本文選自國家級期刊《通信技術(shù)》，《通信技 術(shù)》雜志由信息產(chǎn)業(yè)部主管、中國電子科技集團第三十研究所主辦。16開本，每月10日出版，國內(nèi)外公開發(fā)行的月刊。雜志1967年創(chuàng)刊，是國內(nèi)創(chuàng)辦時間 長、影響大的計算機專業(yè)媒體，2004版中文核心期刊。主要報道信源處理、傳輸、業(yè)務(wù)與系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、移動通信、信息安全等方面的先進技術(shù)、理論研究成果和 最新動態(tài)。
　　摘要：全國土地第二次調(diào)查是目前國土部門的一項重大任務(wù)�；謴�(fù)土地過程中實地調(diào)查是非常重要的步驟。傳統(tǒng)的調(diào)查方法花費太多的時間和精力，并且很難找到面積或長度的測量且迅速，準確地記錄結(jié)果的實施方案。在對手持GPS性能和定位精度研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了一些實際工作中數(shù)據(jù)采集的方法[1]。首先，GPS及土地數(shù)據(jù)庫的描述。其次，土地利用中GIS的作用，包括采集、建庫等等。Secondly,thekeytechnologiesareshown,includingdatapreparation,locatingaccurately,coordinatetransformation,fieldmeasuringandfieldediting.Finally,furtherapplicationsarediscussed.ThemajorresultofthisstudyisaGPS-basedfield第三，顯示的關(guān)鍵技術(shù)，包括數(shù)據(jù)準備，準確定位，坐標轉(zhuǎn)換，實地測量和現(xiàn)場編輯。最后，總結(jié)了手持GPS在野外區(qū)調(diào)及土地更新中優(yōu)點及發(fā)展前景。提出了將GPS手持機絕對定位結(jié)果標定在地形圖上的一個簡單而新穎的方法，大大增強了GPS手持機在野外地質(zhì)填圖中的實用性。詳細說明了GPS手持機中地方坐標系和國家坐標系的轉(zhuǎn)換問題，并對其定位誤差的處理措施和提高定位精度的方法做了說明及外業(yè)測量時整體流程。

　　關(guān)鍵詞：手持GPS,坐標轉(zhuǎn)換,差分技術(shù),GIS

　　0前言

　　為了全面實施國土資源部“數(shù)字國土”，如何充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，保護和管理有限的土地資源，提高國土資源調(diào)查評價、規(guī)劃、管理、保護和合理利用水平，以信息化促進國土資源開發(fā)利用與經(jīng)濟建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，成為測繪部門一項刻不容緩的重要工作[2]。

　　我國面臨的資源形勢十分嚴峻，保護和合理利用國土資源是我國的基本國策之一[3]。我國可利用土地資源的人均占有量不足世界平均值的1/3，且耕地數(shù)量仍以數(shù)十萬公頃的速度逐年減少，我國在1984-1996年期間完成的全國范圍內(nèi)縣級土地利用現(xiàn)狀調(diào)查工作。大部分地區(qū)的土地詳查距今已有10多年的時間，普遍存在著土地變更不及時，土地利用數(shù)據(jù)不準確的狀況。因此，及時記錄每寸土地的使用狀況，意義非常重大。

　　1手持GPS的概述

　　1.1GPS概念及組成

　　GPS（GlobalPositioningSystem）即全球定位系統(tǒng)，是由美國建立的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，由空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分3部分組成[4]。

　　1）空間部分即GPS衛(wèi)星星座。GPS的空間部分是由24顆工作衛(wèi)星組成，記作(21+3)GPS星座。

　　2）地面監(jiān)控系統(tǒng)，包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站，衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷描述衛(wèi)星運動及其軌道的參數(shù)算得的。

　　3）用戶設(shè)備部分即GPS信號接收機，能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時計算出測站的三維位置、速度和時間。

　　1.2GPS定位基本原理

　　衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計算求出接收機的三維位置、三維方向以及運動速度和時間信息。

　　1.3差分技術(shù)原理

　　GPS差分技術(shù)是2個或多個GPS接收機同步觀測。利用觀測之差，消除觀測誤差的公共項，提高定位精度的一種有效技術(shù)。根據(jù)差分GPS基準站發(fā)送的信息方式可將差分GPS定位分為3類：位置差分、偽距差分和相位差分。因為大部分手持GPS機內(nèi)部處理程序是固化在機內(nèi)芯片中的，進行偽距差分和相位位差分比較難，所以采用位置差分[3]。這種差分傳輸?shù)牟罘指恼龜?shù)較少，計算方法簡單．但要求基準站和用戶必須同步觀測同一組衛(wèi)星．所以兩者之間距離不超過50km為宜。在土地利用調(diào)查的外野作業(yè)中，可以采用在野外記錄測量數(shù)據(jù)，利用事后處理技術(shù)獲得高精度的位置數(shù)據(jù)，即移動站使用多次定位取平均值的方法記錄各定位點的位置坐標和定位時刻，在野外觀測完畢之后．從基準站取得相應(yīng)時段的誤差改正值，在事后對各定位點坐標進行誤差改正。

