基于北斗/GPS 雙模定位的土地面積測繪技術(shù)及土地信息系統(tǒng)研究

顧永遠(yuǎn)

（南通市房產(chǎn)管理測繪隊(duì)，江蘇南通）

1 土地面積測繪技術(shù)

1.1 基于北斗/GPS 雙模定位的衛(wèi)星信號(hào)與接收機(jī)距離計(jì)算

為實(shí)現(xiàn)對(duì)土地面積的規(guī)范化測量，本文引進(jìn)北斗/GPS 雙模定位技術(shù)，進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)與接收機(jī)距離的計(jì)算。在此過程中，將呈現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的衛(wèi)星瞬時(shí)位置作為起始數(shù)據(jù)，進(jìn)行接收機(jī)上時(shí)鐘與衛(wèi)星上時(shí)鐘之間的時(shí)鐘差值計(jì)算[1]。計(jì)算公式為：

式中：α0代表時(shí)鐘差。A 代表接收機(jī)上的時(shí)鐘。A1代表衛(wèi)星上的時(shí)鐘。根據(jù)以上公式，進(jìn)行定位信號(hào)傳輸距離、信號(hào)傳輸中偽距、信號(hào)傳播時(shí)間等參數(shù)的計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中：N 代表定位信號(hào)傳輸距離。c 代表光速。PR代表信號(hào)傳輸中偽距。（Δtv-Δt）＝α0代表時(shí)鐘差。n 代表衛(wèi)星信號(hào)與接收機(jī)距離。（xi，yi，z）i代表第i 個(gè)衛(wèi)星信號(hào)站的空間位置。（x，y，z）代表接收機(jī)的空間位置。對(duì)n 的空間位置進(jìn)行分析，如圖1 所示。

圖1 基于北斗/GPS 雙模定位的衛(wèi)星信號(hào)與接收機(jī)距離

計(jì)算圖1中n1、n2、n3、n4的空間位置，如下計(jì)算公式所示：

式中：（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）、（x3，y3，z3）、（x4，y4，z4）代表衛(wèi)星信號(hào)站1、2、3、4 的空間位置。按照上述方式，實(shí)現(xiàn)基于北斗/GPS 雙模定位的衛(wèi)星信號(hào)與接收機(jī)距離計(jì)算。

1.2 土地面積測繪與誤差補(bǔ)償

坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換是地理信息系統(tǒng)（GIS）和定位技術(shù)中的常見問題。當(dāng)需要在不同的坐標(biāo)系之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，需要使用特定的數(shù)學(xué)模型和算法[2]。在此過程中，根據(jù)測繪的土地面積，進(jìn)行對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換方法的選擇，如測繪土地面積較小時(shí)，根據(jù)接收機(jī)的經(jīng)緯度，可按照下述公式，進(jìn)行坐標(biāo)的變換。

式中：X、Y 代表轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)，R 代表第一偏心率，L代表接收機(jī)經(jīng)度，B 代表接收機(jī)緯度。

按照上式完成土地面積測繪中坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換后，引進(jìn)梯形法，進(jìn)行土地面積的測量。梯形法土地面積測繪是一種通過將土地面積劃分為多個(gè)梯形，然后計(jì)算每個(gè)梯形的面積，最后將這些面積相加得出總面積的方法。具體步驟如下：

①劃分梯形：首先根據(jù)土地的形狀和大小，將其劃分為多個(gè)梯形。劃分的依據(jù)可以是地塊的邊界、道路、河流等自然或人為的界線。

②測量梯形的上底、下底和高：使用測量工具，如皮尺、測距儀等，測量每個(gè)梯形的上底、下底和高。這些數(shù)據(jù)是計(jì)算梯形面積的基礎(chǔ)。

③計(jì)算梯形面積：使用梯形面積公式（上底加下底乘高除以2）計(jì)算每個(gè)梯形的面積。

④相加面積：將所有梯形的面積相加，得出土地的總面積。

通過以上步驟，就可以使用梯形法進(jìn)行土地面積測繪[3]。這種方法適用于形狀不規(guī)則的土地，特別是那些難以使用其他方法進(jìn)行測繪的土地。需要注意的是，梯形法的精度取決于劃分的梯形的數(shù)量和測量工具的精度。因此，在實(shí)際操作中，應(yīng)盡量保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和劃分梯形的合理性。

