通信技术论文GPS测绘方向论文范文

　　本文选自国家级期刊《通信技术》，《通信技 术》杂志由信息产业部主管、中国电子科技集团第三十研究所主办。16开本，每月10日出版，国内外公开发行的月刊。杂志1967年创刊，是国内创办时间 长、影响大的计算机专业媒体，2004版中文核心期刊。主要报道信源处理、传输、业务与系统、网络、移动通信、信息安全等方面的先进技术、理论研究成果和 最新动态。
　　摘要：全国土地第二次调查是目前国土部门的一项重大任务。恢复土地过程中实地调查是非常重要的步骤。传统的调查方法花费太多的时间和精力，并且很难找到面积或长度的测量且迅速，准确地记录结果的实施方案。在对手持GPS性能和定位精度研究的基础上，总结了一些实际工作中数据采集的方法[1]。首先，GPS及土地数据库的描述。其次，土地利用中GIS的作用，包括采集、建库等等。Secondly,thekeytechnologiesareshown,includingdatapreparation,locatingaccurately,coordinatetransformation,fieldmeasuringandfieldediting.Finally,furtherapplicationsarediscussed.ThemajorresultofthisstudyisaGPS-basedfield第三，显示的关键技术，包括数据准备，准确定位，坐标转换，实地测量和现场编辑。最后，总结了手持GPS在野外区调及土地更新中优点及发展前景。提出了将GPS手持机绝对定位结果标定在地形图上的一个简单而新颖的方法，大大增强了GPS手持机在野外地质填图中的实用性。详细说明了GPS手持机中地方坐标系和国家坐标系的转换问题，并对其定位误差的处理措施和提高定位精度的方法做了说明及外业测量时整体流程。

　　关键词：手持GPS,坐标转换,差分技术,GIS

　　0前言

　　为了全面实施国土资源部“数字国土”，如何充分利用现代化信息技术，保护和管理有限的土地资源，提高国土资源调查评价、规划、管理、保护和合理利用水平，以信息化促进国土资源开发利用与经济建设、生态环境保护之间的协调发展，成为测绘部门一项刻不容缓的重要工作[2]。

　　我国面临的资源形势十分严峻，保护和合理利用国土资源是我国的基本国策之一[3]。我国可利用土地资源的人均占有量不足世界平均值的1/3，且耕地数量仍以数十万公顷的速度逐年减少，我国在1984-1996年期间完成的全国范围内县级土地利用现状调查工作。大部分地区的土地详查距今已有10多年的时间，普遍存在着土地变更不及时，土地利用数据不准确的状况。因此，及时记录每寸土地的使用状况，意义非常重大。

　　1手持GPS的概述

　　1.1GPS概念及组成

　　GPS（GlobalPositioningSystem）即全球定位系统，是由美国建立的卫星导航定位系统，由空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分3部分组成[4]。

　　1）空间部分即GPS卫星星座。GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成，记作(21+3)GPS星座。

　　2）地面监控系统，包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，卫星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的参数算得的。

　　3）用户设备部分即GPS信号接收机，能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时计算出测站的三维位置、速度和时间。

　　1.2GPS定位基本原理

　　卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。

　　1.3差分技术原理

　　GPS差分技术是2个或多个GPS接收机同步观测。利用观测之差，消除观测误差的公共项，提高定位精度的一种有效技术。根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为3类：位置差分、伪距差分和相位差分。因为大部分手持GPS机内部处理程序是固化在机内芯片中的，进行伪距差分和相位位差分比较难，所以采用位置差分[3]。这种差分传输的差分改正数较少，计算方法简单．但要求基准站和用户必须同步观测同一组卫星．所以两者之间距离不超过50km为宜。在土地利用调查的外野作业中，可以采用在野外记录测量数据，利用事后处理技术获得高精度的位置数据，即移动站使用多次定位取平均值的方法记录各定位点的位置坐标和定位时刻，在野外观测完毕之后．从基准站取得相应时段的误差改正值，在事后对各定位点坐标进行误差改正。

　　本文研究所用的HI-Q手持机采用了高精度的双星组合定位方法。定位模式中用的是卫星区域增强系统SBAS。SBAS有四种增强系统，HI-Q采用的是日本增强系统MSAS能覆盖整个亚洲。这样跟GPS卫星定位组合来提高定位精度满足不同用户的需求。在土地更新中对精度的要求较高，因为影响到土地面积的计算。这两个卫星的组合可以将精度达到亚米级，完全可以满足土地更新的要求。

　　1.4手持GPS的坐标转换

　　为了使用GPS接收机的绝对定位结果，需要将GPS使用的WGS284坐标转换成北京54或西安80坐标。我国使用的地图资料大部分都属于1954年北京坐标系或1980年西安国家大地坐标系。这样就产生厂坐标系之间如何转换的问题。不同坐标系之间存在着平移和旋转的关系，要使手持GPS机的测量数据转换为自己所需的数据．必须求出两个坐标系之间的转换参数，一般手持机用的是七参法。只要用户计算出七个参数（△X、△Y、△Z、WX、WY、WZ、DM）。并按提示输人即可在仪器中进行坐标转换。