　　本文研究所用的HI-Q手持機采用了高精度的雙星組合定位方法。定位模式中用的是衛(wèi)星區(qū)域增強系統(tǒng)SBAS。SBAS有四種增強系統(tǒng)，HI-Q采用的是日本增強系統(tǒng)MSAS能覆蓋整個亞洲。這樣跟GPS衛(wèi)星定位組合來提高定位精度滿足不同用戶的需求。在土地更新中對精度的要求較高，因為影響到土地面積的計算。這兩個衛(wèi)星的組合可以將精度達到亞米級，完全可以滿足土地更新的要求。

　　1.4手持GPS的坐標轉(zhuǎn)換

　　為了使用GPS接收機的絕對定位結(jié)果，需要將GPS使用的WGS284坐標轉(zhuǎn)換成北京54或西安80坐標。我國使用的地圖資料大部分都屬于1954年北京坐標系或1980年西安國家大地坐標系。這樣就產(chǎn)生廠坐標系之間如何轉(zhuǎn)換的問題。不同坐標系之間存在著平移和旋轉(zhuǎn)的關(guān)系，要使手持GPS機的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為自己所需的數(shù)據(jù)．必須求出兩個坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，一般手持機用的是七參法。只要用戶計算出七個參數(shù)（△X、△Y、△Z、WX、WY、WZ、DM）。并按提示輸人即可在儀器中進行坐標轉(zhuǎn)換。

　　1.5HI-Q優(yōu)勢

　　本文研究所用的HI-Q采用了高精度的雙星組合定位方法。定位模式中用的是衛(wèi)星區(qū)域增強系統(tǒng)SBAS。SBAS有四種增強系統(tǒng)，HI-Q采用的是日本增強系統(tǒng)MSAS能覆蓋整個亞洲。這樣跟GPS衛(wèi)星定位組合來提高定位精度滿足不同用戶的需求。在土地更新中對精度的要求較高，因為影響到土地面積的計算。這兩個衛(wèi)星的組合可以將精度達到亞米級完全可以滿足土地更新的要求。

　　2土地信息數(shù)據(jù)庫

　　土地信息數(shù)據(jù)庫就是對空間信息的屬性的管理。而數(shù)據(jù)字典是提供外業(yè)作業(yè)時的采集依據(jù)及一些屬性的預(yù)前記錄，以便在外業(yè)采集時避免漏采的情況發(fā)生。此軟件可新建數(shù)據(jù)字典或者打開數(shù)據(jù)字典進行對數(shù)據(jù)字典的查看編輯等等各項操作。數(shù)據(jù)字典一般包括數(shù)據(jù)類型的名稱，關(guān)于數(shù)據(jù)的描述及其存貯的地址、如何使用等內(nèi)容。其描述的主要項目:數(shù)據(jù)項、記錄、文件、模式、子模式、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)用途、數(shù)據(jù)來源、應(yīng)用模型和用戶情況等。

　　數(shù)據(jù)字典的功能可以表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　1）給管理者和用戶提供關(guān)于可利用數(shù)據(jù)的線索。

　　2）為系統(tǒng)分析人員提供數(shù)據(jù)是否存在的信息。

　　3）為編程工作提供數(shù)據(jù)格式及數(shù)據(jù)位置。

　　數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容包括：

　　1）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表即系統(tǒng)中各數(shù)據(jù)庫的名字及說明信息。

　　2）數(shù)據(jù)庫表即對每一個數(shù)據(jù)庫建一個表，其內(nèi)容主要有以下幾個方面：

　　a.模式表：該庫有幾個模式，各模式的名字等。

　　b.子模式表：每個模式有幾個子模式，各子模式的名字等。

　　c.模式記錄型表：該模式有幾個記錄型，各記錄型的名字；該記錄型有幾個數(shù)據(jù)項，

　　d.子模式記錄型表：子模式有幾個記錄型，各記錄型的名字；該記錄型有幾個數(shù)據(jù)項，各數(shù)據(jù)項的名字。

　　e.物理文件表：一個庫有多少個物理文件，各文件的名字。

　　f.用戶表：該系統(tǒng)有多少用戶，用戶名字。

　　g.存取口令。

　　3HI-Q與MapGIS數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換

　　3.1數(shù)據(jù)的導(dǎo)入

　　1）在MapInfo軟件中打開表文件.tab，點擊菜單中的工具菜單點擊轉(zhuǎn)出將mif格式保存到自己創(chuàng)建的文件夾中格式為.mif[2]，如圖3-1所示。

