CN110428451B - 利用gps航迹将地形图与gps设备进行匹配的操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用GPS航迹将地形图与GPS设备进行校准匹配的操作方法，其包括：首先判断需要校准地形图还是修改GPS参数，其次获取地形图内需要参考进行校准匹配的道路、山脊、山谷这类线要素，然后按设计路线连续记录航迹并按相应参数以线文件方式投影到地图上，最后通过线文件与图内线要素进行校准匹配以达到校准匹配地形图与GPS设备的目的。利用本发明可以在地形图与GPS设备不匹配，也无转换参数的情况下，通过地形图内线要素与GPS航迹进行校准匹配，本发明与传统通过点与点进行校准匹配的方法相比，不仅对地形图要求低，而且简单高效，又准确安全。

Description

利用GPS航迹将地形图与GPS设备进行匹配的操作方法
技术领域
本发明涉及地形图与GPS设备进行校准匹配的方法，具体涉及利用一种利用GPS航迹将地形图与GPS设备进行校准匹配的操作方法。
背景技术
地形图是野外工作必不可少的图件，它是野外工作内容在图面上表达的基础性图件，尤其是对地形形态要求较高的工作，因此，地形图与GPS设备是否匹配，直接关系到野外工作内容的质量，也影响后期资料解读和工作部署。
目前将地形图与GPS设备匹配的方法有多种，最为准确的方法是通过国家测绘局购买工作区当地的国家三角点参数以及该区域地形图，通过已知三角点参数计算GPS参数，直接通过地形图参数与GPS设备参数进行匹配，采用该方法准确度高，并且坐标是绝对准确的，但是由于国家三角点参数属于国家机密，购买手续复杂、难度大、周期长，即使成功购买以后，也有泄露国家三角点参数的风险，因此，一般仅在需要进行详细工作地区或者对地形图要求精度极高的地区才会购买国家三角点参数及地形图。
而在一些对坐标要求无需绝对准确，仅需相对准确的野外工作区，或者无法购买国家三角点参数的野外工作区，或者国外无相关资料的地区，传统的方法一般是通过尽可能小、且显著的标志物为参照点将地形图与GPS设备进行校准匹配，采用该方法是通过点对点的校正，校正精度受校正点的误差影响较大，也与技术人员对标志物的认定有关，在没有明显标志物的情况下，还需要技术人员爬到山峰，这是一件劳动强度大、危险性大的工作。
发明内容
本发明的目的旨在解决在三角点参数不齐情况下地形图与GPS设备进行高精度匹配问题，既提高了校正精度，又可以降低工作强度。该发明目的是通过下述技术方案得以实现的：
一种利用GPS航迹将地形图与GPS设备进行校准匹配的操作方法，其包括下述步骤：
S01：判断需要校准地形图还是需要修改GPS参数；
S02：分为ab两类情况，a类情况是GPS参数齐全，坐标准确，而地形图不准确，则地形图需要校准；b类情况是地形图参数齐全，坐标准确，而GPS无参数或参数不齐，则GPS参数需要修改，其目的是使地形图与GPS设备能够校准匹配；
S03：查看地形图，获取需要参考标准匹配的路线，若地形图有道路信息，尽量避开只有一个方向且笔直的道路，若地形图无道路信息，尽量选择地形线曲率较大的山脊或山谷；
S04：分为两类情况：a类情况需在GPS设备设置好GPS参数；b类情况需要在GPS设备中设置好与地形图对应的坐标系信息；
S05：打开GPS设备，在野外按设计好的道路或者山脊、山谷进行驾车或者行走，连续记录航迹；
S06：将航迹按地形图坐标系和比例尺投影为线文件，该线文件即是需要与地形图进行校准的参照线；
S07：分为两类情况：a类情况只需将地形图平移，使之与GPS航迹生成的线文件基本匹配即可；b类情况需要平移航迹使之与地形图基本匹配即可，并选择航迹中的一个点查看与平移前该点横、纵坐标的实际差值；
S08：对于GPS参数需要修改的情况，则需要通过记录的平移前后横、纵坐标的实际差值，在GPS设备中对应调整东西偏差与南北偏差，即完成GPS参数修改后使之与地形图进行匹配工作；
S09：完成地形图与GPS设备之间的校准匹配工作，二者可以配套使用。
在上述技术方案的基础上，本发明可进一步附加下述技术特征，以便更好地或者更有针对性地实现本发明的目的：
