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摘要：手持式GPS具有携带轻巧、使用方便、独立使用等特点，在野外调绘、测量中有较好的辅助定点和导航作用，但因野外地形、树木、建筑等环境对GPS信号的影响，测量精度和应用受到限制。在我们实际工作中，通过对比测量作业的条件及方法，分析了手持GPS与全站仪或RTK等高精度测量的野外实测对比，并对这一问题进行初步的定量。
关键词：手持GPS；RTK；测量精度；精度分析
1.前言
近年来，随着卫星定位技术（global positioning system，GPS）的发展以及这项技术在民用领域应用的普及，使得越来越多的人开始了解并使用基于GPS技术的各种设备。在各种GPS定位设备中，手持式GPS以其体积小巧、携带方便、独立使用的特点，在测量、地质、林业、电力、市政等行业得到了更加广泛的应用。基于不同的使用目的，各行各业的使用者对GPS定位精度的要求是不一致的，目前，我们通常是以手持GPS的标称精度作为作业使用的依据，但这样的定位精度对实际使用者来说往往是不好作为参考的。以物探测网布设作业为例，对于点位定位精度的要求，作业规范的一般性规定为作业比例尺的图上1.25mm，也就是说对于作业比例尺为1：5000的工程项目，选用的定位设备及方法的实地定位精度应优于7.5m。以我们目前所使用的手持GPS设备而言，通常的标称定位精度为5—10m，这样就存在一个问题：在什么样的前提下使用、如何使用这样的手持设备可以达到我们的要求。在这里，我们通过手持GPS与全站仪或RTK等高精度测量的野外实测对比，对这一问题进行初步的定量。
2.技术方案
2.1对比作业的基本条件
2.1.1自然环境对GPS设备作业的影响因素较少，植被覆盖较少且基本没有密集的房屋，无高压线、无线电信号塔台等大功率的电磁设备。从专业角度讲，在谈到定位精度时首先要考虑的是定位方法的原理和定位设备的制造工艺，而后才是定位方法和设备的合理性使用；从使用者角度出发，由于原理与工艺问题涉及到较多的专业知识的了解，因此通常只要求对原理与工艺作简单的了解，而对合理性使用作出一定的明确要求。GPS定位技术的核心，就是通过地面GPS设备接收天空中不同位置的GPS卫星发出的电波信号，并对这些电波信号进行测量和对比。那么，凡是可能对电波信号产生干扰的设备和物体都会影响测量的结果，在强电磁场附近、受植被或建筑物遮挡严重的位置、天空不够开阔的沟谷中，使用GPS设备采集的数据是不可靠的。
2.1.2为了保证对比实验的原始测量数据真实、准确、可靠，要求在进行对比作业的区域内，有满足全站仪或RTK测量等全仪器法作业的符合规范要求的完整的控制测量系统与成果。
2.1.3应保证所使用设备的状态正常、参数正确，全站仪及RTK测量仪器应通过检定并在合格的检定期内，手持GPS设备应进行严格的参数校正。
2.2对比作业的外业方法
2.2.1手持GPS的校正
首先应对手持GPS的转换参数进行精确校正，由于手持GPS设备种类较多，且各行业、各单位作业模式不同所造成的校正习惯不同，为保证校正参数的准确，需要对这一过程进行统一的规定。
2.2.2对比作业
对比作业分为正常测量与跟随测量两步进行，正常测量采用手持GPS按照正常作业规范及设计要求进行测点布设与测量，跟随测量采用全站仪或RTK设备对手持GPS的测量点进行精确测量。如遇对GPS设备作业有明显影响的环境，则跟随测量不进行作业，以尽可能减少外界因素对测量对比结果的影响。
2.3对比实验的内业方法
采用EXECL软件对外业采集的数据进行对比计算，对差值较大的测量点应进行逐一分析，分析所有对测量结果有可能造成影响的因素，如属于系统误差则可对系统误差进行剔除，如影响因素无法剔除则将该测量点结果从对比数据中删除，保证对比结果的真实、准确。
3.数据分析
经过几年的积累，我们对标称精度同样为5-10米的几种手持GPS设备进行了对比测量实验，共采集了6229个达到对比条件要求的实测坐标数据，通过对这些数据进行分析，按照点位差值 每0.5m一级的级差进行分类统计，结果如下表：
