农业信息化建设中手机地图定位误差分析

农业信息化建设中手机地图定位误差分析

*

齐屹屹，聂宜民，陈红艳，苑昊，王蒙，杨玉鑫（山东农业大学资源与环境学院，山东泰安271000）

摘要针对手机GIS在农业信息化应用中的空间位置误差，通过定性和定量分析，确定误差来源，计算误差大小。经过分析和计算，认

——手机定位误差和坐标系转换误差。其中手机定位是误差主要源头；在小尺度范围内，为误差主要来源于两个方面—对数据经过合理

处理后可以将误差控制在5m左右，符合农业信息化应用对精度的要求。最后根据误差的来源和大小，提出了合理的建议和方法来减小误差，提高应用精度，为普及手机GIS在农业信息化应用中提供依据和参考，以促进农业信息化进程。关键词农业信息化；手机GIS；定位；误差分析中图分类号S127文献标识码A文章编号0517－6611（2012）16－09155－03AnalysisonthePositioningErrorofMobilePhoneMapinAgricultureInformationConstructionQIYi-yietal（CollegeofResourcesandEnvironment，ShandongAgriculturalUniversity，Taian，Shandong271000）

AbstractInviewofthespatialpositionerrorintheapplicationofmobilephoneGIStoagricultureinformatization，thesourcesandmagnitudeoftheerrorsweredeterminedandmeasuredthroughqualitativeandquantitativeanalysis．Itwasconcludedthattheerrorsmainlycomefromthemobilephonepositioningandcoordinateconversion，andthemobilephonepositioningisthemajorsource；withinasmallscale，theerrorcanbecontrolledwithin5mafterreasonabledataprocessing，whichmeetstherequirementsofagriculturalinformatizationforprecision．Accordingtothesourcesandmagnitudeoferrors，somesuggestionsandmethodswereproposedtoreducetheerrorandimprovetheapplicationprecision，soastoprovidereferencesfortheapplicationofmobilephoneGISandacceleratetheprocessofagriculturalinformatization．KeywordsAgriculturalinformatization；MobilephoneGIS；Positioning；Error；Analysis

自20世纪60年代以来，地理信息系统（GIS）获得了迅猛发展，被广泛应用于土地、交通、水利、林业等方面，在日常生活中扮演着越来越重要的角色。近年来随着信息技术的尤其是无线网络的优化和移动终端质量的不断提高，发展，移动GIS

［1－3］

随着手机GIS应用的不断增多，系统误差和影响成为人们面临的重要问题。预知误差大小、如何减小误差都是需要研究的重要课题。然而目前手机GIS的研究多集中和停留在系统应用上，对误差来源及影响缺少系统的分析，在系统误差方面缺少数据支撑和量化，导致误差在农业信息服务过程中造成的影响无法估计和衡量，并且对如何减小误差也缺乏明确的解决方法。这些都极大地限制了手机GIS在农业同时也造成信息内容实用性不强等问题。上的推广和发展，

因此，对手机GIS系统误差研究已迫在眉睫。为此，笔者通过对手机GIS应用流程进行详细分析，确定误差来源；通过实测来计算误差的大小，并提出合理的建议来减小误差；经从而指导手机GIS过研究分析将手机GIS系统误差数量化，

在行业内的应用，最大限度地发挥手机GIS的功效，促进手机GIS应用的普及。1

研究区概况

研究区选择在泰安市徂徕镇内，该镇位于泰山东南部，岱36°1'～36°9'N，地理范围为117°10'～117°22'E、总人岳区境内，

2

口为5．6万人，辖34个行政村，总面积133．14km，镇内山地、

已成为GIS发展的一个重要方面，尤其是在农

业信息化过程中实时监测、外业调查、系统建设等方面正发操作使用方便简挥着巨大的作用。因为手机具有价格低廉、

普及性高等特点，手机GIS成为促进移动GIS发展的重单、

要因素，逐步成为农业信息化过程的一个重要支撑。

现阶段，我国在农业信息化建设过程中，基础设施薄弱，“最后一公里”面向基层和农民开放信息服务的问题尚未得到很好的解决，信息采集缺乏标准化，采集渠道不规范，信息资源缺乏，信息内容实用性不强，质量有待提高，信息资源整合难度大

