現(xiàn)代測繪技術(shù)在土地面積測繪中的應(yīng)用研究
——以GPS技術(shù)為例

□ 浙江省國土資源廳信息中心 傅 宇

一、測繪技術(shù)的發(fā)展

為了提高我國土地資料的利益效率，對土地面積進行準確的測繪是其中的關(guān)鍵。在土地面積的測繪技術(shù)手段上，經(jīng)歷了鋼尺測量方法、經(jīng)緯儀結(jié)合過程測量的方法，以及全站儀的測量方法。

1.鋼尺結(jié)合比例尺的測量法

最初南昌鋼鐵有限責任公司委托某規(guī)劃設(shè)計院于1985年進行了地形測繪，并得到測繪版1∶1000地形圖。在需要征地時，由土地管理人員用30米鋼尺現(xiàn)場丈量土地，結(jié)合比例尺在測繪版1∶1000地形圖中標示測量的位置及尺寸，然后將不規(guī)則的一宗土地分割成若干宗規(guī)則地塊計算并匯總土地面積。此種辦法丈量誤差大，人為因素干擾多，且碰到弧型、折線多的宗地較難處理，征地工作經(jīng)常由此引發(fā)爭議。

2.經(jīng)緯儀結(jié)合鋼尺的測量法

為解決不規(guī)則宗地所遇到的困難，采用了經(jīng)偉儀幫助測量。在第一種方法的基礎(chǔ)上，將經(jīng)緯儀固定架設(shè)在宗地上各個拐點處，進行角度的測量，結(jié)合鋼尺丈量的長度再計算出宗地的面積。

3.全站儀測量法

隨著生產(chǎn)建設(shè)的不斷發(fā)展，地面建、構(gòu)筑物日益增多，經(jīng)緯儀固定架設(shè)在拐點上及通視的可能性越來越小，為適應(yīng)時代發(fā)展的要求，引進了全站儀，該儀器提供了一種方便適用的面積測量功能，它和經(jīng)緯儀相比最大的優(yōu)越性就是不必再將儀器固定架設(shè)在宗地上各個拐點處，可以做到“站得高，望得遠”。

測繪技術(shù)不斷發(fā)展，地理信息技術(shù)、遙感技術(shù)、全球定位技術(shù)以及3S技術(shù)等新測繪技術(shù)的出現(xiàn)，土地管理工作得到了良好的技術(shù)支持，為優(yōu)化管理工作，提高工作效率，提高管理質(zhì)量提供了技術(shù)保障。在具體的應(yīng)用中，GPS具有布點靈活、計算速度快而且精度高等優(yōu)點，因此在土地面積的測繪工作中得到了比較廣泛的應(yīng)用。

二、GPS技術(shù)

GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)能夠為地球表面的絕大部分地區(qū)提供準確的定位、測速等，是美國開發(fā)的一種全球定位系統(tǒng)。GPS通過測量出測量對象和定位衛(wèi)星之間的空間距離，然后利用定位系統(tǒng)所攜帶的各種功能來確定測量對象的具體位置。

1.GPS測量技術(shù)的優(yōu)勢

一是降低了誤差率。根據(jù)GPS技術(shù)所得到的關(guān)于土地面積的豐富的數(shù)據(jù)，可以將地理信息和信息技術(shù)有效的結(jié)合起來建立信息數(shù)據(jù)庫，從而對測量過程中的圖像、圖形以及數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析和存儲。通過利用信息技術(shù)實現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)的無縫連接以及疊加等處理，并且按照要求進行輸出，提高了收集數(shù)據(jù)的準確性和應(yīng)用的便利性，有效地規(guī)避了人為誤差的發(fā)生，對國土測繪的完成產(chǎn)生了重要意義。

二是提升了工作效率。傳統(tǒng)測繪下，人工方式下的地理信息采集需要克服很多困難。例如山體的海拔、特殊地理環(huán)境下的安全問題等等，這無形中便對工作效率產(chǎn)生負面影響。GPS測量技術(shù)在應(yīng)用的過程中不需要測量點與測量點自己的通視，只需要測量站的空間保持露天狀態(tài)就可以，有效地降低了土地面積測繪的成本。GPS測量技術(shù)為土地面積測繪帶來了新的革命，它能夠有效的提高測量人員的工作效率，降低測量人員的工作強度，更加重要的是它能夠提供準確的測量數(shù)據(jù)，保證了測繪工作的質(zhì)量。