图1 误差分布图
通过对差值数据的误差分布形态进行分析，整体形态上峰值明显，峰值两侧的对称形态较好，对比误差正态分布曲线，基本可以确认数据的整体可靠性。
2、测量精度统计
以高精度仪器的测量结果作为最或然值而对手持GPS的测量误差进行统计，测量中误差的计算按照下式进行：
式中：m——测量点中误差
——第i个点用手持GPS测量的X坐标值
——第i个点用高精度测量仪器测量的X坐标值
——第i个点用手持GPS测量的Y坐标值
——第i个点用高精度测量仪器测量的Y坐标值
n——总观测数，i=l，2，……n。
我们对6229个坐标数据的点位测量误差值进行统计计算得出：测量点位中误差为2.865米。从误差结果统计表中我们可以发现：大于两倍中误差的数值比例为3.5%；大于三倍中误差的数值比例为0. 4%。
我们通过星历预报发现，在对比测量的时间内，总体PDOP值的变化规律为早晚低、中午略高，而我们对所有数据进行分时精度统计，结果如下：
时间 定位精度 时间 定位精度
8-9时 2.395m 9-10时 2.666m
10-11时 3.372m 11-12时 2.803m
12-13时 3.102m 13-14时 2.892m
14-15时 2.725m 15-16时 2.646m
16-17时 2.925m
从分时统计结果中我们可以发现，测量精度与PDOP值的变化成正相关关系，这也说明，PDOP值的大小对测量结果会产生一定的影响。但当PDOP值小于一定数值时（通常为4），由此产生对测量结果的影响是较小的，可以忽略。
4、结论
通过以上所述的对比实验的结果，可以得到这样的结论：对于目前市场上常用的标称精度为5—10米的手持GPS设备而言，在能够得到精确校正且作业环境较理想的条件下，以两倍中误差为限差，单机实时定位基本可以满足定位精度要求在6米以内的测量作业需要。当然，这个结论仅是建立在对几种在我们安徽地矿系统常用的手持GPS设备所做的对比实验基础上的，在具体作业时还是要以具体设备的情况来确定所能达到的定位精度。另外，采用后差分技术还可以在一定程度上提高定位精度，这里就不作探讨了。
作者简介：
韩昱，1970年出生，地质测绘工程师，长期从事地质测绘與物化探测量工作。
关键词：手持GPS；RTK；测量精度；精度分析
1.前言
近年来，随着卫星定位技术（global positioning system，GPS）的发展以及这项技术在民用领域应用的普及，使得越来越多的人开始了解并使用基于GPS技术的各种设备。在各种GPS定位设备中，手持式GPS以其体积小巧、携带方便、独立使用的特点，在测量、地质、林业、电力、市政等行业得到了更加广泛的应用。基于不同的使用目的，各行各业的使用者对GPS定位精度的要求是不一致的，目前，我们通常是以手持GPS的标称精度作为作业使用的依据，但这样的定位精度对实际使用者来说往往是不好作为参考的。以物探测网布设作业为例，对于点位定位精度的要求，作业规范的一般性规定为作业比例尺的图上1.25mm，也就是说对于作业比例尺为1：5000的工程项目，选用的定位设备及方法的实地定位精度应优于7.5m。以我们目前所使用的手持GPS设备而言，通常的标称定位精度为5—10m，这样就存在一个问题：在什么样的前提下使用、如何使用这样的手持设备可以达到我们的要求。在这里，我们通过手持GPS与全站仪或RTK等高精度测量的野外实测对比，对这一问题进行初步的定量。
2.技术方案
2.1对比作业的基本条件
2.1.1自然环境对GPS设备作业的影响因素较少，植被覆盖较少且基本没有密集的房屋，无高压线、无线电信号塔台等大功率的电磁设备。从专业角度讲，在谈到定位精度时首先要考虑的是定位方法的原理和定位设备的制造工艺，而后才是定位方法和设备的合理性使用；从使用者角度出发，由于原理与工艺问题涉及到较多的专业知识的了解，因此通常只要求对原理与工艺作简单的了解，而对合理性使用作出一定的明确要求。GPS定位技术的核心，就是通过地面GPS设备接收天空中不同位置的GPS卫星发出的电波信号，并对这些电波信号进行测量和对比。那么，凡是可能对电波信号产生干扰的设备和物体都会影响测量的结果，在强电磁场附近、受植被或建筑物遮挡严重的位置、天空不够开阔的沟谷中，使用GPS设备采集的数据是不可靠的。