［4－9］

。

手机GIS，以移动互联网为支撑，以智能手机为终端，是WebGIS之后又一技术热点，GIS继桌面GIS、由空间数据库、服务器、手机客户端等组成，目的是从根本上解决农业信息“最后一公里”问题。手机端负责定位、地图及相关信服务的

息的显示，与用户进行交互，向农业生产者提供相关地块的进行逻辑运算，从空信息与服务；服务端负责处理用户请求，

间数据库提取信息资源；空间数据库负责存储数据与数据的标准化处理。手机端通过无线网络与服务器进行数据交换，从数据库获取所需农业信息数据。依托手机和无线网络，发能够实现任何人、任何时间、任挥手机GIS灵活便捷的特点，

从而使农业信息的能何地点使用相关农业信息服务的目标，够被及时准确地共享。

基金项目山东省自然科学基金项目（ZR2009DM044）。

作者简介齐屹屹（1989－），男，山东淄博人，本科生，专业：地理信息

系统。*通讯作者，教授，硕士生导师，从事地理信息系统和土地信息系统研究。2012-02-27收稿日期

丘陵、平原各占1/3。该镇南靠徂徕山，北依大汶河，自然资源

2

丰富，历史文化悠久，镇内耕地面积49．21km，粮食作物以小

麦、玉米、大豆为主，经济作物以棉花和蔬菜为主。2

研究方法和技术路线

分别采用定性和定量分析的方法，在小尺度范围内进行实地测算，通过对系统各个流程进行分析，确定误差来源；对产生误差的流程，通过定量计算，确定误差大小。

研究过程主要分为4个阶段，即数据准备阶段、数据处理阶段、数据计算阶段和结果分析阶段，流程如图1所示。①数据准备阶段。一方面从测绘部门获取所需数据，另一方面使用手机和HOLUSGPS接收机进行实地量测。②数据处理阶段。对测取的数据进行坐标系转换，并对转换后的数据

9156

安徽农业科学2012年

进行修正。③数据计算阶段。计算各个流程误差和最终误差的大小。④结果分析。根据计算结果进行分析得出研究结论。

诺基亚6220C对这15个点进行测量，获取此15个点的GPS数据，每个点测取5次，计算其平均值。44．1

误差计算与分析误差来源

在手机GIS应用中，系统运行过程中首先

经过手机进行位置定位，然后将手机获取的GPS坐标数据转最后将定位点配准到地图上，即换为与地图一致的坐标系，

坐标系转换和地图配准3个基本过程。主要包括手机定位、4．1．1

手机定位过程。手机内置的GPS模块定位精度有

限，定位不够精确，与专业的GPS设备所测的数据相比误差获取的GPS数据不准确，会造成位置的偏移，在定位过较大，

图1

研究过程流程

程中便会产生误差。4．1．2

坐标系转换过程。手机通过GPS获取的数据坐标为

WGS坐标系，在我国地图数据多采用西安80国家平面坐标系。因此需要将GPS定位数据转换为西安80国家平面坐标，在转换过程中会造成数据位置的偏移，产生误差。4．1．3

地图配准过程。是将定位点显示到地图位置上，这

使定一过程可以通过合理的算法和数据的处理将误差消灭，位点处于准确的位置。

通过对手机GIS应用流程的分析可以看到，手机GIS的既手机定位误差和坐标系转换误差。误差来源于两个部分，

这两部分的误差在实际应用中都无法避免，只能尽量减小。4．2

数据处理

对数据进行坐标系转换采用的是7参数布

因此首先利用准备的泰安市3个控制点的WGS尔莎模型，

坐标和西安80坐标计算出坐标系转换所需的7参数，根据模型将测取的GPS坐标转换为西安80坐标。坐标系转换后由于参数的精确性不能够保证，因此转换后的位置会存在一通过对数据校正，将偏移造成的影响减小。定程度的偏移，