　　圖3-2將.tab文件轉(zhuǎn)換成.mif

　　Fig.3-2Tabfileintoa.Mif

　　2）在打開HI-Q軟件點擊菜單中的工具菜單點擊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入，添加圖1轉(zhuǎn)出的.mif格式文件如圖3-4所示。

　　圖3-4數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入

　　Fig.3-4Datatransfer

　　3）添加坐標系統(tǒng)文件.dam如圖3-3所示。將轉(zhuǎn)出的HI-Q所支持的格式*.xrw，*.xbr，*.zmp保存到自己創(chuàng)建的文件夾中[2]，如圖3-1。

　　圖3-1添加坐標系統(tǒng)文件

　　Fig.3-1AddaCoordinateSystemFile

　　4）坐標系統(tǒng).dam的設(shè)置是為了保證測量的坐標是平面坐標，因為GPS測量的是大地坐標WG-84坐標，而我們實際上需要的是平面坐標X，Y坐標。所以需要參數(shù)解算。這里我們要知道中央子午線經(jīng)度和已知點坐標。七參數(shù)要求知道3個已知點，四參數(shù)要求知道3個已知點。

　　3.2數(shù)據(jù)的導(dǎo)出

　　在電腦里啟動HI-Q軟件點擊工具菜單下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)出，在彈出的對話框設(shè)置好參數(shù)后添加手持機測量完成的HI-Q文件.Prj，輸出導(dǎo)出成Mapinfo格式的數(shù)據(jù)。如圖3-3所示。

　　圖3-3數(shù)據(jù)導(dǎo)出

　　Fig.3-3DataExport

　　在MapInfo軟件中打開剛才轉(zhuǎn)換的文件.mif。如圖3-5所示。

　　圖3-5打開.mif文件

　　Fig.3-5Open.Miffile

　　4手持GPS在土地利用數(shù)據(jù)庫更新的實現(xiàn)

　　4.1技術(shù)路線

　　手持GPS大大提高了土地數(shù)據(jù)更新的效率，手持GPS可以與GIS數(shù)據(jù)無縫連接。GIS矢量數(shù)據(jù)可以載入手持GPS中到現(xiàn)場對空間數(shù)據(jù)進行調(diào)查核實，同時也可以對新測量的數(shù)據(jù)進行屬性數(shù)據(jù)的編輯，回到內(nèi)業(yè)做些簡單處理即可，如圖4-1所示。具體流程如下：

　　圖4-1土地利用數(shù)據(jù)庫更新的技術(shù)路線

　　Fig.4-1LandUseDatabaseupdatethetechnicalline

　　4.2數(shù)據(jù)采集前準備

　　1）坐標系統(tǒng)設(shè)置。坐標系統(tǒng)下拉列表里面會顯示列出以前所有保存的坐標系統(tǒng)設(shè)置。需要哪個直接選擇即可也可以自己從新定義一個坐標名稱，如圖5-2所示。如果要重新設(shè)置則在標簽“坐標系”下的當?shù)貦E球列表中選擇所需要的橢球，然后點擊標簽“投影”。

　　修改坐標參數(shù)后，點擊“保存”按鈕，可生成新的坐標系文件。但模板坐標系文件不可修改，

　　在投影方法下拉列表中選擇所需要的投影，如例子中的是高斯自定義投影方法，可以設(shè)置中央子午線和各個常數(shù)或者是其它投影所需要輸入的各個參數(shù)。然后點擊標簽“橢球轉(zhuǎn)換”。

　　在轉(zhuǎn)換模型列表中選擇所要的轉(zhuǎn)換模型，然后在內(nèi)容里輸入相應(yīng)的參數(shù)，也可以瀏覽計算好的參數(shù)文件。然后點擊標簽“平面轉(zhuǎn)換”。

　　3）參數(shù)計算

　　為了使用GPS接收機的絕對定位結(jié)果，需要將GPS使用的WGS284坐標轉(zhuǎn)換成北京54或西安80坐標。不同橢球體間的坐標轉(zhuǎn)換在局部地區(qū)常用的辦法是相似變換法，即利用部分分布相對合理的高等級公共點求出相應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。在此以三參數(shù)為例。

