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

□ 浙江省國(guó)土資源廳信息中心 傅 宇

一、測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展

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

1.鋼尺結(jié)合比例尺的測(cè)量法

最初南昌鋼鐵有限責(zé)任公司委托某規(guī)劃設(shè)計(jì)院于1985年進(jìn)行了地形測(cè)繪，并得到測(cè)繪版1∶1000地形圖。在需要征地時(shí)，由土地管理人員用30米鋼尺現(xiàn)場(chǎng)丈量土地，結(jié)合比例尺在測(cè)繪版1∶1000地形圖中標(biāo)示測(cè)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(jì)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(xiàn)多的宗地較難處理，征地工作經(jīng)常由此引發(fā)爭(zhēng)議。

2.經(jīng)緯儀結(jié)合鋼尺的測(cè)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(cè)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(gè)拐點(diǎn)處，進(jìn)行角度的測(cè)量，結(jié)合鋼尺丈量的長(zhǎng)度再計(jì)算出宗地的面積。

3.全站儀測(cè)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(diǎn)上及通視的可能性越來(lái)越小，為適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求，引進(jìn)了全站儀，該儀器提供了一種方便適用的面積測(cè)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(gè)拐點(diǎn)處，可以做到“站得高，望得遠(yuǎn)”。

測(cè)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(cè)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(diǎn)靈活、計(jì)算速度快而且精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此在土地面積的測(cè)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(dǎo)航系統(tǒng)能夠?yàn)榈厍虮砻娴慕^大部分地區(qū)提供準(zhǔn)確的定位、測(cè)速等，是美國(guó)開(kāi)發(fā)的一種全球定位系統(tǒng)。GPS通過(guò)測(cè)量出測(cè)量對(duì)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(lái)確定測(cè)量對(duì)象的具體位置。

1.GPS測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

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(lái)建立信息數(shù)據(jù)庫(kù)，從而對(duì)測(cè)量過(guò)程中的圖像、圖形以及數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和存儲(chǔ)。通過(guò)利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的無(wú)縫連接以及疊加等處理，并且按照要求進(jìn)行輸出，提高了收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(duì)國(guó)土測(cè)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(cè)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(wèn)題等等，這無(wú)形中便對(duì)工作效率產(chǎn)生負(fù)面影響。GPS測(cè)量技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中不需要測(cè)量點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)自己的通視，只需要測(cè)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(cè)繪的成本。GPS測(cè)量技術(shù)為土地面積測(cè)繪帶來(lái)了新的革命，它能夠有效的提高測(cè)量人員的工作效率，降低測(cè)量人員的工作強(qiáng)度，更加重要的是它能夠提供準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，保證了測(cè)繪工作的質(zhì)量。

三是使土地規(guī)劃科學(xué)化。GPS測(cè)量技術(shù)具有高效率、高精度的特點(diǎn)，為國(guó)土測(cè)繪工作提供了技術(shù)支持。人們進(jìn)行國(guó)土測(cè)繪的根本目的在于有效的來(lái)利用土地資源，通過(guò)合理的配置來(lái)恰當(dāng)?shù)摹⒖茖W(xué)地提升土地的使用效率，進(jìn)而為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展創(chuàng)造更有利的條件，GPS測(cè)量技術(shù)下提升了國(guó)土資源測(cè)繪信息的準(zhǔn)確度、工作效率，無(wú)形中便為土地資源的高效利用奠定了更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這對(duì)于城市化建設(shè)、國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都具有積極的影響意義。

2.GPS測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

一是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位。在土地面積的測(cè)繪工作中需要確定土地的界線(xiàn)范圍來(lái)測(cè)定界樁的位置，對(duì)界線(xiàn)范圍內(nèi)的土地面積進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行計(jì)算。在傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)中需要對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算之后才能得到比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，且存在一定的誤差。而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法則可以在測(cè)量條件比較惡劣的環(huán)境中得到實(shí)時(shí)的準(zhǔn)確的測(cè)量精度。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位是GPS測(cè)量技術(shù)到目前為止最為先進(jìn)的技術(shù)，這種技術(shù)測(cè)量的精度能夠達(dá)到cm級(jí)別，有效的滿(mǎn)足了土地面積測(cè)繪對(duì)誤差精度的需要。通過(guò)在土地測(cè)繪中應(yīng)用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分測(cè)量技術(shù)，能夠有效的提高土地測(cè)繪工作的質(zhì)量和效率。

