基于GPS的三維土地面積測量系統(tǒng)設計.pdf

1、土地面積無論是在精細農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)管理中還是在土地規(guī)劃、林地驗收、土地勘測等領域中，都是非常重要的數(shù)據(jù)。高精度多功能的土地面積測量系統(tǒng)對于精耕細作、合理規(guī)劃土地等都具有重要意義?，F(xiàn)階段，對土地面積測量的研究雖然已經(jīng)很成熟了，但主要是對平整的土地面積進行測量，對三維曲面土地面積測量方面的研究較少。針對這個問題，本文設計了一套基于GPS的三維土地面積測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以應用于平面土地面積、農(nóng)業(yè)機械作業(yè)面積及三維曲面土地面積的準確測量。系統(tǒng)主要由

2、土地面積測量儀和上位機管理系統(tǒng)兩個部分組成，可以通過上位機管理系統(tǒng)查看當前及歷史土地面積測量軌跡線路圖，對歷史測量記錄信息進行查詢、修改、刪除等操作。本文的主要研究內容包括以下幾個部分：
　?。?）提出了基于三維空間面積勾股定理的土地面積計算算法。給出了三種測量模式：平面土地面積測量、農(nóng)業(yè)機械作業(yè)面積測量及三維曲面土地面積測量。測量算法主要包括大地坐標系與地心直角坐標系之間的轉換、三維空間面積勾股定理的推導、三種不同測量模式下土地

3、面積的計算方法等。
　　（2）土地面積測量儀設計。土地面積測量儀的硬件部分包括電源模塊、主控電路板、GPS導航定位模塊、GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、氣壓傳感器模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊等。主要實現(xiàn)對土地面積測量區(qū)域地理位置信息的采集、氣壓傳感器的讀取、氣壓值與海拔高度值的換算、與上位機管理系統(tǒng)間的無線數(shù)據(jù)通信、土地面積測量結果的顯示等功能。
　?。?）上位機管理系統(tǒng)設計。利用Visual Studio2013開發(fā)環(huán)境下的C＃

4、語言開發(fā)上位機管理系統(tǒng)。通過axWinsock控件完成基于TCP/IP協(xié)議的通信功能，實現(xiàn)與土地面積測量儀間的數(shù)據(jù)交互；使用ArcGIS Engine實現(xiàn)在地圖上繪制土地面積測量軌跡線路圖；利用MySQL數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)的管理；利用MATLAB在后臺進行復雜的數(shù)據(jù)處理，例如三維曲面圖形的擬合、三種測量模式下的土地面積計算等。
　　（4）系統(tǒng)運行測試。分別采用曲面擬合法和投影法，在400 m標準運動場及實際地塊對平面土地面積

5、測量模式進行了實測對比實驗，兩種方法測量的相對誤差分別為2.79%和2.81%；在一塊面積為659.282m的矩形區(qū)域上，分別模擬了農(nóng)業(yè)機械正常作業(yè)、存在重疊作業(yè)、存在遺漏作業(yè)的作業(yè)軌跡，采用軌跡法結合曲面擬合法計算農(nóng)業(yè)機械作業(yè)面積，對正常作業(yè)軌跡的作業(yè)面積測量相對誤差為2.28%，對存在重疊作業(yè)或遺漏作業(yè)的作業(yè)面積測量，可以算出實際作業(yè)的面積及對應的重疊面積或遺漏面積；模擬了三組曲面數(shù)據(jù)采用曲面擬合法進行了三維曲面面積計算，相對誤差在