為避免測繪中相關(guān)因素影響，出現(xiàn)測量結(jié)果與實(shí)際結(jié)果偏差較大的問題，可根據(jù)面積誤差分析理論，進(jìn)行土地面積測量結(jié)果的補(bǔ)償[4]。在此過程中應(yīng)明確，土地測量的主要誤差來源于接收機(jī)定位誤差，將此誤差定義為系統(tǒng)定位誤差，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下。

式中：E 代表補(bǔ)償誤差值。Δa 代表接收機(jī)定位誤差（系統(tǒng)定位誤差）。m、n 代表測繪土地的長度與寬度。根據(jù)計(jì)算結(jié)果E，進(jìn)行土地測繪面積的補(bǔ)償，以此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)測區(qū)土地面積的高精度測繪。

2 土地信息系統(tǒng)

2.1 測量儀選型與土地信息無線通信部署

將土地面積測繪技術(shù)作為基礎(chǔ)，進(jìn)行土地信息系統(tǒng)的開發(fā)，為確保開發(fā)的系統(tǒng)可以在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到預(yù)期，應(yīng)明確土地面積測量儀是系統(tǒng)構(gòu)成的核心，因此，在開發(fā)系統(tǒng)前，應(yīng)做好對(duì)測量儀的選型。不同的測量儀具有不同的功能。一些測量儀可能只提供基本的面積測量功能，而另一些則可能具有更多的高級(jí)功能，如數(shù)據(jù)記錄、圖形顯示等，應(yīng)根據(jù)需要選擇合適的功能[5]。由于測量儀可能需要在惡劣的環(huán)境中使用，因此其耐用性和穩(wěn)定性也是需要考慮的因素。選擇經(jīng)過良好設(shè)計(jì)和制造的測量儀，可以確保其長期可靠地工作。

為確保選用的測量儀可以在應(yīng)用中達(dá)到預(yù)期，應(yīng)在完成設(shè)備選型后，進(jìn)行土地面積測量儀外部復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。在此過程中，首先需要明確測量儀在何種情況下需要進(jìn)行復(fù)位操作。例如，當(dāng)儀器出現(xiàn)故障、異常狀態(tài)或需要初始化時(shí)，可能需要復(fù)位，根據(jù)復(fù)位需求，可以選擇合適的復(fù)位電路類型。

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)所選的復(fù)位電路類型，開始設(shè)計(jì)具體的復(fù)位電路。這包括選擇適當(dāng)?shù)膹?fù)位芯片、電阻、電容等元件，以及設(shè)計(jì)電路的連接方式[6]。完成復(fù)位電路的設(shè)計(jì)后，需要進(jìn)行測試和調(diào)試。通過實(shí)際操作測量儀，檢查復(fù)位電路是否能夠正常工作，是否滿足復(fù)位需求。

本文選用的測量儀按照外部復(fù)位設(shè)計(jì)，電路圖簡圖如圖2 所示。

圖2 測量儀外部復(fù)位電路簡圖

完成上述設(shè)計(jì)后，需要明確土地信息無線通信部署的目標(biāo)和需求，例如需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)量、覆蓋范圍等，根據(jù)需求，選擇適合的無線通信技術(shù)。可以考慮的技術(shù)包括WLAN、WPAN、WMAN 等，根據(jù)選定的無線通信技術(shù)，選擇合適的硬件設(shè)備進(jìn)行部署，例如無線路由器、網(wǎng)卡、基站等，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)，包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)備配置、信號(hào)覆蓋范圍等。確保網(wǎng)絡(luò)能夠滿足土地信息的傳輸需求，通過土地信息采集設(shè)備（如GPS、遙感設(shè)備等）采集數(shù)據(jù)，然后通過部署的無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸[7]。

2.2 土地定位信息獲取傳輸與土地信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫連接展示

利用北斗/GPS 雙模定位技術(shù)，結(jié)合上文設(shè)計(jì)的土地面積測繪技術(shù)，輔助測量儀等系統(tǒng)設(shè)備，進(jìn)行土地定位信息的獲取與無線信息傳輸，此過程如圖3 所示。

