全球定位系統在GIS數據采集中的應用分析

劉長新 張廣華

摘?要：全球定位系統是利用接收到的衛星信號可以確定目標點的精確位置，而這種技術在GIS數據采集過程中具有非常明顯的優勢，GIS是可以對地理信息進行采集、存儲、和描述。本文基于GIS數據采集，在指出傳統的信息采集方式缺陷的基礎上，介紹了GPS定位原理及應用方法。

關鍵詞：全球定位系統?數據采集?GIS?GPS

中圖分類號：P288.4?文獻標識碼：A?文章編號：1003-9082（2020）10-000-02

引言

地理空間數據是GIS的重要內容，而數據采集是建立系統的一項最基礎性的工作，而且工作量大。然而，在全球定位系統技術應用到GIS系統中之后，不僅減輕在數據采集的工作量，而且提升了定位精度。

一、相關概念及GPS定位原理

1.相關概念

1.1全球定位系統的概念

全球定位系統的簡稱為GPS，從它的總體構成來看，這一系統主要由三個子系統所組成，一是由24顆衛星組成衛星星座系統，每個軌道分布了4顆衛星，這種的空間分布之后，觀察衛星運轉情況就不受時間、地點限制，而且可以在全球范圍內進行24小時的定位;二是地面監控系統，這一系統的主要功能是觀察和監控24顆衛星的運行以及相關運行設備的情況，如果發現設備故障或者衛星偏離了預定軌道，那么這一系統就會發出預警信號;三是用戶系統，這一系統的功能主要是對采集數據的處理，它是由數據處理的軟件、硬件等部分組成。

1.2GIS的概念

GIS指的是地理信息數據采集系統，當然，這一系統的功能除了數據采集以外，還具有數據存儲、分析的功能。GIS數據獲取的地理信息非常準確、全面，除了獲取空間位置信息以外，還可以獲取地理目標的類別、高度、植被覆蓋等綜合信息，因此，可以廣泛應用于城市交通規劃、國土資源監測、災害檢測等多個領域。

2.全球定位系統采集GIS數據的原理

全球定位系統的應用，大大減輕人傳統的數據采集方面的工作量，而且數據更為全面準確。GIS數據是對現實地理信息的綜合體現，因此，全球定位系統的應用中，首先是采集地面地理信息，然后將這一信息輸入到GIS數據庫。因此，數據采集是整個GIS的基礎環節，當然，傳統以來來所采用的野外采集、航測、掃描采集方式都存在不準確的現象，而應用全球定位系統則能較好地解決這一問題，因為全球定位系統可以采集到地面信息的屬性數據，比如道路的長度、寬度、等級各方面的信息。全球定位系統這一功能的實現，是因為這一系統配有電子手簿，可以對任何采集到的信息進行的特征和屬性項的輸入，而數據采集之后，只需應用相關對數據進行后續處理，就可以得到用戶所需要的信息。

二、傳統的GIS數據采集方式及其缺陷

在全球定位系統的應用之前，在GIS數據采集方面大多采用野外采集、航測、掃描采集方式，而這種方式不僅工作量大、同期長，而且采集的數據不夠精準。

1.利用現有地圖資料

在GIS數據采集方面，如果是將現有地圖資料錄入到系統之中，那么通常會采用兩種方式，一是手扶跟蹤矢量化，也就是將現有地圖資料掃描到系統中，然后形成柵格化矢量圖，但是這種方式需要手扶跟蹤各個要素，如果操作人員稍有疏忽，就會形成數據的混亂;二是自動掃描矢量化，也就是將現有的圖幅掃描到系統中，然后建立矢量圖，但這種方式的成本投入較大，對硬件設施的要求高。

2.利用圖像資料

在利用圖像資料的過程中，需要采用高質量、高科技含量的硬件設備，也就是說，采用數字攝影測量儀器采集航攝像片或衛星影像，雖然這種方式的精度相對較高，但運行成本過大。

3.實地測量

所謂實地測量，指的是在野外建立測量站，采用GPS技術、電子全站儀設備建立精度高的地形測圖，這種方式雖然生成數字地圖精度高，但依然存在速度慢、工作量大的缺陷。

三、全球定位系統在GIS數據采集中的應用

由于全球定位系統在GIS數據采集中的應用時間不長，應用經驗不足，在關鍵技術方面面還存在一定的技術短板。本文綜合運用最新理論研究成果以及實踐應用經驗，對全球定位系統在GIS數據采集中的應用分析如下。

1.數據采集的實施

1.1作業方式的選取。隨著全球定位系統應用技術的不斷升級，雖然在定位方面的作業方式的選取方式存在靜態、動態化的多種方法，但本文僅選取認為動態差分后處理方式進行分析，在具體操作中，首先選取兩臺性能相同的設備，分別安置在基線的兩個端點，然后將其中的一臺設備作為基準站，另一臺設備作為流動站，當然，開電腦PC機的菜單設置時，需要分別定義流動站和基準站的名稱，在具體操作時，還需要設置采樣率和衛星截止角，以提高作業效率。

