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原文英文选自：
Journal of Earth System
Science, 2011, V
olume 120, Number 2,
Pages
215-221
RTK
- GPS
和全站仪在土地测量应用的评估
< br>实时动态全球定位系统
(RTK)
和全站仪
（
TS
）
的精度被运用于<
/p>
GIS
环境的调查研究。
在地质评价时，
克里格法利用球形，指数和高斯模型。调查结果显示，运用高斯模型能
够完美诠释
3.5
公顷或者更小的面积，但是，解决更大的面积时则需要借助球状
模型。
当建筑区域以外的测量点被剔除时，
可以观测到
60CM
的垂直误差和
30CM
的水平误差。
每测点的最佳面积被预设为
20x20m
，用以提高测量的准确性。这种情况下，研究表明，
一个不准确
的调查可能会导致成本超过估计可达
27
％
。
1
、简介
许
多农业工程实践，需要大量投资。因此，准确的成本估算是项目的设计和施工的
关键。一
个不准确的观测所生成的地形图不会代表建筑区域。地形图也被用来描述子田
间管理区（
弗雷斯等
2001
）和特定地点的土壤管理（弗伦岑等
1998
）
。
实时动态全球定位系统（
RTK -
GPS
）是一个地形调查的组成部分。
RTK
技术用
于严格要求精度的实践。在
RTK
，
纠正
GPS
信号是通过
从已知位置的基准站接收机实
时传送到一个或多个流动站接收机来实现的。
随着近期
RTK-based GPS
系统的发展，
可
以通过补偿大气延迟，轨道误差和
G
PS
几何（
Ehsani
等
2004
）中的其他变量，获得
1cm
的水平精度。
satalich
和
Ricketson
教授（
1998
）报道，随时间变化的系统
误差，可
能影响的
RTK
-GPS
系统的垂直精度。
Clark
和
Lee (1998)
利用高程误差
4-9cm
的
RTK
-GPS
的设备
确定地形区域的大小。
Wilson
等人（
1998
）报道
RTK
-GPS
的衍生海拔在个别点
即使是极小的差异，也可
能导致坡度及集水区等参数的极大差异。
虽然
RTK - GPS
系统的成功应
用，
可以提高地形测量的质量，
但是仍有一些案例表
明
,
这些系统的准确性是值得商榷的。
任何自然或人为的障碍，
如树木和建筑物堵塞，
可
以使
RTK
系统的使用受限制或无法使
用。
在这种情况下，
全站仪能够派上用场。
borgelt
等人
（
1996
）
比较了
RTK - GPS
系统和全站仪的精度。
他们报道说，
海拔误差可
达
12cm
。
可用全站仪进行精确的测
量。
然而，
受现场条件的限制，
仪器不
总是达到其精度。
因此，
该系统在土地调查中被一起使用。
地统计方法，如克里格法被用于评估遵守第二独立调查的时间和成
本方面的地形
图。即使克里格不提供明确作为第二次调查的答案，它仍是一种有效而廉价
的技术（巴
顿
1999
）
。为了确保地形测量数据的准确性，克里格这种种地质统计技术，常被用于创
建预测图和空间统计量。同运用确定性差值的方法相比，克里格是一种不同的思维方式
的
预测。
在克里格中，
一个预测值取决于两个因素：
趋势和一个额外的元素变异。
例如，
在海拔上从低海
拔到山顶的上升趋势。不过，也有可能是因为峡谷，溪流，旋钮和其他
功能的变化（
ESRI
公司
2
006
年）
。可能是考虑到这些变化，克里格分配权全部或附近
点的一个子集称为
“
近邻
”
（
1984
年
Davis
和
Cul
hane
）
。为了找到的重量，调查点之
间的空间依赖性的信息应该被知道（
Dowd
1984<
/p>
年）
。一个半方差函数可以被用来表达
这
种空间依赖性（
Bras
和
Rodriguez-Iturbe
1985
）
。半变异函数可表示为（
Barton
等
1999
）
：
γ
?
d
ij
?
?
1
var
?
z
i
?
z
j
?
（
1
）
2
?
?
其中，
γ
?
d
ij
?
是
p
i
和
p
j
点半方差，伴随海
拔
z
i
和
z<
/p>
j
以及
d
的滞后距离。基于
“
内在假说
”
（
Delhomme
1983
年）
，方程（
1
）可以写成：
1
γ
?
d
ij
?
?
2
N
?
?
?
z
< br>N
1
i
?
z
j
?
（
2
）
2
?
