华

摘 要：全球定位系统是利用接收到的卫星信号可以确定目标点的精确位置，而这种技术在GIS数据采集过程中具有非常明显的优势，GIS是可以对地理信息进行采集、存储、和描述。本文基于GIS数据采集，在指出传统的信息采集方式缺陷的基础上，介绍了GPS定位原理及应用方法。

关键词：全球定位系统 数据采集 GIS GPS

中图分类号：P288.4 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2020）10-000-02

引言

地理空间数据是GIS的重要内容，而数据采集是建立系统的一项最基础性的工作，而且工作量大。然而，在全球定位系统技术应用到GIS系统中之后，不仅减轻在数据采集的工作量，而且提升了定位精度。

一、相关概念及GPS定位原理

1.相关概念

1.1全球定位系统的概念

全球定位系统的简称为GPS，从它的总体构成来看，这一系统主要由三个子系统所组成，一是由24颗卫星组成卫星星座系统，每个轨道分布了4颗卫星，这种的空间分布之后，观察卫星运转情况就不受时间、地点限制，而且可以在全球范围内进行24小时的定位;二是地面监控系统，这一系统的主要功能是观察和监控24颗卫星的运行以及相关运行设备的情况，如果发现设备故障或者卫星偏离了预定轨道，那么这一系统就会发出预警信号;三是用户系统，这一系统的功能主要是对采集数据的处理，它是由数据处理的软件、硬件等部分组成。

1.2GIS的概念

GIS指的是地理信息数据采集系统，当然，这一系统的功能除了数据采集以外，还具有数据存储、分析的功能。GIS数据获取的地理信息非常准确、全面，除了获取空间位置信息以外，还可以获取地理目标的类别、高度、植被覆盖等综合信息，因此，可以广泛应用于城市交通规划、国土资源监测、灾害检测等多个领域。

2.全球定位系统采集GIS数据的原理

全球定位系统的应用，大大减轻人传统的数据采集方面的工作量，而且数据更为全面准确。GIS数据是对现实地理信息的综合体现，因此，全球定位系统的应用中，首先是采集地面地理信息，然后將这一信息输入到GIS数据库。因此，数据采集是整个GIS的基础环节，当然，传统以来来所采用的野外采集、航测、扫描采集方式都存在不准确的现象，而应用全球定位系统则能较好地解决这一问题，因为全球定位系统可以采集到地面信息的属性数据，比如道路的长度、宽度、等级各方面的信息。全球定位系统这一功能的实现，是因为这一系统配有电子手簿，可以对任何采集到的信息进行的特征和属性项的输入，而数据采集之后，只需应用相关对数据进行后续处理，就可以得到用户所需要的信息。

二、传统的GIS数据采集方式及其缺陷

在全球定位系统的应用之前，在GIS数据采集方面大多采用野外采集、航测、扫描采集方式，而这种方式不仅工作量大、同期长，而且采集的数据不够精准。

1.利用现有地图资料

在GIS数据采集方面，如果是将现有地图资料录入到系统之中，那么通常会采用两种方式，一是手扶跟踪矢量化，也就是将现有地图资料扫描到系统中，然后形成栅格化矢量图，但是这种方式需要手扶跟踪各个要素，如果操作人员稍有疏忽，就会形成数据的混乱;二是自动扫描矢量化，也就是将现有的图幅扫描到系统中，然后建立矢量图，但这种方式的成本投入较大，对硬件设施的要求高。

2.利用图像资料

在利用图像资料的过程中，需要采用高质量、高科技含量的硬件设备，也就是说，采用数字摄影测量仪器采集航摄像片或卫星影像，虽然这种方式的精度相对较高，但运行成本过大。

3.实地测量

所谓实地测量，指的是在野外建立测量站，采用GPS技术、电子全站仪设备建立精度高的地形测图，这种方式虽然生成数字地图精度高，但依然存在速度慢、工作量大的缺陷。

三、全球定位系统在GIS数据采集中的应用

由于全球定位系统在GIS数据采集中的应用时间不长，应用经验不足，在关键技术方面面还存在一定的技术短板。本文综合运用最新理论研究成果以及实践应用经验，对全球定位系统在GIS数据采集中的应用分析如下。

1.数据采集的实施

1.1作业方式的选取。随着全球定位系统应用技术的不断升级，虽然在定位方面的作业方式的选取方式存在静态、动态化的多种方法，但本文仅选取认为动态差分后处理方式进行分析，在具体操作中，首先选取两台性能相同的设备，分别安置在基线的两个端点，然后将其中的一台设备作为基准站，另一台设备作为流动站，当然，开电脑PC机的菜单设置时，需要分别定义流动站和基准站的名称，在具体操作时，还需要设置采样率和卫星截止角，以提高作业效率。

