民用手持GPS仪测量精度分析——基于某矿区GPS与RTK同点测量数据对比

冯涛

（浙江省地矿勘察院有限公司，杭州310012）

1 引言

GPS（Global Position System）即全球定位系统，主要用于确定接收设备所处位置的三维地理坐标参数。 现阶段，很多野外调查工作使用民用手持GPS 仪结合地形图进行定位。 目前民用仪器标示的定位精度一般为10 m，部分为5 m，满足一般野外工作基本的定位需求， 但对于一些定位精度要求更高的定点需求， 一般的做法是：“填图人员在现场经观察确定地质点，用GPS 仪测量点位坐标后，将这类地质点及坐标通知矿区工程测量人员进行精确测量定位”[1]。

RTK（Real Time Kinematic）即实时动态测量技术，是GPS技术与数据通信技术相结合的载波相位实时动态差分定位技术， 它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度[2]。

现阶段矿产勘查工作中，DZ/T 0382—2021《固体矿产勘查地质填图规范》对地质填图定位精度的要求是“地质点的定位误差不应大于填图比例尺图面1 mm 的实际距离”[3]。 对于能否在某比例尺的工作中使用民用手持GPS 仪， 这需要通过数据对比来进行统计分析，进而评估其定位精度。

本文以浙西北某矿区详查工作中形成的测量工作成果为例，进行民用手持GPS 仪定位精度评估，探讨其在野外地质填图工作中的适用范围。

2 自然地理及矿区地质简介

矿区位于浙西北天目山山系东段，属于低山丘陵区。 区内最高点海拔403.7 m，最低点海拔73.5 m，最大高差330.2 m。地形切割相对强烈，多为“U”形沟谷，少量溪沟为“V”形沟谷，地形坡度一般在10°～30°。 地表植被以毛竹为主，局部为乔灌木林等，少见耕地。

矿区区域地理位置位于扬子准地台东南缘怀玉山—天目山被动边缘盆地和江南古岛弧界线附近，大地构造位置处于扬子准地台（Ⅰ1），钱塘台褶带（Ⅱ2），安吉—长兴陷褶带（Ⅲ2），泗安—长兴拗断褶束（Ⅳ1）。

矿区内出露的前第四系地层为早古生界寒武系地层，分别是下统荷塘组（∊1h）、大陈岭组（∊1d），中统杨柳岗组（∊2y），上统华严寺组（∊3h），为整合接触。 产状较单一，走向以北西为主，向北缓倾，具有向北东变新的趋势。 第四系主要出露于地势低洼处，厚度变化大。

矿区内构造以断裂为主，褶皱发育不明显；岩浆岩主要为斜长花岗岩；围岩蚀变沿岩体内外接触带分布。

3 数据测量及计算

本次统计分析使用详查工作中同时使用RTK 仪器和民用手持GPS 仪进行测量定位的28 个钻孔孔口坐标。 所有钻孔孔位均按照相应的勘查工程间距进行布设， 孔口地形地貌条件具有随机性，测量时均为晴天，更符合野外工作特征。

民用手持GPS 仪型号为Garmin eTrex H。测量前，先利用3 个已知坐标点进行参数校正。 测量时，先将仪器放置在钻孔孔口标志点，静置，待仪器显示屏上的数据稳定时，记录下该坐标及标示测量精度。

RTK 仪为南方测绘S82 系列的RTK 测量仪器，标示平面精度为±（10+1×10-6D）mm （D 为测量仪器实际测量的距离值，km），高程精度为±（20+1×10-6D）mm。 测量时，先将设备连接至浙江省GPS 基础控制网，随后将设备对准钻孔孔口标志点，静置后采集点位坐标数据。

RTK 测量精度可达厘米级，本次默认其误差值忽略不计。主要计算GPS 数据与RTK 数据之间的平面偏移量L。采用勾股定理由已知两条直角边长求斜边长（即平面偏移量L），两直角边分别为GPS 与RTK 数据X、Y 之间的差值， 分别记为ΔX、ΔY，即斜边。 如表1 所示。

表1 钻孔孔口坐标GPS与RTK点位偏移量计算表

4 数据分析

现阶段，矿区地质填图比例尺主要为1∶2000、1∶5000、1∶10000以及1∶25000 等。根据标准，换算其定位精度要求分别为2 m、5 m、10 m 和25 m 以内。

关联孔口环境与平面偏移量L（见表1），发现本次野外手持GPS 仪定位精度与测点植被覆盖情况没有必然联系。

通过分析GPS 数据与RTK 数据之间平面位置偏移量L，发现L 值在2 m 以内的点共有9 个，占32.14%；在2～5 m 的点共有13 个， 占46.43%； 在5～10 m 的点共有4 个，占14.29%；在10 m 以上的点共有2 个，占7.14%（见图1）。

图1 GPS-RTK 平面偏移量范围统计柱状图

综上， 民用手持GPS 仪平面精度在2 m 以内的概率为32.14%，在5 m 以内的概率为78.57%，在10 m 以内的概率为92.86%。

为进一步探讨民用手持GPS 仪的测量精度是否准确，对手持GPS 仪所标示的精度范围和平面偏移量L 值进行统计对比。 发现L 值在GPS 所标示的精度范围内的点共有23 个，占82.14%；在标示精度范围外的点共有5 个，占17.86%（见图2）。

图2 GPS 标示精度准确度统计柱状图

再对高程数据进行综合分析， 发现高程数据误差范围分布较广，大体呈正态分布，中位数为误差5～10 m（见图3）。 高程误差主要分布在15 m 以内，共26 个点，占92.86%。

图3 高程误差统计柱状图

综合分析，高程精度在2 m 以内的概率为14.29%，在5 m以内的概率为39.29%，在10 m 以内的概率为71.43%，在15 m以内的概率为92.86%。

5 结语

1）在浙江低山丘陵区，手持GPS 仪可以运用于1∶5 000 及更小比例尺的地质填图作为定位工具， 使用时需保持设备稳定，待显示屏上的数据稳定时，选取仪器显示测量精度高的数据进行采集。

2）对于1∶2 000 及更大比例尺地质填图，不建议单独使用目前定位精度的民用手持GPS 仪进行定位， 需要使用定位精度更高的测量方法（仪器）或使用多种方法进行综合测量定位。

3）使用民用手持GPS 仪在野外定位时所得的地理坐标参数中，X、Y 坐标数据可用于在地形图上标示点位，而高程点的参数精确度较低，只具一定的参考价值。