1.2基準站的設置。將位于基準站點的GPS接收儀與天線連接起來，然后將其安放到高處，之后就開始接收記錄衛星數據。當然，GPS接收儀安放點的坐標要事先計算設置，否則難于準確定位。一般來說，GIS數據通常需要設置多個基準站，每一個基站的坐標確定以后，對各個采集點的定位儀命名，以方便數據查找。

1.3移動站屬性的編制與設置。將需要定位的地理信息輸入到GPS數據庫，系統會根據地理位置的屬性信息進行編制，屬性庫編制之后，系統按地類代碼分層。然后進行移動站的設置，在操作中，只需把基準站的GPS接收機打開，就可以看到設置菜單，在設定的菜單里選擇相應的程序即可。

1.4數據采集的實施。在前期準備工作完成之后，然后定位操作人員手持GPS接收儀走出戶外，操作人員的行走路線可以根據數據采集的需要而定，同時，為有效接收信息，還可以將外置天線固定在遮陽帽上。操作人員在規定的范圍行走一圈之后，便完成了一個封閉完整的曲線的采集，這時，操作人員在記錄好相應端點數據并寫上連接的順序。

2.GPS內業坐標轉換

GPS定位儀自帶數據處理軟件，同時，在數據處理中還需要采用相應的坐標轉換軟件，這是數據處理必備的兩個軟件。在具體的操作過程中，首先是做差分處理，而差分處理需要運用基準站和移動站所采集的數據，相關數據發送到計算機PC端以后再基準站坐標輸送到電腦，在系統對數據進行處理之后，會自動生成處理文件，當然，數據處理文件格式需要操作人員事先設置。具體流程如下.

2.1坐標轉換

不同的地理位置，通常要以坐標系的形式體現出來，目前，坐標系的表達方式有多種，比如直角坐標系、空間大地坐標系、WGS-84世界大地坐標系、國家大地坐標系等。因此，基于不同的全球定位系統所采集的數據庫信息，在數據處理時就需要進行轉換。

2.2坐標系統的轉換

由于全球定位系統采用了WGS-84世界大地坐標系，這一系統的數據與GIS數據庫就存不匹配的問題，因此需要將WGS-84世界大地坐標系進行轉換，使之與GIS數據庫一致。目前，北京54坐標系是我國定位系統常用的坐標體系，因此，在數據處理過程中，還需要將WGS-84世界大地坐標系進行轉換，使之與北京54坐標系相對應。另外，在坐標轉換的同時，還要進行投影變換，這樣才能得到完整的、符合數據庫要求的坐標位置形式。

2.3數據采集后的處理

對于通過各種方式采集到的地理信息數據，在完成數據采集工作之后，都需要進行數據采集后的處理，然后輸出各種格式的數據。在此過程中，數據都是通過相應的軟件進行處理，因此，選擇何種軟件就顯得非常關鍵，合格的軟件系統必須符合以下要求：一是能夠對各種格式的進行輸入輸出處理，二是采用集成式系統架構，方便用戶操作，三是具有導航或跟蹤功能，提升數據采集速度。

3.GPS數據處理

地理數據信息采集之后，除了要對其進行坐標系轉換以及軟件選擇之外，觀測數據的預處理、平差計算，也是GPS數據處理重要環節。

3.1觀測數據的預處理。觀測數據的預處理，指的是對數據進行編輯、加工，并按不同的格式進行歸類，只有對數據預算理科學合理，下一步的平差計算結果才更為精準。通常情況下，觀測數據的預處理的方法大多要通常建立數學模型，然后采用評價數據質量的標準進行分析，在此基礎上，對信息數據進行傳輸和分流，當然，這種預處理后的數據只是數據的加工，為了統一不同來源衛星軌道信息的表達方式一船須采用多項式擬合法，使觀測時段的衛星軌道標準化。

3.2平差計算。平差計算的主要內容包括三個方面：一是同步觀測的基線向量平差，即同一基線邊、多歷元同步觀測值的平差計算;二是GPS網平差，利用上述基線邊的平差結果，作為相關觀測量，進行網的整體平差;三是坐標系統的轉換或與地面網的聯合平差，GPS網在WGS-84坐標系統中的平差結果，尚需按用戶的要求進行坐標系統的轉換，因此需要進行兩網的聯合平差。

結語

GIS數據采集是GIS系統的一項最基礎性的工作，長期以來，GIS數據采集方面大多采用野外采集、航測、掃描采集方式，而這種方式不僅工作量大、同期長，而且采集的數據不夠精準，全球定位系統的應用，大大減輕人傳統的數據采集方面的工作量，而且數據更為全面準確。全球定位系統在GIS數據采集中的應用主要表現在全球定位系統在數據采集的實施、GPS內業坐標轉換、GPS內業數據處理三個方面。

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作者簡介：劉長新（1983.2—），男，漢族，吉林德惠人，本科，工程師，研究方向：地圖制圖。