执行步骤S02时，如果GPS无参数或参数不齐，以及地形图不准确，则任选上述a、b两类情况进行校准地形图或修改GPS参数。
进一步地，所述参照线是道路这类直接线要素，或者是山脊、山谷这类曲率较大的地形线垂线连接线形成的间接线要素，或者是直接线要素与间接线要素二者共同形成的复合线要素。
本发明的有益效果：本发明提出了一种利用GPS航迹将地形图与GPS设备进行校准匹配的操作方法，其核心是在无参数或参数不齐的情况下，将传统的通过点与点进行匹配校正的方法升级为通过线与线进行匹配校正，提高了校正精度，降低了校正难度，对于无需坐标绝对准确要求的用户来说，具有明确的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1和实施例2提供的利用GPS航迹将地形图与GPS设备进行校准匹配的操作方法流程图。
图2是本发明实施例1提供的含有道路信息的地形图。
图3是本发明实施例1提供的含有道路信息的地形图与道路航迹的对比图。
图4是本发明实施例1提供的含有道路信息的地形图通过道路航迹校准匹后与道路航迹之间的匹配效果图。
图5是本发明实施例2提供的仅有地形信息的地形图。
图6是本发明实施例2提供的仅有地形信息的地形图设计的路线。
图7是本发明实施例2提供的仅有地形信息的地形图设计路线与实际航迹之间的相对关系图。
图8是本发明实施例2提供的仅有地形信息的地形图校准匹配航迹后与原航迹的对比图。
图9是本发明实施例2提供的仅有地形信息的地形图校准匹配航迹后原航迹与校准航迹之间的平移参数信息。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例1和实施例2，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例1和实施例2提供的一种利用GPS航迹将地形图与GPS设备进行匹配的操作方法包括以下步骤：
S01：判断需要校准地形图还是需要修改GPS参数；
S02：分为ab两类情况，a类情况是GPS参数齐全，坐标准确，而地形图不准确，则地形图需要校准；b类情况是地形图参数齐全，坐标准确，而GPS无参数或参数不齐，则GPS参数需要修改，其目的是使地形图与GPS设备能够校准匹配；
S03：查看地形图，获取需要参考标准匹配的路线，若地形图有道路信息，尽量避开只有一个方向且笔直的道路，若地形图无道路信息，尽量选择地形线曲率较大的山脊或山谷等地；
S04：分为两类情况：a类情况需在GPS设备设置好GPS参数；b类情况需要在GPS设备中设置好与地形图对应的坐标系信息；
S05：打开GPS设备，在野外按设计好的道路或者山脊、山谷等地进行驾车或者行走，连续记录航迹；
S06：将航迹按地形图坐标系和比例尺投影为线文件，该线文件即是需要与地形图进行校准的参照线；
S07：分为两类情况：a类情况只需将地形图平移，使之与GPS航迹生成的线文件基本匹配即可；b类情况需要平移航迹使之与地形图基本匹配即可，并选择航迹中的一个点查看与平移前该点横、纵坐标的实际差值；
S08：对于GPS参数需要修改的情况，则需要通过记录的平移前后横、纵坐标的实际差值，在GPS设备中对应调整东西偏差与南北偏差，即完成GPS参数修改后使之与地形图进行匹配工作；
S09：完成地形图与GPS设备之间的校准匹配工作，二者可以配套使用。
实施例1：已有GPS参数，地形图需要校准以匹配GPS设备
本次研究使用的材料是大兴安岭某地的矢量化电子地形图，为WGS-84坐标系，在没有三角点参数的情况下，无法转换为准确的大地直角坐标系，GPS参数是已知的(坐标系：西安80，中央经度线：东经120°，Dx：-106.34，Dy：-55.58:，Dz：+8.01)，需要将地形图与GPS设备进行校准匹配，并生成1:1万地形图。
具体实施步骤如下：
A.将地形图按照参数(坐标系：西安80，中央经度线：东经120°)转换为1:1万地形图，如图2所示，查看图面内容，地形图内有道路信息(黑色双线为道路)，并且道路有明显拐歪，并非笔直的，可以用于校正地形图的参考线；