通过GPSHolus接收机测取的数据转换后与源数据相比，可Y方向均发生平移，发现坐标系转换后的数据在X、以14个

3数据准备

选择研究区内15个测量控制点作为数据来源，点的分

布如图2所示。控制点选择满足：①每点最好与某一点通视，以便后续测量工作的使用；②点周围高度角15°以上不要有障碍物，以免信号被遮挡或吸收；③点位要远离大功率无高压电线等，以免电磁场对GPS信号的干扰；④线电发射源、

点位应选在视野开阔、交通方便、有利发展、易于保存的地方，以便于观测和日后使用；⑤符合导线测量要求和GPS测量对控制点要求。

图215个测量控制点分布示意

点（其中第15个点数据在测量时存在问题舍去）的平移量的将手机和GPS接收机转换后的数据减去平均值作为偏移量，

平移量得到修改后的坐标，完成对数据的校正，经转换校正后的数据如表1所示。

m

手机数据

1

96736708116668

444444444444444007006006006006007007007007007007007007007007

X

023．056936．222931．369924．807913．170200．986210．406144．728137．531009．158032．535145．853152．211110．710001．717

510510509509509509509509509509510509510510509

Y116．880066．252900．039789．953704．338680．808768．401779．990891．347999．248062．722986．857110．612110．481897．646

837964842924887

从测绘部门获取这15个点的西安80坐标系的平面坐并获取泰安市3个控制点的西安80坐标系下和标数据，

WGS坐标系下的坐标数据。分别使用HolusGPS接收机和

表115个总数据经转换校正后的数据

据点号1

23456789101112131415

444444444444444007006006006006007007007007007007007007007007

西安80坐标源数据X

021．568944．982932．515920．561914．338199．011207．281141．458147．104011．157034．192148．706158．665107．595004．209

510510509509509509509509509510510509510510509

Y

123．593072．200900．746793．711706．734683．995772．936782．096886．186002．941064．812992．775110．147113．727900．794

444444444444444007006006006006007007007007007007007007007006

HolusGPS接收机X

023．527944．563931．420925．746912．703196．259201．908141．498142．853013．525036．408149．757160．373108．596925．746

510510509509509509509509509510510509510510509

Y

120．081071．701901．820791．895704．959687．145776．083780．156887．581001．159063．600993．508110．423116．482791．895

40卷16期齐屹屹等农业信息化建设中手机地图定位误差分析

9157

4．34．3．1

误差计算对经过前述处理的数据，分别计算手机定4．3．2计算坐标系转换误差。即GPS接收机测取的数据与

坐标系转换误差，并确定手机GIS应用的最终误差。位误差、

计算手机定位误差。即使用GPS接收机与手机测取

Y方向的坐标差值，以差值的绝对值作为误差的大数据在X、

小，计算两个点之间的距离大小，并作为点的偏移量，数据如表2所示。

表2

点号值1234567891011121314平均值

X1．95880．41921．09525．18481．63522．75225．37320．03984．25122．36782．21581．05081．70781．00082．2180

坐标系转换误差

Y

3．51200．49821．07461．81541．77483．15063．14771．94011．39581．78201．21200．73360．27662．75561．7906

偏移值4．02130．65111．53435．49342．41324．18346．22731．94054．47452．96342．52561．28151．73002．93173．0265

X0．47108．34060．05120．93850．46714．72718．49823．23015．32194．36633．87263．90358．16152．11433．8903

Y方向的坐标差值，以差值的绝对值作为准确的平面坐标X、

并计算点的偏移距离，数据如表2所示。误差的大小，4．3．3

计算整个流程的最终误差。计算手机测取的数据与

Y方向的坐标差值，准确的平面坐标X、以差值的绝对值作为并计算点的偏移距离，数据如表2所示。最终误差的大小，

误差计算结果手机定位误差

Y3．20035．44961．78081．94180．62076．33717．68190．16563．76541．91020．87786．65110．18936．00083．3266

偏移值3．23489．96311．78162．15670．77687．906011．45563．23446．51934．76593．97087．71208．16376．36245．5716