三是使土地規(guī)劃科學化。GPS測量技術(shù)具有高效率、高精度的特點，為國土測繪工作提供了技術(shù)支持。人們進行國土測繪的根本目的在于有效的來利用土地資源，通過合理的配置來恰當?shù)摹⒖茖W地提升土地的使用效率，進而為經(jīng)濟的發(fā)展創(chuàng)造更有利的條件，GPS測量技術(shù)下提升了國土資源測繪信息的準確度、工作效率，無形中便為土地資源的高效利用奠定了更為堅實的基礎(chǔ)，這對于城市化建設(shè)、國家經(jīng)濟的發(fā)展都具有積極的影響意義。

2.GPS測量技術(shù)的特點

一是實時動態(tài)差分定位。在土地面積的測繪工作中需要確定土地的界線范圍來測定界樁的位置，對界線范圍內(nèi)的土地面積進行測量并進行計算。在傳統(tǒng)的測量技術(shù)中需要對測量的數(shù)據(jù)進行計算之后才能得到比較準確的數(shù)據(jù)，且存在一定的誤差。而實時動態(tài)差分法則可以在測量條件比較惡劣的環(huán)境中得到實時的準確的測量精度。實時動態(tài)差分定位是GPS測量技術(shù)到目前為止最為先進的技術(shù)，這種技術(shù)測量的精度能夠達到cm級別，有效的滿足了土地面積測繪對誤差精度的需要。通過在土地測繪中應(yīng)用實時動態(tài)差分測量技術(shù)，能夠有效的提高土地測繪工作的質(zhì)量和效率。

二是GPS測量技術(shù)優(yōu)化設(shè)計。在傳統(tǒng)的測量控制網(wǎng)中由于要考慮到其結(jié)果的可靠性、以及精度和成本等。GPS測量技術(shù)具有比較復雜的函數(shù)和數(shù)學模型，能夠?qū)y量設(shè)計方案進行系統(tǒng)、全面的優(yōu)化，從而提高其準確性和可靠性，并且降低其成本。通過對GPS控制網(wǎng)進行優(yōu)化設(shè)計，能夠進一步提高GPS測繪技術(shù)的精度和效益。

三、GPS測量技術(shù)在土地面積測量中的應(yīng)用

GPS測量技術(shù)的出現(xiàn)，使土地面積測繪工作發(fā)生了重大的改變，而且隨著其在土地面積測繪中的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)成為了土地測繪工作中的重要手段。

1.區(qū)域內(nèi)控制測量

首先要對被測區(qū)域內(nèi)進行控制測量，這也是測繪過程中數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。GPS地籍控制網(wǎng)點的密度可以按照測量地區(qū)的范圍和先后順序，分為基本網(wǎng)和加密網(wǎng)。在城鎮(zhèn)界址點密度比較大的地區(qū)，為了保證網(wǎng)點的測量精度，應(yīng)當適當?shù)卦龃罂刂泣c的密度，在必要的時候還可以在GPS網(wǎng)下再加一級圖根導線。GPS網(wǎng)點的各變和常規(guī)的網(wǎng)邊長變化大而且具有結(jié)合靈活的特點，在實際測量中可以根據(jù)需要進行分期布設(shè)，也可以進行混合布設(shè)來滿足其密度的需要。在地籍測繪過程中應(yīng)當遵守從整體到局部的原則，將測量過程分為基本控制測量和地籍測量。基本控制策略可以分為不同的等級，可以通過布設(shè)側(cè)邊網(wǎng)、三角網(wǎng)以及GPS網(wǎng)等形式。在地籍控制策略的過程中其坐標系統(tǒng)應(yīng)當盡量選擇國家統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)，對于條件不滿足的地區(qū)也可以考慮使用地方坐標系。在GPS測量技術(shù)中精度是其作用的指標，它對GPS網(wǎng)絡(luò)的布置以及測量計劃的確定、后期測繪數(shù)據(jù)的處理等都具有重要的影響。根據(jù)我國的相關(guān)地籍測量的要求規(guī)定，地籍測量控制點和起算點之間的誤差不能夠超過 0.05 米。

2.全方位測量

在進行土地面積的測繪時，地籍測量需要對土地整個區(qū)域進行全方位的測量，從而為土地測繪提供有效的實時數(shù)據(jù)資料。在土地測繪的過程中通過對各個網(wǎng)點的密度和精度的控制，能夠確定出土地權(quán)屬的特征，GPS測量技術(shù)可以對測繪過程中的網(wǎng)點密度和精度提供正確的界址點。而GPS測量技術(shù)和傳統(tǒng)的測繪方法相比，能夠一次性地解決土地面積測繪過程中的密度控制，在應(yīng)用的過程中也更加的靈活方便。

