手机等普通智能设备进行外业数据采集的精度及前景浅析

熊秋荣

摘要：手机等普通智能设备对于测绘行业外业数据采集者而言已经非常普遍，充分利用这些智能设备辅助进行数据采集具有十分明显的优势，本文对利用其进行数据采集时的精度及前景做了有益的探索。

关键词：智能设备;数据采集;精度;前景

数据显示，截至2019年6月底，地理信息产业从业单位数量超过10.4万家，产业从业人员数量超过134万，其中测绘单位从业人员超过48万人。随着手机等智能设备的不断普及，测绘人员基本上是“人手一机”，如果能将测绘从业人员手中的智能设备充分运用起来，比如将手机用于野外数据采集，促进测绘行业的发展。

一、智能设备辅助外业数据采集的发展历程及利用现状

1.智能设备辅助外业数据采集的发展历程

我们知道测绘行业中一直都有使用电子手簿（以下简称手簿）等辅助进行外业数据采集的历史，比如本世纪初，全站仪实现国产后，价格迅速下降，用全站仪进行外业数据采集的方法在测绘行业得到了迅速推广，由于当时大部分全站仪均存在内存较小、功能较为单一的问题，只能满足测角、测距、测坐标及施工放样等基本功能，为满足数字测图外业数据采集、数据处理及图形输出等的需求，与全站仪配合使用的手簿、掌上电脑等辅助设备也应运而生。而随着科技的发展，2010年左右GNSS-RTK（以下简称RTK）也迅速得到普及，各类手簿逐渐智能化，这种智能化的手簿及后期出现的各类平板更是快速的在行业内得到广泛应用。近年来手机、平板等设备也越来越智能化，也逐步用于辅助进行各类地理信息的数据采集。

事实上，前几年在全国进行农村土地确权及全国地理国情普查外业调绘时IPAD等智能设备便广泛用于外业数据采集，比如很多地区在进行外业调绘时提前将调绘区域的数字正射影像（DOM）导入到IPAD等智能设备，现场对比进行调绘，极大的提升了调绘的效率，为测绘事业做出了巨大贡献。

2.手机等智能设备辅助外业数据采集利用现状

近几年由于科技的发展，智能手机的功能已得到了前所未有的提升，借助与各类功能APP，智能手机基本上可以做到“无所不能“。相比较RTK手簿、IPAD和平板电脑，手机由于尺寸更小、重量更轻、更易于携带，因此部分仪器厂家或软件开发商已经逐步将部分特殊软件转移至智能手机上。

比较典型的如美国的Trimble（天宝）公司便将其开发的Trimble Penmap等软件开放授权至部分普通智能手机上。用普通智能手机和RTK接收机连接进行数据采集和图形处理的工作。

国内的一些服务商也采用了相同的策略。比如奥维互动地图便可直接安装在普通智能手机上，进行一些对定位精度要求不高的数据采集，如污染源调查等。有如南方测绘集团也将其开发的工程之星（当前最新版本为5.0）授权至部分普通智能手机上。换言之，即用普通智能手机取代原来专用的手簿进行数据采集。

这样做的好处至少有以下几点：

（1）提高了智能手机的利用效率。

“Less is more”是路德维希·密斯·凡德罗在建筑领域提出的观点，不过这样的观点用于测绘行业也同样适用。

随着蓝牙和WIFI技術的发展。手簿具有的功能，智能手机也有，而且手机比手簿更轻！于是早期手簿取代了手机的部分功能，而现在反过来了，手机有了取代手簿的趋势！

（2）节约了企业的成本。

当前一个国产的RTK的手簿价格基本上都在3000元以上，而进口手簿的价格高的甚至接近10000元，其价格相对于大部分智能手机而言已高出不少。如果能广泛推广这些授权，对降低测绘企业的运营成本来说是有一定帮助的。

（3）催化智能手机的产业发展。

前已述及，当前普通智能手机已经可以取代RTK的手簿辅助进行数据采集，而对于一些对精度要求不高的测绘，GNSS手持机（以下简称手持机）的精度便足以满足这样的要求，而通过对比我们知道智能手机、IPAD或平板其他具有定位功能的智能设备与手持机在外观上目前已经没有太大的区别，而且这些智能设备都具有定位功能，唯一的弱点就是定位精度比手持机要略低（目前手持机定位精度已经可以达到亚米级，甚至厘米级;而普通智能设备定位精度只能达到米级），于是一个必然的发展趋势就是二者融合发展：

（1）手持机越来越像智能手机。目前国内外一些厂家生产的GNSS手持机外观和功能与普通智能设备十分相似便是明证。

（2）2020年6月23日上午，中国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星成功发射，意味着北斗导航卫星系统全球组网成功！可以预见智能手机的定位精度在北斗三号全球卫星导航系统助力下则会越来越高。

二、手机等智能设备定位精度浅析及辅助数据采集的发展前景

1、手机等智能设备定位精度浅析

经过实测，笔者发现在小米6手机上安装工程之星5.0 后可以得到单点解，我们知道单点解的精度即为米级。由此大体可以推断当前大部分智能手机的定位精度都应该在米级。这样的精度对于一些对精度要求不高的数据采集是足以胜任的，如前所述的污染源调查。而对于1：2000以上的大比例尺地形图的数据采集则显得有点无能为力。具体原因何在呢？

研究结果显示：手机等智能设备的天线增益损失高达11dB;而最低端的测绘级天线损失都不到1dB。这意味着，相对于手持机的行业天线，手机等智能设备的天线只能捕捉到8%的卫星信号强度，因此很难保持对卫星信号的锁频。同时，手机等智能设备天线的线性极化特性导致它的抗多路径效应能力非常弱。所以普通智能手机很难达到手持机那样厘米级的精度。

2、手机等智能设备辅助数据采集的发展前景

研究显示，普通智能手机是可以达到厘米级定位精度的，不过大概需要400秒的时间，如果要快速达到厘米级定位，可以采用的方法主要有两种：一是增加卫星的数量，二是使用双频GNSS芯片;前者不易在短期内实现，后者则会提高智能手机的成本。

未来随着手机天线质量的改善，以及芯片性能的提升，在手机终端实现厘米级定位精度，将不再只是一个梦想，因此也将催生出大量的手机端高精度定位方面的应用，比如大比例尺测图。

手机等智能设备的潜力还远没有被发掘出来，随着5G网络的发展，可以预见必然给测绘产业注入新的活力，这些智能设备也必将在基于位置服务的各种应用场景中发挥越来越重要的作用。

参考文献：

[1]崔健，张再侠，周磊，张子民.基于安卓手机的地理国情普查数据采集方法与应用[J].山东建筑大学学报，2016，31（03）：224-230.