高山峡谷区手持GPS样地定位误差影响因素分析

第 1期 2008年 3月 四川林勘设计 SICHUAN FORESTRY EXPLORATION AND DESIGN NO．1 M ar．2008 高山峡谷区手持 GPS样地定位误差影响因素分析 张国庆 ，黄从德 ，郭恒 ，邓彪。， 唐宵 ，吴小山 ，李江 ，刘闯 (1．四)il农业大学林学园艺学院，四)il雅安 625014； 2．汉 源县 林业局 ，四)il汉 源 625300；3．马 边县林 业局 ，四 )il马 边 614000) 摘 要；在高山峡谷区内不同林分类型 中设置样地 38块，进行 GPS定位误差试验，结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，高 山峡谷 区手持 GPS定位误 差的波动 较 大，其值介 于 5．102—18．181m 之 间，区域 平均误差为 8．261±3．327m；手持 GPS定位误差与其三维误差及林分郁闭度存在显著正 相 关关系，且在不 同坡位 ，定位误差的 差异较 显著 ；手持 GPS定位误差 也会 因天 气状 况的 不 同而产生变化 ，但这种 变化 并不明显。 关键词：手持 GPS；定位误差；影响因素 随着 GPS技术的不断发展和完善，手持 GPS 卫星定位仪在林业领域发挥了越来越重要的作 用。手持 GPS有体积小、重量轻、便于携带的特 点，适用于一般性的地理数据采集，它可以直接按 坐标确定样地的位置，解决了小比例尺地形图找 明显地物为引点不易的难题 。并且还大大减少了 野外作业工作量，提高了工作效率。但是，手持 GPS在林业上进行面积测量、样地定位的误差研 究却很少，本文就高 山峡谷 区手持 GPS的应用进 行探讨 。 1 材料与方法 1．1 研究区域概况 天全县位于四川I盆地西缘，二郎山东麓，邛崃 山脉南端，属于半湿润常绿阔叶林区的中亚热带 常绿阔叶林带。东西距离约 60kin，南北宽度约 50kin，总面积 2394km ，总人 口约 15万 。区内主 要地貌为丘陵和山地，其中丘陵占1．5 ，山地占 98．5 。全县平均海拔为 5000m，年平均气 温 15．1℃，1月份平均气 温 5℃，8月份平均气温 23．7 C，年平均降雨量达 1735．6ram，年平均日照 时数为 964小时。天全县系四川省重点林业县之 一 ，森林资源丰富，林地面积达 14万 hm ，活立木 总蓄积量 1800万 rn。，森林覆盖率5O．2 。 本研究选择在该区域内的紫石、城厢、始阳三 个乡(镇)进行 。 1．2 研究方法 1．2．1 坐标系统的转换 GPS导航系统所提供的坐标属于 wGs一84 坐标系(经纬度坐标系)，但是本研究所使用的地 形 图 属 于高 斯 投影 的 1954年北 京 坐标 系 ，即 BJ一54坐标系。两坐标系之间存在平移和旋转关 系 ，对于同一点坐标 ，两坐标系之间存在着很大的 差异。因此，为解决现地绝对定位问题，必须进行 坐标转换 ，输入相应 的转换参数 。 (1)坐标系转换模型。大地坐标转换为空间直 角坐标的公式如下： X 一 (N-[-H)*cosB*cosL； Y 一 (N-[-H)*cosB *sinL； Z— I-N*(1一 e。)-[-H]*sinB； N — a／(1一 e。sin B)1／2。 X、Y、Z为地心坐标系的空间直角坐标 ；B、L、 H为地心坐标系的大地纬度、大地经度和大地高； N为椭球的卵酉圆曲率半径；e 为第～偏心率；a 为椭球长半轴的半径。 (2)坐标转换参数的确定。坐标转换的椭球参 数见表 1 * 收稿 日期 ：2007一l1—1 9 作者简介：张国庆 (1 982 )，男，四川万源市人，硕士研究生，主要从事森林经理和 3s技术应用研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com 72 四川林勘设计 2008年第 1期 表 1 椭球参数表 根据研究区域内已知的wGS一84和 BJ一54 坐标系的B、L、H值及上表各值由坐标转换公式 可 求得 wGS一84和北 京 54坐标 系 的 X、Y、Z 值 ，用所求得 的 wGS一84坐标系的 X、Y、Z及 已 知的a、f值减去 BJ一54坐标系的对应值，其差值 即为实现坐标系统转换的五个参数。 