大比例尺地籍測繪精度控制探討
——以河北定州市為例

趙建文

(河北省第二測繪院, 河北 石家莊 050031)

0 引言

地籍測量是為地籍管理服務提供數據基礎的一項技術,主要是在權屬調查的基礎上運用測繪技術測定界址線的位置、形狀、數量和質量等,將測定結果作為土地登記和核發證書的依據。在此情況下,大比例尺地形圖為鄉鎮規劃設計和建設提供精度可靠的基礎技術資料,測繪精度十分重要[1-3]。在相關研究中,部分發達國家在地籍確權中融入全球定位系統(Global Positioning System，GPS)技術或激光掃描技術,將紙質地籍轉變為在線服務,通過線上操作就能了解到區域內的地籍信息,并通過線上進行地籍信息的多種操作[4]。我國在農村集體土地確權工作方面起步較發達國家晚,在國內測繪精度控制中借鑒國外的成熟技術進行改進,如基于激光掃描的測繪精度控制方法和基于傾斜攝影的測繪精度控制方法,在實際繪制過程中,由于起始數據誤差與測量誤差之間的比例因子要求過高,導致地籍繪圖過程中存在操作失誤,中誤差較高且出現區域內多邊形重疊情況[5]。針對這個問題,以河北定州市農村地籍測量為例,設計一種改進的大比例尺地籍測繪精度控制方法,通過控制測圖平面控制網精度實現對大比例尺地籍測繪精度的控制,解決傳統控制方法中存在的問題。

1 大比例尺地籍測繪精度控制設計

1.1 測量地形數據

使用GPS技術測量地形數據,已知衛星自身的瞬時三維坐標,利用數據傳輸分析出接收端與衛星之間的距離,以三維坐標作為參數通過聯立方程獲得接收端坐標。在GPS技術中,只要在開闊的空間搜索到三顆衛星就能夠定位接收端的位置。GPS以參考點的數量和位置差異作為依據,分為單點定位和相對定位。前者根據接收機的觀測數據確定接收機位置。后者根據兩臺以上接收機的觀測數據確定觀測點之間的相對位置。具體區別如圖1所示。

圖1 單點定位和相對定位

考慮到獲取的地形數據相對于周圍空間地物是靜止的,容易受到各種因素的干擾產生距離誤差[6],GPS在進行定位時,將天線固定于待測位置。在實現定位后,選擇相應控制點,點位所在的地下基礎的地質條件應穩定堅固,便于長時間保存以及測距[7]。布置完成后,進行圖根控制測量,滿足地籍界址點測量的基礎控制,在施測的GPS點的基礎上,采取動態測量方式。為滿足外業補測、界址點測量的需要,圖根點的密度應充分考慮界址點的分布特點和地形的復雜程度,合理布設點位[8]。在動態測量時,每點觀測兩次取中數作為最后結果。計算“三參”時,將選擇的高級控制點設定在測量區域內,測量區域半徑不超過5km[9]。通過上述過程獲得測量數據,利用人機交互對數據進行質量檢查,控制測量數據質量。

1.2 控制地形測量數據質量

數據質量的高低嚴重影響地籍測繪的精度,精度不足容易導致土地確權任務繁重、難以發現數據錯誤[10]。為滿足現代集體土地的管理和利用,國家提出了集體土地確權的相關規范,提高了對數據質量的要求。因此,在地形測量數據質量控制中,通過對以前集體土地確權的經驗的總結,使用現代化手段控制農村權屬調查的數據質量。

結合農村集體土地確權工作的具體情況,通過對空間數據質量控制,在確權過程中通過人機交互對空間數據進行檢查,依靠人與計算機相互協助,完成數據集的檢查?？臻g數據是集體土地確權數據的核心和基礎,數據質量決定地籍測繪精度。因此,通過控制空間數據質量,實現對集體土地確權數據質量的控制?？臻g數據質量檢查內容如表1所示。

表1 數據質量檢查內容

以上述的檢查合格的數據作為依據,通過計算控制網精度達到控制大比例尺地籍測繪精度的目的。

1.3 計算控制網必要精度

考慮河北定州市農村土地確權的實際情況,在GPS控制網測量基礎上增加高級控制網。在GPS技術測量的基礎上,在平面控制網中,布設j個等級的三角測量,u個等級的導線測量,計算最高一級三角測量的邊長誤差與最低一級導線測量點位總誤差的關系式,比例因子相同時,公式如下:

(1)

比例因子不同時,關系式如下:

(2)