　　1.5HI-Q优势

　　本文研究所用的HI-Q采用了高精度的双星组合定位方法。定位模式中用的是卫星区域增强系统SBAS。SBAS有四种增强系统，HI-Q采用的是日本增强系统MSAS能覆盖整个亚洲。这样跟GPS卫星定位组合来提高定位精度满足不同用户的需求。在土地更新中对精度的要求较高，因为影响到土地面积的计算。这两个卫星的组合可以将精度达到亚米级完全可以满足土地更新的要求。

　　2土地信息数据库

　　土地信息数据库就是对空间信息的属性的管理。而数据字典是提供外业作业时的采集依据及一些属性的预前记录，以便在外业采集时避免漏采的情况发生。此软件可新建数据字典或者打开数据字典进行对数据字典的查看编辑等等各项操作。数据字典一般包括数据类型的名称，关于数据的描述及其存贮的地址、如何使用等内容。其描述的主要项目:数据项、记录、文件、模式、子模式、数据库、数据用途、数据来源、应用模型和用户情况等。

　　数据字典的功能可以表现在以下几个方面：

　　1）给管理者和用户提供关于可利用数据的线索。

　　2）为系统分析人员提供数据是否存在的信息。

　　3）为编程工作提供数据格式及数据位置。

　　数据字典的内容包括：

　　1）系统数据库表即系统中各数据库的名字及说明信息。

　　2）数据库表即对每一个数据库建一个表，其内容主要有以下几个方面：

　　a.模式表：该库有几个模式，各模式的名字等。

　　b.子模式表：每个模式有几个子模式，各子模式的名字等。

　　c.模式记录型表：该模式有几个记录型，各记录型的名字；该记录型有几个数据项，

　　d.子模式记录型表：子模式有几个记录型，各记录型的名字；该记录型有几个数据项，各数据项的名字。

　　e.物理文件表：一个库有多少个物理文件，各文件的名字。

　　f.用户表：该系统有多少用户，用户名字。

　　g.存取口令。

　　3HI-Q与MapGIS数据格式的转换

　　3.1数据的导入

　　1）在MapInfo软件中打开表文件.tab，点击菜单中的工具菜单点击转出将mif格式保存到自己创建的文件夹中格式为.mif[2]，如图3-1所示。

　　图3-2将.tab文件转换成.mif

　　Fig.3-2Tabfileintoa.Mif

　　2）在打开HI-Q软件点击菜单中的工具菜单点击数据转入，添加图1转出的.mif格式文件如图3-4所示。

　　图3-4数据转入

　　Fig.3-4Datatransfer

　　3）添加坐标系统文件.dam如图3-3所示。将转出的HI-Q所支持的格式*.xrw，*.xbr，*.zmp保存到自己创建的文件夹中[2]，如图3-1。

　　图3-1添加坐标系统文件

　　Fig.3-1AddaCoordinateSystemFile

　　4）坐标系统.dam的设置是为了保证测量的坐标是平面坐标，因为GPS测量的是大地坐标WG-84坐标，而我们实际上需要的是平面坐标X，Y坐标。所以需要参数解算。这里我们要知道中央子午线经度和已知点坐标。七参数要求知道3个已知点，四参数要求知道3个已知点。

　　3.2数据的导出

　　在电脑里启动HI-Q软件点击工具菜单下数据转出，在弹出的对话框设置好参数后添加手持机测量完成的HI-Q文件.Prj，输出导出成Mapinfo格式的数据。如图3-3所示。

　　图3-3数据导出

　　Fig.3-3DataExport

　　在MapInfo软件中打开刚才转换的文件.mif。如图3-5所示。

　　图3-5打开.mif文件

　　Fig.3-5Open.Miffile

　　4手持GPS在土地利用数据库更新的实现

　　4.1技术路线

　　手持GPS大大提高了土地数据更新的效率，手持GPS可以与GIS数据无缝连接。GIS矢量数据可以载入手持GPS中到现场对空间数据进行调查核实，同时也可以对新测量的数据进行属性数据的编辑，回到内业做些简单处理即可，如图4-1所示。具体流程如下：

　　图4-1土地利用数据库更新的技术路线

　　Fig.4-1LandUseDatabaseupdatethetechnicalline

　　4.2数据采集前准备

　　1）坐标系统设置。坐标系统下拉列表里面会显示列出以前所有保存的坐标系统设置。需要哪个直接选择即可也可以自己从新定义一个坐标名称，如图5-2所示。如果要重新设置则在标签“坐标系”下的当地椭球列表中选择所需要的椭球，然后点击标签“投影”。