圖3 土地定位信息獲取與無線信息傳輸

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，需要選擇適合的土地信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，如MySQL、PostgreSQL、Oracle 等。然后，根據(jù)所選數(shù)據(jù)庫的規(guī)范和要求，進(jìn)行必要的配置，包括設(shè)置數(shù)據(jù)庫用戶名、密碼、連接參數(shù)等。在土地信息系統(tǒng)開發(fā)中，需要使用數(shù)據(jù)庫連接庫或驅(qū)動(dòng)程序來建立與數(shù)據(jù)庫的連接。常見的數(shù)據(jù)庫連接庫有JDBC（Java Database Connectivity）等。根據(jù)所使用的編程語言和數(shù)據(jù)庫類型，選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫連接庫。使用選擇的數(shù)據(jù)庫連接庫，編寫代碼以建立與數(shù)據(jù)庫的連接。在代碼中，需要指定數(shù)據(jù)庫的連接信息（如主機(jī)名、端口號(hào)、數(shù)據(jù)庫名等），并使用提供的用戶名和密碼進(jìn)行身份驗(yàn)證。一旦建立了與數(shù)據(jù)庫的連接，就可以執(zhí)行各種數(shù)據(jù)庫操作，如查詢、插入、更新和刪除等。這些操作通常使用SQL （Structured Query Language）語言來執(zhí)行。將查詢到的數(shù)據(jù)展示在土地信息系統(tǒng)中。展示方式可以根據(jù)需求進(jìn)行選擇，如表格、圖表、地圖等。可以使用前端框架或庫來創(chuàng)建友好的用戶界面，以便用戶能夠直觀地查看和交互數(shù)據(jù)。如果需要更新或維護(hù)土地信息數(shù)據(jù)，可以通過系統(tǒng)提供的界面或API 進(jìn)行操作。這些操作將直接反映在數(shù)據(jù)庫中，并實(shí)時(shí)更新展示的數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可能遇到各種異常情況或安全威脅。因此，需要編寫適當(dāng)?shù)漠惓Ｌ幚泶a和安全防護(hù)措施，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的安全性。

通過以上步驟，可以完成土地信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫連接展示的功能。在實(shí)際開發(fā)中，需要根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需求和技術(shù)環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化，以確保系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

3 結(jié)論

土地面積測繪技術(shù)及土地信息系統(tǒng)是土地資源管理的重要手段，對(duì)于實(shí)現(xiàn)土地資源的合理利用和規(guī)劃具有重要意義。隨著科技的不斷發(fā)展，土地面積測繪技術(shù)及土地信息系統(tǒng)在資源開發(fā)與利用中發(fā)揮著不可代替的作用。為全面落實(shí)此項(xiàng)工作，本文引進(jìn)北斗/GPS 雙模定位技術(shù)，開展了此次研究。

（1） 完成此次研究后，為檢驗(yàn)提出的測繪技術(shù)是否能在應(yīng)用中達(dá)到預(yù)期效果，選擇某實(shí)驗(yàn)區(qū)作為試點(diǎn)，按照設(shè)計(jì)的步驟，輔助北斗/GPS 雙模定位技術(shù)，進(jìn)行土地面積的測繪，測繪過程中，控制其他變量，對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行測試與綜合分析，綜合測試結(jié)果可知，本文設(shè)計(jì)的土地面積測繪技術(shù)測量結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的誤差較小，可以在實(shí)際工作中忽略此誤差，將北斗/GPS 雙模定位測量結(jié)果作為真實(shí)結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)的方法測量結(jié)果所存在的誤差進(jìn)行分析，分析后發(fā)現(xiàn)，造成誤差的主要原因是某個(gè)獨(dú)立衛(wèi)星空間站在進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)存在不穩(wěn)定問題，可能是由于天氣等原因造成，因此，可以在后續(xù)工作中，選擇更適宜的天氣進(jìn)行土地面積的測繪，以此種方式，進(jìn)一步提高測繪的精度。

（2） 完成上述內(nèi)容的設(shè)計(jì)后，進(jìn)行土地信息系統(tǒng)的測試，測試后證明了系統(tǒng)在應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)土地信息無線通信數(shù)據(jù)的傳輸、連接與展示。綜合測試結(jié)果可知，本文開發(fā)的系統(tǒng)可以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與效果。