手持GPS在验收水土保持梯田项目中的应用
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摘 要：面积验收是水土保持梯田项目验收中一项最为关键的环节之一，也是验收项目工程量是否合格的重要依据。目前，梯田面积测量的方法和议器较多，相关规范标准对测算的方法也没有统一的规定。本文采用查阅文献、调查访问、设样地调查等方法，对手持gps在测量验收梯田面积方面的应运进行了研究。结果发现手持GPS因其体积小、携带方便、测量时间短、工作效率高等特点，受到了很多基层水土保持工作者的欢迎。但在测量时一定要考虑外部环境条件、面积大小、测量方法、仪器种类等，以提高面积测量的精确度。
1 手持GPS测算面积的原理
GPS（GlobalPositionSystem）全球定位系统是美国国防部开发的具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的卫星系统，卫星不断地发射自身的星历参数和时间信息，GPS信号接收机接收到信号后，根据三角公式计算可以得到接收机的位置，三颗卫星可进行2D定位（经度、纬度），四颗卫星则可进行3D定位（经度、纬度及高度）。GPS给测绘界提供了一种新的测量方式。GPS每秒更新一次坐标信息，所以可以记载自己的运动轨迹。定时采样可以规定采样时间间隔，比如 1秒，每隔间隔时间记一个足迹点。它会把足迹线转化为一条 “路线”，路线是GPS 内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若干中间点的坐标，路点的选择是由GPS内部程序完成的，一般选用足迹线上大的转折点，通过GPS的定位数据可以对不规则地形进行定位测量。
2 手持GPS测算面积的方法
手持GPS主要提供了两种测量面积的方式：航迹法与航线法。
2.1 航迹法
在测量面积的起始点定点，在主菜单界面，选择“航迹”，在 “记录航迹”后面选择“关闭”，然后再选择“打开”，绕着要测量地区的边缘走一圈以后，保存一个终止点，再在 “航迹”页面的“记录航迹”选项选择“关闭”。然后选择“保存”，把这条行走的轨迹保存下来。保存的时候要选择起始点，然后再选择终点，这样就可以在这条航迹的信息里面读出这块区域的面积。
2.2 航线法
在“主菜单”的“航线”选项里面，新建一条“航线”的名字。然后在所要测量地物的边缘的一些拐点处停下来，按“存点”快捷键，接着按“菜单”键，选择“加入航线”，然后再选择刚刚新建的这条航线的名称，最后按“输入”键即可。打开“主菜单”，选择 “航线”，找到刚才新建的这条航线，按 “菜单”键，选择“计算面积”，即可得知所测地物的面积（接着按“输入”键即可更改面积的单位）。
3 选用的仪器
现在市场上GPS产品的种类很多。本次我们选用的仪器分别为北京合众思壮科技有限责任公司生产的GPS72和集思宝。
4 应用的对象
2011年4月2日，同心县水务局与农业综合开发办公室组成联合验收小组，在同心县下马镇对陕甘宁地区水土流失综合治理项目同心县陡沟区王古窑片区进行了自验。此次验收中，我们首次采用手持GPS对项目建设梯田面积进行量算。
该项目区位于同心县东部下马关镇境内，属苦水河流域。项目区总面积155.11km2，水土流失面积122.17 km2，人口1.71万人。项目区划分为王古窑、申家滩、池家峁3个片区。建设期3年，2010年为项目实施第一年。主完成建设内容为：新修水平梯田8750亩，营造地埂林875亩，修建蓄水池1座，配套田间道路30.63公里。水平梯田地块根据实际地形共划分为14个，其中最小的一块面积为57亩，最大的一块面积为2271亩。
为了验证手持GPS适用对象及精度，我们选择大小不等的多个地块用GPS和全站仪分别测算，得到的结果是：当测量的面积较小时，手持GPS测量的结果与全站仪相差较大，特别是当面积小于1亩时，手持GPS甚至测不出面积。当面积逐渐增大时，手持GPS的相对误差越来越小，当测量面积达到0.7hm2（约10亩）以上时，相对误差即可达到面积测量控制的误差限度内，即相对误差小于1/200（0.5%）。根据手持GPS测量原理，及对所测结果进行分析，当面积较小时，手持GPS受卫星信号的影响，测量误较大，精度不高。随着测量面积的增大，此影响越来越小，因而测量结果较准确。因此，当地块面积较大时，可以采用手持GPS测量，当地块面积较小时，可以考虑采用其他方法进行测量。
5 数据采集与结果分析
手持GPS提供了两种测量面积的方式：航迹法与航线法。对于不规则的待测区域，可以使用航迹测面积；对于较规则的待测区域，可以使用航线测面积。如果已知了某个待测区域的边界点的坐标（或到实地测量），就可以通过航线测面积的方法，将边界点所围的面积计算出来。航迹测面积的方法更适合用于测量较大区域的面积，对于较小的区域建议使用航线测面积的方法来测量。
从理论上讲，测算坡改梯地块这样的不规则形状的地物，采用手持GPS航迹法比航线法会更加准确和接近实际。当然也要根据现场的情况来决定，如果现场边界为规则形状，也可以使用航线法来进行测量。甚至可采用几何的方法来测算面积。总之，以提高测算精度为前提。
采用航迹法测量时，行走的速度应保持匀速，切忌忽快忽慢，否则会影响测量结果的准确性。在行走过程中，遇到拐弯处，可多停留一段时间，待坐标位置显示末位数停止变动后，才能确定点位，再继续行走，直到回到出发点。
另外，对不规则形状的边界，如果采用航线法测量面积时，边界上所选的点越多测量结果越精确。边界上所取的点越多，越接近实际形状，所测量的面积结果越精确。采用航线法测量时，每个点的坐标获取尽量采用取平均值的方法，而且停留的时间越长测量结果越精确。
手持GPS现场数据采集好后，通过数据线与电脑联接，就可将数据导入MapSource地图数据处理软件，从而实现在电脑上浏览数据及编辑数据，还可生成图形，通过该软件转换成*.dxf格式，在Autocad软件中进行编辑及输出。
6 主要特点
手持GPS因其体积小、定位快、好操作、价格便宜、携带方便、精度亦能达到一定要求，而且有测量时间短、工作效率高等特点，受到了很多基层水土保持工作者的欢迎。
7 注意事项
（1）手持GPS测量受卫星星历、传播途径和接收机误差的影响，故在小面积测量中手持GPS误差偏大，但随着面积的增大，绝对误差基本不变，相对误差减小。从理论上讲，使用GPS可避免很多人为误差。
（2）由于目前市场上不同型号、不同精度的GPS所测结果差异较大，因此在选择机型时，一定要购买精度较高、对卫星信号接收能力强、测算较为准确的仪器，保证测量结果的可靠性和准确性，以便为验收提供科学、准确依据。
（3）手持GPS进行梯田面积测量时，规则形状采用航线法较好，不规则形状采用航迹法较好。采用航迹法测量时，行走的速度应保持匀速，不宜较快或忽快忽慢。对不规则形状的梯田地块如果采用航线法进行测量，在所测地块边界上选的点越多测量结果越精确，同时每个点上接收信号的时间越长越精确（获取平均坐标），定位时长应在4～5rain才能保证有稳定的观测效果。
（4）通过实测并参考相关文献的研究结果，通常情况下测量面积在0.7hm2以上时，测量2～3次，取其平均值，就能够满足测量的精度要求。测量面积在0.7hm2以下时，采用罗盘仪导线测量法较好，如果选用精度较高的GPS，可多测量几次，取其平均值，以更好地满足测量的精度。
作者简介
马全文，水利助理工程师。