　　修改坐标参数后，点击“保存”按钮，可生成新的坐标系文件。但模板坐标系文件不可修改，

　　在投影方法下拉列表中选择所需要的投影，如例子中的是高斯自定义投影方法，可以设置中央子午线和各个常数或者是其它投影所需要输入的各个参数。然后点击标签“椭球转换”。

　　在转换模型列表中选择所要的转换模型，然后在内容里输入相应的参数，也可以浏览计算好的参数文件。然后点击标签“平面转换”。

　　3）参数计算

　　为了使用GPS接收机的绝对定位结果，需要将GPS使用的WGS284坐标转换成北京54或西安80坐标。不同椭球体间的坐标转换在局部地区常用的办法是相似变换法，即利用部分分布相对合理的高等级公共点求出相应的转换参数。在此以三参数为例。

　　点击使用工具中的参数计算，弹出参数计算所需要的坐标系统界面，选择一个坐标系如图5-7所示：

　　得到计算结果后，如果点确定会弹出是否应用到刚才选择的坐标系统里面。

　　这里计算参数保存到\NandFlash\GeoData目录下，并没有直接更新项目文件里的坐标，需要重新确认更新才会改变文件里的坐标。）

　　4.3数据的采集

　　1）点状地物采集

　　如果当前设置的方式为手动采集，则采集步骤为：首先将手持机放到要采集的位置点上，然后点击下图中按钮“+”即可完成采集一个点要素，如图4-2所示。

　　图4-2添加点图图4-3采集线要素

　　Fig.4-2AddpointFig.4-3Collectionlineelement

　　2）线状地物采集

　　如果当前要素选择的是线类型，且如果当前设置的方式为手动采集，则采集步骤为：首先将手持机放到要采集的线的某个位置点上，然后点击下图中按钮“+”即可完成采集一个线要素上的一个点，然后再在这条线的其它拐点处用相同方法采集线上的每个点。完成点击“记录”即完成当前线地物的采集。如图4-3所示本来黄色线的坐标已经发生变化。

　　3）面状地物采集

　　如果当前要素选择的是面类型，且如果当前设置的方式为手动采集，则采集步骤为：首先将手持机放到要采集的面的某个位置点上，然后点击下图中按钮“+”即可完成采集一个面状地物上的一个点，然后再在这个面的其它拐点处用相同方法采集面上的每个点。完成后点击“记录”即完成当前面地物的采集，完成后它会自动首尾封闭当前面状地物，并按钮指定的颜色填充当前面。如图4-4所示一个完整的图斑已经被分割成两个图斑。

　　图4-4面状地物采集

　　Fig.4-4CollectionAreaFeature

　　4.4数据库的更新

　　土地数据包括两部分：一是空间数据，二是属性数据。第一部分空间数据就是将GIS的矢量数据导入到手持GPS中到现场勘查重测来更新空间坐标数据，在导入相关GIS软件更新图形即可。第二部分的属性数据的更新也就是土地数据库的更新。对原来图形变化的部分的属性进行重新录入更新。如图4-5所示是原始数据，更新后的数据，如图4-6所示。

　　图4-5原始数据

　　Fig.4-5Rawdata

　　图4-6更新数据

　　Fig.4-6Updatedata

　　5结论

　　本论文主要研究了手持GPS在野外数据采集过程以及对土地数据库的更新。对于手持GPS在野外科研活动有很高的效率，而且数据的精确都能满足要求。

　　目前市面上的手持差分GPS的功能已经较为完善，现在推出的产品较早先产品增加了部分方向和高度的补充、修正功能、彩色屏幕、内置软件各种软件、支持多种格式文件和其他的一些娱乐衍生功能，例如：FM调频、mp3、视频播放、照相机。除了使其稍显时尚、靓丽，娱乐元素更多一些之外，我们重视的机身内嵌地图信息的增强和实时数据更新有待改进，对于应用性较强的详细地理信息没有得到相应的大幅补充。为了使工作更为快捷、高效，在较短的时间内，将地图升级、不断地增加和更新各地具体地理信息和相应内容，才是用户最为关心的问题。

　　虽然GPS功能强大，对我们有很大的帮助，与野外实际工作也密不可分。但由于其仅限于屏幕，处理速度等原因导致地图缩放和漫游的操作不便，相对而言还是传统地图更加方便我们翻查、寻找地理位置，二者的有机结合依然是主要的查阅使用方式，因此在新型便捷式大屏幕出现之前，纸质地图和GPS还会长期共存结合使用。

　　参考文献

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　　ProceedingsoftheFirstInternationalConferenceonComputersandComputingTechnologiesinAgriculture,Beijing,2007.

　　[2]申佳.GPS手持机在土地利用更新调查中的应用[J].黑龙江科技信息，2009，10，24-25.

　　[3]中海达.Hi-QGIS采集软件操作手册[M].广州：广州市中海达测绘仪器有限公司，2008，1，11-35.

　　[4]丁继新等.GPS手持机在野外地质填图中的应用[J].地质与勘探，2007，43(1)，89-93.

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