　　點擊使用工具中的參數(shù)計算，彈出參數(shù)計算所需要的坐標系統(tǒng)界面，選擇一個坐標系如圖5-7所示：

　　得到計算結(jié)果后，如果點確定會彈出是否應(yīng)用到剛才選擇的坐標系統(tǒng)里面。

　　這里計算參數(shù)保存到\NandFlash\GeoData目錄下，并沒有直接更新項目文件里的坐標，需要重新確認更新才會改變文件里的坐標。）

　　4.3數(shù)據(jù)的采集

　　1）點狀地物采集

　　如果當前設(shè)置的方式為手動采集，則采集步驟為：首先將手持機放到要采集的位置點上，然后點擊下圖中按鈕“+”即可完成采集一個點要素，如圖4-2所示。

　　圖4-2添加點圖圖4-3采集線要素

　　Fig.4-2AddpointFig.4-3Collectionlineelement

　　2）線狀地物采集

　　如果當前要素選擇的是線類型，且如果當前設(shè)置的方式為手動采集，則采集步驟為：首先將手持機放到要采集的線的某個位置點上，然后點擊下圖中按鈕“+”即可完成采集一個線要素上的一個點，然后再在這條線的其它拐點處用相同方法采集線上的每個點。完成點擊“記錄”即完成當前線地物的采集。如圖4-3所示本來黃色線的坐標已經(jīng)發(fā)生變化。

　　3）面狀地物采集

　　如果當前要素選擇的是面類型，且如果當前設(shè)置的方式為手動采集，則采集步驟為：首先將手持機放到要采集的面的某個位置點上，然后點擊下圖中按鈕“+”即可完成采集一個面狀地物上的一個點，然后再在這個面的其它拐點處用相同方法采集面上的每個點。完成后點擊“記錄”即完成當前面地物的采集，完成后它會自動首尾封閉當前面狀地物，并按鈕指定的顏色填充當前面。如圖4-4所示一個完整的圖斑已經(jīng)被分割成兩個圖斑。

　　圖4-4面狀地物采集

　　Fig.4-4CollectionAreaFeature

　　4.4數(shù)據(jù)庫的更新

　　土地數(shù)據(jù)包括兩部分：一是空間數(shù)據(jù)，二是屬性數(shù)據(jù)。第一部分空間數(shù)據(jù)就是將GIS的矢量數(shù)據(jù)導(dǎo)入到手持GPS中到現(xiàn)場勘查重測來更新空間坐標數(shù)據(jù)，在導(dǎo)入相關(guān)GIS軟件更新圖形即可。第二部分的屬性數(shù)據(jù)的更新也就是土地數(shù)據(jù)庫的更新。對原來圖形變化的部分的屬性進行重新錄入更新。如圖4-5所示是原始數(shù)據(jù)，更新后的數(shù)據(jù)，如圖4-6所示。

　　圖4-5原始數(shù)據(jù)

　　Fig.4-5Rawdata

　　圖4-6更新數(shù)據(jù)

　　Fig.4-6Updatedata

　　5結(jié)論

　　本論文主要研究了手持GPS在野外數(shù)據(jù)采集過程以及對土地數(shù)據(jù)庫的更新。對于手持GPS在野外科研活動有很高的效率，而且數(shù)據(jù)的精確都能滿足要求。

　　目前市面上的手持差分GPS的功能已經(jīng)較為完善，現(xiàn)在推出的產(chǎn)品較早先產(chǎn)品增加了部分方向和高度的補充、修正功能、彩色屏幕、內(nèi)置軟件各種軟件、支持多種格式文件和其他的一些娛樂衍生功能，例如：FM調(diào)頻、mp3、視頻播放、照相機。除了使其稍顯時尚、靚麗，娛樂元素更多一些之外，我們重視的機身內(nèi)嵌地圖信息的增強和實時數(shù)據(jù)更新有待改進，對于應(yīng)用性較強的詳細地理信息沒有得到相應(yīng)的大幅補充。為了使工作更為快捷、高效，在較短的時間內(nèi)，將地圖升級、不斷地增加和更新各地具體地理信息和相應(yīng)內(nèi)容，才是用戶最為關(guān)心的問題。

　　雖然GPS功能強大，對我們有很大的幫助，與野外實際工作也密不可分。但由于其僅限于屏幕，處理速度等原因?qū)е碌貓D縮放和漫游的操作不便，相對而言還是傳統(tǒng)地圖更加方便我們翻查、尋找地理位置，二者的有機結(jié)合依然是主要的查閱使用方式，因此在新型便捷式大屏幕出現(xiàn)之前，紙質(zhì)地圖和GPS還會長期共存結(jié)合使用。

　　參考文獻

　　[1]JIAWENTAO.DesignandimplementationofaGPS-basedfieldsurveysystemforlandconsolidationandrehabilitationprojects[Z].

　　ProceedingsoftheFirstInternationalConferenceonComputersandComputingTechnologiesinAgriculture,Beijing,2007.

　　[2]申佳.GPS手持機在土地利用更新調(diào)查中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2009，10，24-25.

　　[3]中海達.Hi-QGIS采集軟件操作手冊[M].廣州：廣州市中海達測繪儀器有限公司，2008，1，11-35.

　　[4]丁繼新等.GPS手持機在野外地質(zhì)填圖中的應(yīng)用[J].地質(zhì)與勘探，2007，43(1)，89-93.

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