2.1.2为了保证对比实验的原始测量数据真实、准确、可靠，要求在进行对比作业的区域内，有满足全站仪或RTK测量等全仪器法作业的符合规范要求的完整的控制测量系统与成果。
2.1.3应保证所使用设备的状态正常、参数正确，全站仪及RTK测量仪器应通过检定并在合格的检定期内，手持GPS设备应进行严格的参数校正。
2.2对比作业的外业方法
2.2.1手持GPS的校正
首先应对手持GPS的转换参数进行精确校正，由于手持GPS设备种类较多，且各行业、各单位作业模式不同所造成的校正习惯不同，为保证校正参数的准确，需要对这一过程进行统一的规定。
2.2.2对比作业
对比作业分为正常测量与跟随测量两步进行，正常测量采用手持GPS按照正常作业规范及设计要求进行测点布设与测量，跟随测量采用全站仪或RTK设备对手持GPS的测量点进行精确测量。如遇对GPS设备作业有明显影响的环境，则跟随测量不进行作业，以尽可能减少外界因素对测量对比结果的影响。
2.3对比实验的内业方法
采用EXECL软件对外业采集的数据进行对比计算，对差值较大的测量点应进行逐一分析，分析所有对测量结果有可能造成影响的因素，如属于系统误差则可对系统误差进行剔除，如影响因素无法剔除则将该测量点结果从对比数据中删除，保证对比结果的真实、准确。
3.数据分析
经过几年的积累，我们对标称精度同样为5-10米的几种手持GPS设备进行了对比测量实验，共采集了6229个达到对比条件要求的实测坐标数据，通过对这些数据进行分析，按照点位差值 每0.5m一级的级差进行分类统计，结果如下表：
图1 误差分布图
通过对差值数据的误差分布形态进行分析，整体形态上峰值明显，峰值两侧的对称形态较好，对比误差正态分布曲线，基本可以确认数据的整体可靠性。
2、测量精度统计
以高精度仪器的测量结果作为最或然值而对手持GPS的测量误差进行统计，测量中误差的计算按照下式进行：
式中：m——测量点中误差
——第i个点用手持GPS测量的X坐标值
——第i个点用高精度测量仪器测量的X坐标值
——第i个点用手持GPS测量的Y坐标值
——第i个点用高精度测量仪器测量的Y坐标值
n——总观测数，i=l，2，……n。
我们对6229个坐标数据的点位测量误差值进行统计计算得出：测量点位中误差为2.865米。从误差结果统计表中我们可以发现：大于两倍中误差的数值比例为3.5%；大于三倍中误差的数值比例为0. 4%。
我们通过星历预报发现，在对比测量的时间内，总体PDOP值的变化规律为早晚低、中午略高，而我们对所有数据进行分时精度统计，结果如下：
时间 定位精度 时间 定位精度
8-9时 2.395m 9-10时 2.666m
10-11时 3.372m 11-12时 2.803m
12-13时 3.102m 13-14时 2.892m
14-15时 2.725m 15-16时 2.646m
16-17时 2.925m
从分时统计结果中我们可以发现，测量精度与PDOP值的变化成正相关关系，这也说明，PDOP值的大小对测量结果会产生一定的影响。但当PDOP值小于一定数值时（通常为4），由此产生对测量结果的影响是较小的，可以忽略。
4、结论
通过以上所述的对比实验的结果，可以得到这样的结论：对于目前市场上常用的标称精度为5—10米的手持GPS设备而言，在能够得到精确校正且作业环境较理想的条件下，以两倍中误差为限差，单机实时定位基本可以满足定位精度要求在6米以内的测量作业需要。当然，这个结论仅是建立在对几种在我们安徽地矿系统常用的手持GPS设备所做的对比实验基础上的，在具体作业时还是要以具体设备的情况来确定所能达到的定位精度。另外，采用后差分技术还可以在一定程度上提高定位精度，这里就不作探讨了。
作者简介：
韩昱，1970年出生，地质测绘工程师，长期从事地质测绘與物化探测量工作。