式中,G1表示最高一級三角測量邊長誤差,G2表示最低一級導線測量點位總誤差,x和y表示比例因子?？紤]到起始數據誤差影響應該小于測量誤差,若采用不同的比例因子,兩個比例因子之間互相影響,當三角測量或導線測量中精度出現遞降,造成互相影響,且控制精度時需要同時調整,會增加不必要的工作內容,因此在三角測量和導線測量中采用相同比例因子。通過上述計算公式,調整比例因子,確定高級控制網的精度,減小起始數據誤差的影響。在高級控制網精度確定的情況下,控制網的精度主要根據具體的布網方案和設定的比例因子確定,計算出精度在這種情況下能滿足的最大測繪比例尺,進而實現地籍測繪精度的最優控制。

2 大比例尺地籍測繪精度控制方法實驗研究

2.1 實驗數據準備

在大比例尺地籍測繪精度控制方法中,設計對比實驗,以河北定州市農村某一區域為實驗區域,對通過以實驗區域采用不同的測繪精度控制方法進行地形圖繪制,對地形圖進行中誤差測量和多邊形重疊檢查,通過這兩項指標,分析不同地籍測繪精度控制方法的優劣。使用的控制精度方法一種是提出的測繪精度控制方法,另外兩種是基于激光掃描的測繪精度控制方法和基于傾斜攝影的控制方法。

使用EPS三維測圖軟件獲取實驗區域的二維數據和三維數據,根據地形圖繪制規范進行地物繪制,得到實驗區域地形圖數字線劃圖,在劃分的實驗區域內采集不同的地物,主要包括輸電線桿、道路拐點、斑馬線、圍墻角和房屋房角。采集的平面坐標具體數據如表2所示。

表2 實驗區域檢查點數據采集 單位:m

基于以上數據,分析不同精度控制方法中的中誤差實驗結果和多邊形重疊檢查實驗結果。

2.2 中誤差實驗結果及分析

中誤差計算公式如下:

(3)

式中,n表示觀測值個數;v表示觀測值改正數,通過測量值與算術平均值相減獲得。

不同大比例尺地籍測繪精度控制方法中誤差實驗結果如表3所示。

表中控制方法1為基于激光掃描的精度控制方法,控制方法2為基于傾斜攝影的控制方法,控制方法3為大比例尺地籍測繪精度控制方法。表中結果顯示,控制方法1中坐標的中誤差最高為x=0.75、y=0.81,控制方法2中誤差最高為x=0.92、y=0.90,控制方法3中誤差最高為x=0.27、y=0.33。從上述數據中可以看出,測繪精度控制方法中誤差實驗結果在三組實驗結果中最低,說明使用的精度控制方法地形圖繪制精度較高?？紤]地形圖繪制的實際情況,進行多邊形重疊檢查實驗,將兩組實驗結果結合在一起作為最終精度控制方法的依據。

表3 中誤差實驗結果 單位:m

2.3 多邊形重疊檢查實驗結果及分析

多邊形的重疊指的是繪制過程中多線段頂點各自圍成的區域之間出現重疊現象,正常情況下,多邊形實體是不允許重疊的。使用AutoCAD軟件,將地形繪圖中的多線段轉換為區域,采用交集運算對多線段相鄰的兩個區域進行求解。當兩個區域相鄰、相離、不重疊時,交集運算結果為空;反之,兩個區域重疊、運算結果不為空,此時根據區域相交情況的判斷,在交集區域做上記號,以便改正。不同精度控制方法實驗結果如圖2所示。

圖2 多邊形重疊檢查實驗結果示意圖

使用多邊形重疊檢查主要代碼實現區域間的交集運算,從圖中結果中可以明顯看出,利用控制方法1繪制的地形圖中存在多處重疊區域,相比之下,控制方法2中重疊區域較少,但是依然存在多邊形重疊的問題,而本文所采用的控制方法實驗結果中運算結果為空,兩個區域相鄰、相離,沒有多邊形重疊區域。結合上述中誤差實驗結果分析可知，大比例尺地籍測繪精度控制方法中誤差低且不存在多邊形重疊情況,說明使用該控制方法繪制的地形圖質量高,該控制方法優于另外兩種方法,適合應用在實際測繪工程中。

3 結束語

大比例尺地籍測繪精度的問題,與地形要素的中誤差相關,以往使用的測繪精度控制方法中忽略了這一問題,導致比例因子要求過高,影響精度控制可靠性。因此,以河北定州市農村土地確權為例,基于GPS技術,在原有的控制網基礎上,疊加高級控制網,統一比例因子。通過設計的對比實驗,中誤差和多邊形重疊實驗結果證實了本文采用的控制方法克服了比例因子要求過高的問題,能夠在實際測繪項目中得到較好的推廣。