二是GPS測(cè)量技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)的測(cè)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(cè)量技術(shù)具有比較復(fù)雜的函數(shù)和數(shù)學(xué)模型，能夠?qū)y(cè)量設(shè)計(jì)方案進(jìn)行系統(tǒng)、全面的優(yōu)化，從而提高其準(zhǔn)確性和可靠性，并且降低其成本。通過(guò)對(duì)GPS控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)一步提高GPS測(cè)繪技術(shù)的精度和效益。

三、GPS測(cè)量技術(shù)在土地面積測(cè)量中的應(yīng)用

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

1.區(qū)域內(nèi)控制測(cè)量

首先要對(duì)被測(cè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行控制測(cè)量，這也是測(cè)繪過(guò)程中數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。GPS地籍控制網(wǎng)點(diǎn)的密度可以按照測(cè)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(diǎn)密度比較大的地區(qū)，為了保證網(wǎng)點(diǎn)的測(cè)量精度，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)卦龃罂刂泣c(diǎn)的密度，在必要的時(shí)候還可以在GPS網(wǎng)下再加一級(jí)圖根導(dǎo)線(xiàn)。GPS網(wǎng)點(diǎn)的各變和常規(guī)的網(wǎng)邊長(zhǎng)變化大而且具有結(jié)合靈活的特點(diǎn)，在實(shí)際測(cè)量中可以根據(jù)需要進(jìn)行分期布設(shè)，也可以進(jìn)行混合布設(shè)來(lái)滿(mǎn)足其密度的需要。在地籍測(cè)繪過(guò)程中應(yīng)當(dāng)遵守從整體到局部的原則，將測(cè)量過(guò)程分為基本控制測(cè)量和地籍測(cè)量。基本控制策略可以分為不同的等級(jí)，可以通過(guò)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(guò)程中其坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)盡量選擇國(guó)家統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，對(duì)于條件不滿(mǎn)足的地區(qū)也可以考慮使用地方坐標(biāo)系。在GPS測(cè)量技術(shù)中精度是其作用的指標(biāo)，它對(duì)GPS網(wǎng)絡(luò)的布置以及測(cè)量計(jì)劃的確定、后期測(cè)繪數(shù)據(jù)的處理等都具有重要的影響。根據(jù)我國(guó)的相關(guān)地籍測(cè)量的要求規(guī)定，地籍測(cè)量控制點(diǎn)和起算點(diǎn)之間的誤差不能夠超過(guò) 0.05 米。

2.全方位測(cè)量

在進(jìn)行土地面積的測(cè)繪時(shí)，地籍測(cè)量需要對(duì)土地整個(gè)區(qū)域進(jìn)行全方位的測(cè)量，從而為土地測(cè)繪提供有效的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)資料。在土地測(cè)繪的過(guò)程中通過(guò)對(duì)各個(gè)網(wǎng)點(diǎn)的密度和精度的控制，能夠確定出土地權(quán)屬的特征，GPS測(cè)量技術(shù)可以對(duì)測(cè)繪過(guò)程中的網(wǎng)點(diǎn)密度和精度提供正確的界址點(diǎn)。而GPS測(cè)量技術(shù)和傳統(tǒng)的測(cè)繪方法相比，能夠一次性地解決土地面積測(cè)繪過(guò)程中的密度控制，在應(yīng)用的過(guò)程中也更加的靈活方便。

3.坐標(biāo)變換

在GPS測(cè)量時(shí)，所獲得的數(shù)據(jù)還需要通過(guò)坐標(biāo)變換才能被使用。在實(shí)際的土地面積測(cè)繪中利用GPS測(cè)量技術(shù)得到的數(shù)據(jù)是三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在應(yīng)用的過(guò)程一般需要使用二維圖像來(lái)顯示土地的地理信息。具體測(cè)量時(shí)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(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所組成的定位數(shù)據(jù)，然后按照時(shí)間的順序依次記下相應(yīng)的二維坐標(biāo)（x，y），按時(shí)間的先后順序進(jìn)行標(biāo)號(hào)，其中x表示經(jīng)度信息、y表示維度信息。將測(cè)量到的點(diǎn)的數(shù)據(jù)依次連接起來(lái)就得到一個(gè)具有多個(gè)頂點(diǎn)的多邊形。由于地球本身是一個(gè)橢球性，所以為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需要采取投影的方式將其三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二維坐標(biāo)形式。在具體的計(jì)算時(shí)由于投影方法的計(jì)算比較困難，可以將地球看作是正球體來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算的過(guò)程。而且一般的土地面積測(cè)量的距離比較小，測(cè)量的距離也不大，所以簡(jiǎn)化的誤差對(duì)最終結(jié)果的影響也非常小，可以忽略不計(jì)。