1.2基准站的设置。将位于基准站点的GPS接收仪与天线连接起来，然后将其安放到高处，之后就开始接收记录卫星数据。当然，GPS接收仪安放点的坐标要事先计算设置，否则难于准确定位。一般来说，GIS数据通常需要设置多个基准站，每一个基站的坐标确定以后，对各个采集点的定位仪命名，以方便数据查找。

1.3移动站属性的编制与设置。将需要定位的地理信息输入到GPS数据库，系统会根据地理位置的属性信息进行编制，属性库编制之后，系统按地类代码分层。然后进行移动站的设置，在操作中，只需把基准站的GPS接收机打开，就可以看到设置菜单，在设定的菜单里选择相应的程序即可。

1.4数据采集的实施。在前期准备工作完成之后，然后定位操作人员手持GPS接收仪走出户外，操作人员的行走路线可以根据数据采集的需要而定，同时，为有效接收信息，还可以将外置天线固定在遮阳帽上。操作人员在规定的范围行走一圈之后，便完成了一个封闭完整的曲线的采集，这时，操作人员在记录好相应端点数据并写上连接的顺序。

2.GPS内业坐标转换

GPS定位仪自带数据处理软件，同时，在数据处理中还需要采用相应的坐标转换软件，这是数据处理必备的两个软件。在具体的操作过程中，首先是做差分处理，而差分处理需要运用基准站和移动站所采集的数据，相关数据发送到计算机PC端以后再基准站坐标输送到电脑，在系统对数据进行处理之后，会自动生成处理文件，当然，数据处理文件格式需要操作人员事先设置。具体流程如下.

2.1坐标转换

不同的地理位置，通常要以坐标系的形式体现出来，目前，坐标系的表达方式有多种，比如直角坐标系、空间大地坐标系、WGS-84世界大地坐标系、国家大地坐标系等。因此，基于不同的全球定位系统所采集的数据库信息，在数据处理时就需要进行转换。

2.2坐标系统的转换

由于全球定位系统采用了WGS-84世界大地坐标系，这一系统的数据与GIS数据库就存不匹配的问题，因此需要将WGS-84世界大地坐标系进行转换，使之与GIS数据库一致。目前，北京54坐标系是我国定位系统常用的坐标体系，因此，在数据处理过程中，还需要将WGS-84世界大地坐标系进行转换，使之与北京54坐标系相对应。另外，在坐标转换的同时，还要进行投影变换，这样才能得到完整的、符合数据库要求的坐标位置形式。

2.3数据采集后的处理

对于通过各种方式采集到的地理信息数据，在完成数据采集工作之后，都需要进行数据采集后的处理，然后输出各种格式的数据。在此过程中，数据都是通过相应的软件进行处理，因此，选择何种软件就显得非常关键，合格的軟件系统必须符合以下要求：一是能够对各种格式的进行输入输出处理，二是采用集成式系统架构，方便用户操作，三是具有导航或跟踪功能，提升数据采集速度。

3.GPS数据处理

地理数据信息采集之后，除了要对其进行坐标系转换以及软件选择之外，观测数据的预处理、平差计算，也是GPS数据处理重要环节。

3.1观测数据的预处理。观测数据的预处理，指的是对数据进行编辑、加工，并按不同的格式进行归类，只有对数据预算理科学合理，下一步的平差计算结果才更为精准。通常情况下，观测数据的预处理的方法大多要通常建立数学模型，然后采用评价数据质量的标准进行分析，在此基础上，对信息数据进行传输和分流，当然，这种预处理后的数据只是数据的加工，为了统一不同来源卫星轨道信息的表达方式一船须采用多项式拟合法，使观测时段的卫星轨道标准化。

3.2平差计算。平差计算的主要内容包括三个方面：一是同步观测的基线向量平差，即同一基线边、多历元同步观测值的平差计算;二是GPS网平差，利用上述基线边的平差结果，作为相关观测量，进行网的整体平差;三是坐标系统的转换或与地面网的联合平差，GPS网在WGS-84坐标系统中的平差结果，尚需按用户的要求进行坐标系统的转换，因此需要进行两网的联合平差。

结语

GIS数据采集是GIS系统的一项最基础性的工作，长期以来，GIS数据采集方面大多采用野外采集、航测、扫描采集方式，而这种方式不仅工作量大、同期长，而且采集的数据不够精准，全球定位系统的应用，大大减轻人传统的数据采集方面的工作量，而且数据更为全面准确。全球定位系统在GIS数据采集中的应用主要表现在全球定位系统在数据采集的实施、GPS内业坐标转换、GPS内业数据处理三个方面。

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作者简介：刘长新（1983.2—），男，汉族，吉林德惠人，本科，工程师，研究方向：地图制图。