其中
N
是对测量点的数量。按公式（
2
）
，半方差是在海拔两点距离
d
< br>的滞后之间
的平方差的预期值的一半。半方差函数的最大值，称为范围
R
。半方差函数的最大值称
为底
< br>S,
在达到一定距离时称为范围
R
。
该范围指出平均分离所需的观察的
z
i
z
j
和
是
不相
关的
(Barton
等
1999)
。观测试验和错误的做法，可以为不同滞后的大小和数量的根均
方
值，
选择最好的半变异函数模型
（<
/p>
2006
年
E
SRI
公司）
。
Sarangi
等人
（
2005
）
和
Johnston
等（
1996
）报道，滞后的大小
×
滞后数应小于数据库中最长距离的一半。其他半方差函
数模型参数，基底，金块，范
围和拟合模型类型的滞后滞后的大小和数量确定后，可以
优化观测最小的根均方误差（<
/p>
RMSE
）
。
一个典型的半变差和其参数如图
1
所示。
一个半方差函数模型的共同选择包括球形，指数，和高斯（
Christakos
1984
）<
/p>
。一
旦确定了这些半方差函数模型的最佳参数，一种叫做交叉验证
的技术，可以选择首选半
方差（
Davis
，
Barton
等人，
1999<
/p>
年）
。
本文的重点是评估
RTK -GPS
和
全站仪系统在农业工程设计实践的动态测量精度。
这一目标的实现需要通过达到以下具体
目标：
?
运用
RTK-
GPS
和全站仪系统评估测量数据的准确性。
?
利用
GI
S
和地统计学方法，以执行上述数据的质量分析。
?
调查工程设计调查数据质量的影响
。
图
2
数据集的表
基底值
半方差值（
< br>m2
）
块金系数
变程
距离
（
m
）
图
1
一个典型的半方差和它的组成
表
1
交叉验证错误统计
测量方法
半方差模型
读数量
RTK-GPS
球型
指数
高斯
球型
指数
高斯
球型
指数
高斯
749
749
749
62
62
62
64
64
64
M
0.00169
0.00204
0.02854
0.06690
0.07835
0.08864
0.05103
0.06118
?
0.0064
RMSE
0.4144
0.4185
0.6584
0.7904
0.8666
0.7338
0.8209
0.8828
0.795
ASE
1.526
1.781
2.045
2.308
2.730
1.271
2.207
2.544
1.442
MSE
0.00043
0.00062
0.01362
0.01510
0.01702
0.05160
0.01006
0.01251
?
0.0248
RMSSE
0.2765
0.2386
0.3207
0.3150
0.2876
0.5952
0.3665
0.3387
0.5457
表示数据
填加并显示图层
调查数据集的属性
选择模型创造表面
驴输出表面
做决定
搜索数据
拟合模型
预制块诊断
比较模型
图
3
拟合表面方法
RTK-GPS
（部分）
RTK-GPS
（全部）
M:
误差
;RMSE:
均方根误差
;AS
E:
平均标准误差
;MSE:
平均标准
差
;RMSSE:
标准均方根误差。
2
、材料和方法
2.1
测试网站的定位和数据收集
美国北达
科他州
efor
附近的一块五十公顷的土地被选为试验现场，<
/p>
因为没有自然或
人为的障碍，可以阻止卫星信号。该地区使用
Trimble 5700 RTK
–
GPS
（天宝导航有限
公司，位于加利福尼亚州森尼韦尔）测量
系统进行测绘。基站和
4
个参考点被建立在调
< br>查区的最高点之上。
调查点之间的距离是
15
米。
RTK - GPS
的连续
< br>TOPO
模式保持
5-10
公里
/
小时的速度运行（
Renschler
等
2002
）
。为了保持调查点线之间的距离相等，需要
使用手持
GARMIN GPSMAP 76C
GPS
单元
（
Garmin
国际公司，
堪萨斯州奥拉西）
< br>
GPS
单元。尼康
NPL
-350
（日本，东京，尼康
Geo
tecs
有限公司）全站仪引用了四个参考
点，现场校准测量约
3.5
公顷的土地的西北部分。车载
G
PS
和手持式
GPS
装置被用来
收集全站仪读数以便使数据尽可能接近的
RTK -
GPS
测量点。
2.2
数据处理
现有的地形数据最初存储为
点测量。每一点都有北坐标值，东坐标值和高程值。数
据处理是创造等高线图，可以用来
设计引水渠道欧特克（
Auto
desk
土地桌面
2006
，加
利福尼亚）
软件。
50
公顷的
RTK -GPS<
/p>
的系统调查和
3.5
公顷全站仪及
RTK
-GPS
的系
统创建三个层次。
现在起，
这些层将被称为
“
完整的
GPS '
，
'
全站仪
'
，
'
部分
GPS”
，
分别为
（图
2
< br>）
。
部分
GPS
数据将使我们观察到测量点的数量对测量质量的影响。
三个层次的所有观测数据包括北坐标、东坐标和高程值，都被保存在
Autodesk
作
为一个数据库文件（
DBF
）
。然后，使用<
/p>
ArcGIS
的地统计分析扩展进行统计学分析。
在分析、中，其结构化的过程如图
3
所示。
最后，要查看测量质量的工程设计对工程设计的影响，创建所有三个数据
集
（层）
比率是
4:1
侧边坡的
189
< br>米清洁水导流明渠。利用欧特克软件进行挖
/
填计算。<
/p>
图
4
全部和部分
RTK-
GPS
等高线图
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