測畝儀在農田面積測定中的精度研究

石天琪，吳玉德

(延邊大學農學院園藝園林系，吉林延吉133000)

測畝儀又名土地面積測量儀、手持式測畝儀等，集成了高精度的GPS定位系統、精確的面積測算方法和智能化掌上電腦系統，能實現不規則面積實時測試、動態圖形顯示和數據智能化處理和儲存［1］，適用于農田、綠地、森林、水域、山坡等面積測量。測畝儀在農業資源調查和監測、林地勘驗、造林驗收、病蟲害評價及林業案件技術鑒定等方面都得到了廣泛應用。與傳統的羅盤儀測定面積相比，采用測畝儀測量面積省時、省工、省費用。利用測畝儀進行農田面積的量測，成為近年來農業生產經營中農田面積測量的重要手段之一和發展趨勢。但是由于一般的測畝儀單點定位的標稱精度為7～15 m［2］，此精度并不能滿足實際測量要求，用其進行農田面積測量時必然會產生一定的面積誤差，因而，只有對其誤差進行研究并糾正，才能使其在農業生產中得到真正的應用。

分析現有的測畝儀對農田面積測量方面的研究表明，其研究成果較難或不能直接應用于農業生產。利用差分技術或秩虧自由網平差［3］等方法進行面積誤差糾正，雖然精度較高，但需要較為復雜的技術支撐，要求較高，在很多地方都難以實現，后者需要進行皮尺的輔助測量，且需要進行復雜的內業計算，這些方法的可操作性都比較差;其他的一些研究則未能對誤差規律進行全面、系統的研究。為此，筆者對測畝儀在農田面積測定中的誤差規律性進行初步研究，旨在為今后的生產實踐提供參考。

1 研究方法

1.1 實地光電導線測量 選擇不同面積、不同地形的A、B、C 3塊土地作為面積測量對象，用全站儀(徠卡TS02)和RTK(南方S86)分別對A、B、C 3個地塊進行多次測量，對多次測量結果取平均值作為3個地塊的面積真值。測得A區面積為1 188.09 m2，B 區面積為 6 673.12 m2，C 區面積為17 540.52 m2。

為了進一步研究測畝儀在農田面積測定中的誤差分布規律，另外再選擇20個面積不同、形狀不同的地塊，用相同的方法分別測量計算出面積真值。

1.2 測畝儀測量 用不同型號的測畝儀(南方S760，集思寶350，Garmin eTrex Venture奇遇)在不同時間、不同天氣的條件下分別對A、B、C 3個地塊的面積進行測量(表1)。用測畝儀分別對20個地塊的面積進行多次測量，所得數據與已知面積進行對比，結果見表2。

表1 測畝儀測量區域A、B、C面積結果m2

2 數據處理與誤差分析

2.1 誤差計算 將用測畝儀測定的A、B、C的面積與已知的面積對照，計算出相對誤差，相對誤差=(測畝儀測量值－面積真值)/面積真值(表3、4、5)。

2.2 誤差分析

2.2.1 數據分析。為了更加直觀地表現測畝儀測量面積的相對誤差(%)與測量區域面積(m2)大小之間的規律性，將選取的20個地塊真實面積與測畝儀的相對誤差繪成折線圖(圖1)。

由表1可知，區域A、B、C面積在不同時間、不同天氣下的變化和平均值，天氣的不同對測量結果影響均為隨機影響。從表3～5可以看出，利用測畝儀測量面積時相對誤差在0.2% ～7.5%，基本上在農田面積測量誤差允許范圍內，將所有觀測的數據取平均值后相對誤差較穩定，基本滿足實際生產中相對誤差5%的要求，說明測畝儀測量面積時，需要多次重復測量，才能消除或者降低誤差，提高觀測的精度，保證面積數據的準確性。從圖1可以看出，實際面積與用測畝儀測量的面積的相對誤差隨著實際測量區域面積的增大而減小，在實測面積小于0.27 hm2時，相對誤差較大，多數都在15%以上，當地塊面積在0.27～1.00 hm2時誤差開始下降，當面積大于1.00 hm2時，誤差基本穩定在5%左右，表明在此范圍內測畝儀的單次測量結果與實際面積非常接近，基本滿足在實際生產中的測量面積的精度要求。

表2 測畝儀對地塊面積的測量結果 m2

2.2.2 理論分析。

2.2.2.1 來自衛星的誤差。

(1)衛星鐘差。在衛星測定與發射定位信息的時候，均要求其時鐘與地面時鐘同步，它們與理想的GPS時之間存在著難以避免的偏差，約1 ns以內(1 ns=10－6s)。在相對定位中，可以通過觀測量差的方法消除［4］。

表3 測畝儀測定區域A面積與面積真值對照m2

表4 測畝儀測定區域B面積與面積真值對照m2

表5 測畝儀測定區域C面積與面積真值對照m2

圖1 實際面積和相對誤差

(2)衛星軌道偏差。衛星在運行過程中，受到多種攝動力的影響，而這種影響靠在地面的監控是無規律可循的。忽略軌道誤差，不考慮衛星軌道實際存在的誤差，以導航電文中獲得的信息為準，適用于測量精度要求較低的單位。

(3)衛星信號傳播的誤差。大氣折射誤差，即信號在傳輸過程中，受電離層與對流層折射的影響。多路徑效應影響，是指地面接收機在收到衛星直接傳輸信號的同時，還受到經周圍建筑物反射后的衛星信號，從而產生的誤差。

2.2.2.2 來自測畝儀自身的誤差。主要有接收機鐘差、天線相位中心誤差和載波相位［5］觀測的整周不定性影響等。

2.2.2.3 人為因素造成的誤差。主要有觀測誤差、選取路線不恰當造成的誤差和測畝儀放置的位置方向不到位等，一系列無規律可尋的隨機誤差。人為誤差可以通過試驗前充分的準備和試驗中的謹慎操作盡量避免。

3 結論

測畝儀所測得數據相對誤差可達到5%，滿足農田面積測量的精度要求。建議當測量面積小于0.27 hm2時應進行多次測量，提高數據的準確性;面積接近以及大于0.27 hm2時測量誤差較為穩定，可以進行幾次或一次測量即可。測畝儀在雨、陰、晴等氣候條件下，測量數據受天氣的無規律影響，還與地形和設備本身的配置有關。在使用測畝儀測量農田面積的時候，要考慮農田面積的大小和對數據準確度的要求是否適合測畝儀的測量，且考慮到來自衛星的誤差，建議選擇場地較為開闊天氣狀況較好的情況下使用。

［1］吳明亮.使用導航定位手持機勘測山林過火面積［J］.刑事技術，2005(2):53.

［2］周科亮，馮仲科，張學培，等.林地面積的手持GPS量測［J］.測繪科學，2003(2):48 －49，62 －71.

［3］羅六偉，康敬國，杜利勤，等.GPS接收機在退耕還林工程實施中的應用［J］.河南林業科技，2005(2):46－54.

［4］鄭成才，黃亮，吳建林，等.GPS在森林調查及面積勘測上的應用［J］.武夷科學，2010(00):69－75.

［5］張麗娜，楊志強，歐龍，等.手持式GPS定位誤差的研究［J］.工程地球物理學報，2006(6):478－483.