四、GPS測(cè)量技術(shù)的誤差來(lái)源

GPS面積測(cè)量?jī)x采用GPS定位系統(tǒng)能夠得到各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，不僅效率高、成本低，而且精確度高。精確度的高低是受測(cè)量環(huán)境影響的，一般GPS面積測(cè)量?jī)x的測(cè)量誤差主要來(lái)源與以下幾個(gè)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(shí)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(shí)鐘與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的差別。

三是SA誤差。這是美國(guó)政府實(shí)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(shí)時(shí)定位精度從原來(lái)15米降至100米，使原來(lái)對(duì)定位精度要求較高的用戶(hù)得不到滿(mǎn)足。

2.與傳播時(shí)產(chǎn)生的誤差

一是電離層折射誤差。GPS信號(hào)通過(guò)電離層時(shí)，信號(hào)的路徑要發(fā)生彎曲，傳播的速度也會(huì)變化，使測(cè)量距離發(fā)生偏差，叫電離層折射。

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

3.多路徑誤差

GPS信息的反射物進(jìn)入接收天線(xiàn)，和衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生干涉，使觀(guān)測(cè)值偏離。方法有：測(cè)站用周?chē)鸁o(wú)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(zhǔn)站和流動(dòng)站天線(xiàn)的架設(shè)高度，選擇較好的接收同天線(xiàn)，來(lái)保證成果的精度。

4.接收機(jī)的誤差

它包括接收機(jī)的位置誤差和接收機(jī)天線(xiàn)相位中心偏差。接收機(jī)天線(xiàn)相位中心相對(duì)測(cè)站標(biāo)石中心位置的誤差，叫接收機(jī)位置誤差。在實(shí)際工作中要認(rèn)真操作，來(lái)減少這種誤差的影響。接收機(jī)天線(xiàn)相位中心偏差，是相位中心隨著信號(hào)輸入的強(qiáng)度和方向不同而有所變化，要減少相位中心偏移是天線(xiàn)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問(wèn)題。

由此可見(jiàn)，不同設(shè)備由于硬件及軟件的特性，決定了GPS設(shè)備的測(cè)量結(jié)果存在正負(fù)偏差的問(wèn)題。 不同設(shè)備由于硬件及軟件的特性，決定了GPS設(shè)備對(duì)GPS信號(hào)的誤差源處理，由于GPS設(shè)備為被動(dòng)接受信號(hào)設(shè)備，在使用的過(guò)程中，無(wú)疑會(huì)受到周?chē)h(huán)境的影響

這樣對(duì)精度要求比較高的情況下，我們?cè)跍y(cè)試的時(shí)候需要注意以下幾點(diǎn)：測(cè)量時(shí)間足夠長(zhǎng)，以滿(mǎn)足設(shè)備對(duì)星歷的有效解算；在不同時(shí)間段進(jìn)行測(cè)量，這樣能夠有效提高設(shè)備的初始化解算；多次測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)平均，這也是解決精度的途徑。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，測(cè)繪技術(shù)得以快速發(fā)展，現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)為我國(guó)國(guó)土資源測(cè)繪奠定了更有利的基礎(chǔ)，進(jìn)而為有關(guān)部門(mén)的國(guó)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(cè)繪中具有巨大的優(yōu)勢(shì)，它減少了傳統(tǒng)測(cè)量工作中所需要的控制點(diǎn)的數(shù)量和測(cè)試儀器的搬動(dòng)次數(shù)，減少了測(cè)量工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且這種測(cè)繪技術(shù)具有工作效率高，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，減少了自然因素和人為因素的干擾。但是其在應(yīng)用的過(guò)程中也存在著信號(hào)干擾的問(wèn)題，因此應(yīng)當(dāng)努力解決信號(hào)干擾的問(wèn)題，不斷地提高其工作的效率。