X1．48788．75981．14644．24621．16811．97493．12503．26999．57311．99851．65682．85286．45373．11513．6306

最终误差Y6．71235．94770．70633．75712．39543．18664．53422．10565．16123．69212．08985．91760．46583．24523．5655

偏移6．875210．58821．34655．66982．66503．74895．50683．889210．87574．19832．66696．56936．47054．49845．3978

m

4．44．4．1

误差分析

手机GPS定位误差的大小。由表2求出14个点数

确，手机定位更加准确，减小定位误差，提高农业数据的质可以从相关的测绘部量；②获取更加准确的转化参数模型，

门获取较为准确的转换参数或者获取更高质量的控制点进行求算参数，使坐标系转换产生的误差减小。

通过以上两个方面的误差处理，手机GIS所获取的数据这可为普及手能够较好地提高在农业信息化中的应用精度，

并为较好地解决农业机GIS在农业信息化的应用提供依据，“最后一公里”信息服务的问题提供参考。参考文献

［1］陈江春，刘桔，谭建军．基于移动GIS的烟草农田信息采集系统设计与

［J］．广东农业科学，2009（11）：184－187．实现

［2］曾武，．GIS［J］．水利水徐速基于移动的供水管网巡线系统设计与开发

2011（1）：92－95．电技术，

［3］何俊伟，J］．地理空间信孟卫，周冬梅．移动GIS在城市规划中的应用［

2011，9（1）：97－99．息，

［4］何志勇，J］．四川理工学院学蔡乐才，李红婵．农业信息服务体系研究［

2009（6）：50－53．报：自然科学版，

［5］尹燕军．基于GPS控制网的测量数据分析［J］．陕西建筑，2009，35（31）：

347－348．［6］丁美花，杨兴卫，李湘阁，等．基于GIS技术的上海精准农业水稻生产潜

——考虑土壤肥力空间差异的影响［J］．土壤通报，2006，37力估算模型—

（1）：56－60．［7］苏伟，聂宜民，于振文，等．基于GIS的优质小麦变量施肥信息系统研究

［J］．农业工程学报，2005，21（7）：94－98．［8］陈伟强，J］．华一新，张世全．基于GIS的烟草精准施肥配方系统研究［

2008，25（6）：455－458．测绘科学技术学报，

［9］张秋民．七参数法GPS－RTK技术的应用［J］．矿山测量，2010，10（5）：

21－24．

X方向平均误差为3．8903m，Y方向误差据的平均值可知，

为3．3266m，点偏差的位移为5．5716m。4．4．2

转化坐标系的误差大小。计算GPS坐标转换后，经平

以其绝对值作为大小误差，经计算X方向平均误差为移调整，

2．2180m，Y方向为1．7906m，点偏差的位移为3．0265m。4．4．3

最终的误差大小。由手机测取的数据经坐标系转换

调整后以其误差值的绝对值作为误差大小，经计算X方后，

Y方向为3．5655m，向误差为3．6306m，点偏差的位移为5．3978m。

可见，在小尺度范围内应用手机GIS，对数据进行合理处如数据校正后，误差大小可以控制在5m左右，对于指导理，

农业生产有较高的实用价值；从误差来源来看，手机GPS定位误差大约在5m（由于天气状况、周围环境状况等，该误差坐标系转换造成的误差在3m左右，其中手机可能会更大），

定位误差大小与手机GPS的质量和天气状况有关，坐标系转换的误差在于所获取的转换参数的精确性，误差的主要源头还是在于手机GPS的定位误差。5

结语

通过以上对农业信息化应用中手机地图定位误差的计算和分析，明确了误差的主要来源、误差的范围和控制误差手机GIS应用中减少误差应从两方面着手：①的主要手段，

提高手机硬件质量，使手机GPS模块获取的GPS数据更为准