通过计算，求得本试验区域的五个坐标转换 参数为 ： DX：一 2．0m DY ：一 98．0m DZ：一 45．0m DA：一 108．0m DF：+ 0．00000050 1．2．2 参数设置 首先是坐标格式的设定，包括中央经线 (即 研究 区域所处坐标带的中央经度值：El05。00 00 )、投影 比例 (+1．0000000)、东 西偏 差 (+ 5000000．0 m)和南北偏差 (O．0 m)。其次是坐标 系统的设定，用研究区域的五个坐标转换参数加 以设定。 通过以上的坐标转换和参数设置，即可解决 手持 GPS的现地绝对定位问题。 1．2．3 手持GPS定位误差的计算 利用定位精度高的电子经纬仪在样地中随机 定位并确定一样点，在地形图上查出该点确切坐 标，将坐标值输入手持 GPS中，然后利用其导航 功能进行定位，手持 GPS所定点与经纬仪所定点 的差值即为手持 GPS定位误差。 1．3 试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 (1)在研究区域内的城厢镇和始阳镇，选择地 理及地形条件相似，所处坡位相同的林分中设置 样地 23块，在相同的天气状况下进行定位，同时 记录手持 GPS三维误差和林分郁闭度，分析二者 对手持 GPS定位误差的影响。 (2)在紫石乡境内，在林分状况相似、天气状 况相同的条件下，分别在山顶、山腰和山脚各设置 5个样地并进行定位。并在山顶的 5个样地中随 机选择 3个，重复两次在雾、晴、雨的天气状况下 定位，探讨样地坡位及天气状况和手持 GPS定位 误差的关系。 整个试验共设 置样地 38块 ，于 2005年 3—5 月完成。 数据处理 和分析采 用 SPSS10．0软件和 Excel进行 。 2 结果与分析 2．1 地貌的影响 在高山峡谷区内，手持 GPS定位误差的波动 较大，其值介于 5．1O2—18．181m之间，区域的平 均误差值也较大，为8．261±3．327m。从表 2可以 看出，手持 GPS在不同的试验地点也存在一定差 异，这可能是高山峡谷区独特的地貌特点造成的。 表 2 高 山峡谷区手持 GPS定位误差 2．2 手持 GPS三维误差及林分郁闭度的影响 将定位误差同手持 GPS三维误差及林分郁 闭度进行相关性分析，结果表明，定位误差同手持 GPS三维误差及郁闭度均呈线性正相关关系(图 1、2)，且线形关系显著(表 3)，这表明，手持 GPS 定位误差随手持 GPS三维误差及郁闭度的增大 而增大。手持 GPS三维误差为卫星星历、卫星钟 等天然因素引起的手持 GPS本身固有的误差，是 手持 GPS在进行定位时接收卫星信号能力强弱 的一种指标。手持 GPS在卫星信号较好时，定位 的准确度也会相应提高，定位误差就相对较小；在 卫星信号较差时，定位准确度较低，定位误差就相 对较大。而林分的郁闭度也在一定影响了手持 GPS接收卫星信号 的能力 ，郁闭度越大，手持 GPS接收到的信号就越弱，定位误差也就越大。 表 3 定位误差与三维误差、郁闭度 相关显著性检验 (p山腰>山 顶。手持 GPS定位误差也会随天气 的变化而有所 不同，表现为雾天(7．209±1．388m，n一6)>雨 天 (6．241±0．838m，n一 6)> 晴 天 (5．731± 0．414m，n-----6)。但在不同天气状况下 ，手持 GPS 定位误差的差异并不显著(表 4)。这表明天气变 化对手持 GPS定位误差的影响非常有限。 在山顶，样地处于高山峡谷区内相对开阔的 地带 ，手持 GPS受到 的影响较小 ，定位误差也较 小；而在山腰和山脚，由于多种因素的共同作用， 手持 GPS接收卫星信号的能力相对较弱，故其定 位误差也相对较大，尤其是在山脚，由于其一般位 于峡谷区的交错地带内，封闭度高于山腰和山顶， 且该坡位的人类活动痕迹更为明显，传输至 GPS 中的卫星信号可能会受到更多的外在干扰，因此 其误差值最大，已超过了 15m。在这种情况下，应 谨慎使用手持 GPS，可以考虑综合利用手持 GPS 和罗盘仪的优势，以提高测量精度。值得注意的 是，在本研究中，不同的部位同时也表现为不同的 海拔梯度，而海拔的变化是否对手持 GPS定位误 差的大小施加了影响，还有待进一步研究。 表 4 不同部位及不同天气状况手持 GPS定位 误差平均值差异显著性检验(p