B.打开GPS设备，输入GPS参数，驾车沿道路行进，记录道路航迹信息；
C.如图3所示，将航迹按GPS参数转换为大地坐标，并投影到1:1万地形图上(灰色粗实线)，可以发现投影的道路航迹与地形图上道路形态吻合，位置有偏差；
D.如图4所示，将地形图整体平移，使之与投影的道路航迹基本吻合，此时的地形图与GPS设备完成了校准匹配工作。
实施例2：无GPS参数，GPS设备需要修改参数以匹配地形图
本次研究使用的材料是巴彦淖尔某地的矢量化电子地形图，该地形图为标准地形图放大形成，地形图参数通过图面可以获取(坐标系：北京1954，中央经度线：105°)，但是没有三角点信息及参数，需要将GPS参数修改，使之与该地形图能够匹配，方便进行野外工作。
具体实施步骤如下：
A.如图5所示，地形图仅有地形线，无道路及标志物信息，但是有的山脊、山谷，其曲率较大，特征明显；
B.如图6所示，结合地质情况设计一条踏勘路线(黑色虚线)，主要为沿山脊和山谷等露头较好的地段；
C.打开GPS设备，输入已知的部分GPS参数，沿设计路线沿山脊和山谷进行踏勘，记录道路航迹信息；
D.如图7所示，将航迹按已知的GPS参数转换为大地坐标，并投影到1:1万地形图上(黑色实线)，可以发现投影的航迹与设计路线有一定偏差，并且航迹也不在山脊和山谷上，需要对航迹进行调整；
E.如图8所示，将航迹仔细移动，使之总体上与实际探勘途经的山脊、山谷对应，黑色实线为平移后航迹位置，灰色实现为平移前航迹位置，可以发现航迹平移后与山脊、山谷匹配较好；
F.如图9所示，在平移前航迹与平移后航迹上选取相应的点，量取它们之间的距离为向南偏移19.74mm，向西偏移3.02mm，通过比例尺换算以后，GPS设备中需要扣除相应的东西偏差和南北偏差，分别是向西偏移30.2m，向南偏移197.4m，在GPS设备输入相应的偏差数据即可使GPS设备与地形图精准匹配使用。

Claims (3)

1.一种利用GPS航迹将地形图与GPS设备进行匹配的操作方法，其包括下述步骤：
S01：判断需要校准地形图还是需要修改GPS参数；
S02：分为ab两类情况，a类情况是GPS参数齐全，坐标准确，而地形图不准确，则地形图需要校准；b类情况是地形图参数齐全，坐标准确，而GPS无参数或参数不齐，则GPS参数需要修改；
S03：查看地形图，获取需要参考标准匹配的路线，若地形图有道路信息，尽量避开只有一个方向且笔直的道路，若地形图无道路信息，尽量选择地形线曲率较大的山脊或山谷；
S04：分为两类情况：a类情况需在GPS设备设置好GPS参数；b类情况需要在GPS设备中设置好与地形图对应的坐标系信息；
S05：打开GPS设备，在野外按设计好的道路或者山脊、山谷进行驾车或者行走，连续记录航迹；
S06：将航迹按地形图坐标系和比例尺投影为线文件，该线文件即是需要与地形图进行校准的参照线；
S07：分为两类情况：a类情况只需将地形图平移，使之与GPS航迹生成的线文件基本匹配即可；b类情况需要平移航迹使之与地形图基本匹配即可，并选择航迹中的一个点查看与平移前该点横、纵坐标的实际差值；
S08：对于GPS参数需要修改的情况，则需要通过记录的平移前后横、纵坐标的实际差值，在GPS设备中对应调整东西偏差与南北偏差，即完成GPS参数修改后使之与地形图进行匹配工作；
S09：完成地形图与GPS设备之间的校准匹配工作，二者可以配套使用。
2.如权利要求1所述的利用GPS航迹将地形图与GPS设备进行匹配的操作方法，其特征在于：执行步骤S02时，如果GPS无参数或参数不齐，以及地形图不准确，则任选上述a、b两类情况进行校准地形图或修改GPS参数。
3.如权利要求1或2所述的利用GPS航迹将地形图与GPS设备进行匹配的操作方法，其特征在于：所述参照线是道路这类直接线要素，或者是山脊、山谷这类曲率较大的地形线垂线连接线形成的间接线要素，或者是直接线要素与间接线要素二者共同形成的复合线要素。
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