手持GPS单点定位精度分析*

手持GPS体积小、测量速度快、质量比较轻，携带也非常方便，在测绘专业的应用十分普遍，对测绘工作产生了较为深刻的影响，一定程度上改变了测绘工作者的作业方式，满足了测绘作业的要求。但由于其精度的原因，手持GPS的适用范围具有一定的局限性[1]。一些学者也对手持GPS的精度进行了研究。刘述敏等人对手持式GPS性能进行了系统测试，并介绍了坐标系转换过程中内置参数的求解方法。通过系统参数校正，能使其定位精度大于其标称(10～15 m)值，可以满足中小比例尺物化探测网布设的技术要求[2]。袁江红通过平均值差分能够在实验条件有限的情况下，得到较稳定的精度[3-4]。刘琴针对GPS定位数据中存在着影响定位精度的随机误差，对接收机的位置误差建立了线性卡尔曼滤波模型，并利用观测数据对GPS定位数据的白赛尔卡尔曼滤波算法进行了仿真，仿真结果表明滤波后定位精度得到了提高。为扩大手持GPS的应用范围，发挥其应有的作用，同时消除因椭球参数的不同而产生的定位误差，必须对其各种参数进行重新调整[5-7]。因此本文通过在三参数改正、四参数与高程拟合参数改正、四参数与三参数同时改正的三种情况下进行实验，对手持GPS单点定位精度进行分析[8-9]，从而找到提高手持GPS单点定位精度的方法，为手持GPS更好地应用奠定基础。

1 基本原理

1.1 三参数

一般型号的导航型手持GPS自定义坐标系统User投影参数设置界面都提供了五个变量(ΔX、ΔY、ΔZ、ΔA、ΔF)需要设置，而实际工作中，后两个参数(ΔA、ΔF)针对某一坐标系统来说为固定参数(北京54坐标系ΔA=-108、ΔF=0.000 000 5，西安80ΔA=-3、ΔF=0)，无需改动，需要自己测算的参数主要为前三个ΔX、ΔY、ΔZ，一般称为三参数[10]。

1.2 平面坐标转换四参数

同一平面内两直角坐标系的转换需要四个参数(两个平移参数Δx，Δy，一个旋转参数θ，一个尺度变化参数k)，模型如下[11]：

 

(1)

1.3 GPS高程拟合参数

GPS高程测量是利用全球定位系统(GPS)测量技术直接测定地面点的大地高然后间接确定地面点的正常高的方法。GPS提供的高程属于大地高，而我们要得到水准高。由于两个高程所采用的基准面之间存在着高程异常，可由式(2)求出这点的高程异常值ζ，而此时需要用到高程拟合参数[12-13]。

Hr=H-ζ

(2)

为了探讨不同校正参数下手持GPS单点定位的精度，特设以下几种不同的方案[15-16]：无参数改正；三参数改正；四参数与高程拟合参数改正；四参数与三参数同时改正。以控制点为基础，采集控制点的坐标得到手持GPS接收机的校正参数，在不同的校正参数下测得其他控制点的坐标，并与这些坐标点的真实坐标相比较，从而得到不同校正参数下坐标测量的精度，以此确定手持GPS的适用范围和精度。

已知某些点的高程异常值和坐标位置的基础上，通过最小二乘原理拟合出测区的似大地水准面，用内插法在似大地水准面上求出其他点的高程异常，从而获得各未知点的正常高[14]。

2 研究方案与方法

式中，Hr为正常高，H为大地高，ζ为高程异常。

3 实验分析

3.1 实验方案设计

由表8可知随着染色温度的增加，棉条表观深度K/S值提高，但温度超过70℃以后，K/S值减小。这是由于温度升高，染料加速扩散，上染速率提高，同时染料水解速率提高，但在一定的温度范围内，温度提高，染料上染速率大于水解速率，但是当超过合适温度时，染料的水解速率大于上染速率，所以上染率降低，棉条得色浅，因此选择染色温度70℃为宜。

  

图1 南方S720型手持GPS

(1)无参数改正

  

图2 点位分布图

选取外围的三个点作为基准点，解算出不同的改正参数。在不同的改正参数情况下对其余已知点进行坐标采集，将采集到的坐标和真实坐标比较，得到不同改正参数下手持GPS测量的精度。

3.2 数据处理

当野外数据采集完成之后通过软件Microsoft ActiveSync将数据下载至计算机中进行数据处理，将各种方案得到的坐标和真实坐标相比较从而得到相关结论。

(3)四参数与高程拟合参数改正

通过采集实测数据对实验方案进行验证分析，点位分布如图2所示。

无参数改正下采集的坐标与真实坐标之差如表1所示。

 

表1 坐标差值

  

点号ΔX/mΔY/mΔH/mΔS/mA1-3.973118.3057.088118.372A2-3.393117.5407.629117.589B3-2.592118.80011.478118.828A12-2.572117.79411.063117.822A14-2.611118.4378.621118.466B15-1.257118.26312.331118.269

三参数改正下采集的坐标与真实坐标之差如表2所示。

再有人找老崔，老崔就说，我反正不行了，我只能做缩头乌龟了。业主生气说，既然物业都撒手不管，我们也乱来了。说着就真的乱来了，也不管地上有没有固定的车牌号码，看见空当就停，先来先抢。也有人干脆将原先地上写着的别人的车牌号，改成了自己的车牌号。再有业主以购房合同相威胁，老崔就说，我不客气了，我要以牙还牙了，你们不是拿购房合同说事吗，我们也拿购房合同说事，反正购房合同上没有写保证停车的条款，你们告不倒我。