3.坐標變換

在GPS測量時，所獲得的數(shù)據(jù)還需要通過坐標變換才能被使用。在實際的土地面積測繪中利用GPS測量技術(shù)得到的數(shù)據(jù)是三維坐標數(shù)據(jù)，在應(yīng)用的過程一般需要使用二維圖像來顯示土地的地理信息。具體測量時手持GPS儀器沿著被土地的外圍繞行，然后就可以得到一系列多個坐標點所組成的定位數(shù)據(jù)，然后按照時間的順序依次記下相應(yīng)的二維坐標（x，y），按時間的先后順序進行標號，其中x表示經(jīng)度信息、y表示維度信息。將測量到的點的數(shù)據(jù)依次連接起來就得到一個具有多個頂點的多邊形。由于地球本身是一個橢球性，所以為了保證測量結(jié)果的準確性，還需要采取投影的方式將其三維坐標轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二維坐標形式。在具體的計算時由于投影方法的計算比較困難，可以將地球看作是正球體來簡化計算的過程。而且一般的土地面積測量的距離比較小，測量的距離也不大，所以簡化的誤差對最終結(jié)果的影響也非常小，可以忽略不計。

四、GPS測量技術(shù)的誤差來源

GPS面積測量儀采用GPS定位系統(tǒng)能夠得到各個點的坐標，不僅效率高、成本低，而且精確度高。精確度的高低是受測量環(huán)境影響的，一般GPS面積測量儀的測量誤差主要來源與以下幾個因素。

1.與衛(wèi)星有關(guān)的誤差

一是衛(wèi)星星歷誤差。衛(wèi)星星歷誤差是指衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星空間位置與衛(wèi)星實際位置的偏差。

二是衛(wèi)星鐘差。衛(wèi)星鐘差是指GPS衛(wèi)星時鐘與GPS標準時間的差別。

三是SA誤差。這是美國政府實行的政策，其結(jié)果使衛(wèi)星鐘差和衛(wèi)星星歷誤差顯著增加，實時定位精度從原來15米降至100米，使原來對定位精度要求較高的用戶得不到滿足。

2.與傳播時產(chǎn)生的誤差

一是電離層折射誤差。GPS信號通過電離層時，信號的路徑要發(fā)生彎曲，傳播的速度也會變化，使測量距離發(fā)生偏差，叫電離層折射。

二是對流層折射誤差。GPS信息通過對流層時也使傳播的路徑發(fā)生彎曲，使測量距離發(fā)生偏差。這種現(xiàn)象為對流折射。

3.多路徑誤差

GPS信息的反射物進入接收天線，和衛(wèi)星信號產(chǎn)生干涉，使觀測值偏離。方法有：測站用周圍無GPS反射物（如果大面積的水，大型建筑物、峽谷的山谷和盆地等）；要提高基準站和流動站天線的架設(shè)高度，選擇較好的接收同天線，來保證成果的精度。

4.接收機的誤差

它包括接收機的位置誤差和接收機天線相位中心偏差。接收機天線相位中心相對測站標石中心位置的誤差，叫接收機位置誤差。在實際工作中要認真操作，來減少這種誤差的影響。接收機天線相位中心偏差，是相位中心隨著信號輸入的強度和方向不同而有所變化，要減少相位中心偏移是天線設(shè)計的一個重要問題。

由此可見，不同設(shè)備由于硬件及軟件的特性，決定了GPS設(shè)備的測量結(jié)果存在正負偏差的問題。 不同設(shè)備由于硬件及軟件的特性，決定了GPS設(shè)備對GPS信號的誤差源處理，由于GPS設(shè)備為被動接受信號設(shè)備，在使用的過程中，無疑會受到周圍環(huán)境的影響

這樣對精度要求比較高的情況下，我們在測試的時候需要注意以下幾點：測量時間足夠長，以滿足設(shè)備對星歷的有效解算；在不同時間段進行測量，這樣能夠有效提高設(shè)備的初始化解算；多次測量進行數(shù)據(jù)平均，這也是解決精度的途徑。

五、結(jié)語

隨著社會的發(fā)展，測繪技術(shù)得以快速發(fā)展，現(xiàn)代測繪技術(shù)為我國國土資源測繪奠定了更有利的基礎(chǔ)，進而為有關(guān)部門的國土資源管理、利用、配置提供了高效的數(shù)據(jù)支持。GPS技術(shù)在土地面積的測繪中具有巨大的優(yōu)勢，它減少了傳統(tǒng)測量工作中所需要的控制點的數(shù)量和測試儀器的搬動次數(shù)，減少了測量工作人員的勞動強度，而且這種測繪技術(shù)具有工作效率高，測量結(jié)果準確等優(yōu)點，減少了自然因素和人為因素的干擾。但是其在應(yīng)用的過程中也存在著信號干擾的問題，因此應(yīng)當努力解決信號干擾的問題，不斷地提高其工作的效率。