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(2)三参数改正

由表1可知：无参数改正下ΔX在(-4 m，-1 m)之间，ΔY在(117 m，119 m)之间，ΔH在(7 m，13 m)之间。平面点位误差ΔS在118m左右，误差较大，一般不建议采用该方法。

 

表2 坐标差值

  

点号ΔX/mΔY/mΔH/mΔS/mA14.974-2.822-9.1365.719A2-4.5793.160-8.2835.563B33.663-1.251-10.5093.870A12-4.880-3.000-6.4375.729A14-1.8161.042-10.9912.093B15-2.976-4.259-7.8335.196

由表2可知三参数改正下ΔX在(-5 m，5 m)之间，ΔY在(-5 m，4 m)之间，ΔH在(-11 m，-6 m)之间，平面点位误差ΔS基本在5 m左右。

本次实验使用的仪器是南方S720型手持GPS，如图1所示。

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四参数与高程拟合参数改正下采集的坐标与真实坐标之差如表3所示。

 

表3 坐标差值

  

点号ΔX/mΔY/mΔH/mΔS/mA14.464-2.5164.9205.124A23.917-3.356-2.9775.158B3-2.5662.2592.9753.419A12-3.7293.8947.3695.392A14-1.807-1.2834.7522.216B15-3.8771.904-4.3304.319

由表3可知四参数与高程拟合参数改正下ΔX在(-4 m，5 m)之间，ΔY在(-4 m，4 m)之间，ΔH在(-5 m，5 m)之间，平面点位误差ΔS基本在5 m左右。

“以前家里住的很偏，什么都不方便。如今搬到了县城，交通、就医、小孩读书都方便了，做梦都想不到，非常感谢党和政府的好政策。”兴国县良村镇村民谢国才在公证部门的见证下，拿到了易地扶贫搬迁进城进园第二期的安置房。像谢国才一样，去年底有192户移民搬迁户圆了新房梦。

(4)四参数与三参数同时改正

四参数与三参数同时改正下采集的坐标与真实坐标之差如表4所示。

对新村矿区中已有的4个开采中段(100m、40m、-10m、-60m)以50m间距采集岩矿石样品，共采集样品24个，分别进行定量测试分析，结果见表1。

每每有客户进店，李高明都会根据对方的情况进行相关产品的推荐，尽可能地和对方建立长久的联系。这一年下来，云南16个州市，哪些州市有哪些风格的理发店、分布密度如何、市场前景怎样，他的心里都有了数。“等我的商标注册下来，我希望我能在16个州市都有哈尼染的美发店，技术、服务、产品，提供一条龙的服务。”对产品，李高明也有自己的独特想法。计划等时机成熟，自行开发以哈尼族原始村寨里的染料为原料的纯植物美发产品。

 

表4 坐标差值

  

点号ΔX/mΔY/mΔH/mΔS/mA11.743-2.017-2.1802.666A2-1.810-1.501-1.0662.352B3-0.654-2.089-3.5592.189A12-1.932-2.8714.5273.460A14-0.226-1.8164.3021.830B151.106-2.004-3.3562.289

由表4可知四参数与三参数同时改正下ΔX在(-2 m，2 m)之间，ΔY在(-3 m，-1 m)之间，ΔH在(-4 m，5 m)之间，平面点位误差ΔS 基本在2 m左右，相比较其他几种方法精度较高。

为了更直观地显示3种不同改正方案的测量精度，将表2、3、4中的平面点位误差画在一个图中，如图3所示。

  

图3 各参数改正下平面点位误差

由图3可看出，四参数和三参数同时改正下平面坐标测量精度最高。

法团主义路径的核心观点认为，社区治理是城市社会治理体系的一部分，社区建设是国家政权建设的一部分，社区治理是以国家为主、社会为辅，国家吸纳社会构成的一种治理体系。在社区治理改革过程中，国家其实从未(也不可能)退场，只是改变了控制社会的策略——从单位社会时期的一统控制转向国家的“择机介入”。②当前，国家通过社区建设将权力下沉到基层社会和社区，将作为社会自治组织的居委会吸纳入政府体制，通过体制内部的权力优化重组来推进社会治理和发展。

为了比较高程精度将3种不同改正方案的高程误差画在一个图中，如图4所示。由图4可知，四参数和三参数同时改正下高程测量精度最高。

因此我们可得到：在小区域范围内，采集条件较好的情况下，四参数与三参数同时改正的情况下坐标精度最高，平面点位误差一般在2 m左右，高程精度一般在5 m以内；四参数与高程拟合参数改正的精度与三参数改正的平面坐标精度差不多，但是四参数与高程拟合参数改正比三参数改正的高程测量精度要高一些。这对手持GPS在实际测量中的应用具有一定的指导意义。

4 结 论

本文以南方S720型手持GPS为例通过设计几种不同的方案对手持GPS的测量精度进行探讨，本文得出以下初步结论：

  

图4 各改正参数下高程误差

(1)使用手持GPS采集野外数据时，首先必须要计算改正参数。

(2)在小区域范围内进行测量时，四参数与三参数同时改正时坐标测量精度最高，而四参数与高程拟合参数改正和三参数改正的平面坐标精度差不多，但是四参数与高程拟合参数改正比三参数改正的高程测量精度要高一些。

由于此次试验区域的限制，只能获取上述四种模式下参数改正的精度，而这些参数改正的精度有望进一步提高。而且仪器型号不同测量精度也会有差别，所以在实际测量工作中，根据测量要求灵活选择合适的参数改正模式，以提高手持GPS的定位精度，使其在测绘领域得到更广泛地应用。

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