土地整理項目中測繪技術(shù)的應(yīng)用

劉延斌

摘 要：文章簡要介紹了土地整理項目中，坐標(biāo)系的選擇、建立、坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換，以及河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)在土地整理項目中的運用。熟練掌握土地整理項目中相關(guān)的測繪技術(shù)，才能更大效能地發(fā)揮測繪技術(shù)的作用，更好地為土地整理項目服務(wù)。

關(guān)鍵詞：土地整理;坐標(biāo)系;衛(wèi)星定位;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

中圖分類號：P204;F301.2 文獻標(biāo)識碼：A

土地整理運用多種措施，對農(nóng)田、水系、道路、植被、村莊、林地、荒地、廢棄的工業(yè)用地等進行綜合治理，是恢復(fù)耕地、提高土地利用率的重要措施。土地整理工作，大部分分布在農(nóng)村地區(qū)，目前各地都把整理后的農(nóng)田納入基本農(nóng)田保護區(qū)，尤其是土地利用指標(biāo)可以跨省轉(zhuǎn)讓以來，西部省份更是加大土地整理力度，大大提高了土地的整體利用率。在土地整理過程中，設(shè)計、測圖、規(guī)劃、施工、驗收等各個環(huán)節(jié)，都離不開測繪工作。掌握相關(guān)的測繪技術(shù)，是土地整理項目順利實施的保障[1]。

1 平面坐標(biāo)系統(tǒng)

1.1 坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇

目前，我國常用的坐標(biāo)系統(tǒng)有1980西安坐標(biāo)系、2000國家大地坐標(biāo)系、與2000國家大地坐標(biāo)系相聯(lián)系的獨立坐標(biāo)系。坐標(biāo)系的建立均采用高斯-克呂格投影，簡稱高斯投影。該投影具有中央子午線上的點投影長度不變，而偏離中央子午線越遠的點，其長度變形也越大的特點。在項目實施過程中，因高斯投影的特點，邊長的變形會對邊長、面積產(chǎn)生影響。所以在項目實施過程中，為減小長度變形，提高測量精度，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，要將邊長變形值控制在2.5cm/km以內(nèi)。這時，通過選取合適的中央子午線和投影面高度來達到這一要求。所以，在項目實施階段，一般以滿足投影長度變形限值為基本要求，選擇坐標(biāo)系的種類。但是項目完成后，為與土地管理的其他資料銜接，又必須與國家指定的坐標(biāo)系建立聯(lián)系，為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提供依據(jù)。

1.2 投影長度變形的計算

地面邊長投影到高斯平面后，其長度變形值的數(shù)學(xué)模型可寫為：

（1）式中，D為觀測邊長，ym為觀測邊東坐標(biāo)離開中央子午線的距離，H為觀測邊長的平均大地高，R為觀測邊平均曲率半徑，其計算公式為：

（2）式中，子午圈曲率半徑是M，卯酉圈曲率半徑是N，橢球長半軸是a，橢球的第二偏心率是，觀測邊的平均緯度是B。實際計算時，B可取測區(qū)的平均緯度。

1.3 確定坐標(biāo)系統(tǒng)

從（1）式可知，觀測值邊長投影變形值大小由中央子午線以及投影面高決定。所以，在土地整理項目中，為將邊長變形值控制在2.5cm/km以內(nèi)，常根據(jù)測區(qū)所處的位置和海拔高度情況，按以下方法選定坐標(biāo)系。

當(dāng)測區(qū)邊長變形值小于等于2.5cm/km時，平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用高斯正形3°帶投影，中央子午線選用標(biāo)準(zhǔn)帶，投影面為參考橢球面;

當(dāng)測區(qū)邊長變形值大于2.5cm/km時，通過抬高投影面的方法，采用高斯正形3°帶投影，中央子午線選用標(biāo)準(zhǔn)帶，投影面為抬高后的參考橢球面;

當(dāng)測區(qū)邊長變形值大于2.5cm/km時，平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用高斯正形任意帶投影，投影面為測區(qū)的海拔面。

上述三種方法中，第一種省事又簡單，是國家標(biāo)準(zhǔn)的平面直角坐標(biāo)系，與其他資料容易銜接。而第2、3種方法所定義的坐標(biāo)系，投影后邊長變形值雖能滿足要求，但新產(chǎn)生坐標(biāo)系的坐標(biāo)值則變化較大，需要做坐標(biāo)平移處理，在數(shù)據(jù)處理上雖多出了工作量，但在成果與其他土地資料及數(shù)據(jù)庫銜接時會更容易些。

2 使用河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)

2.1 河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)現(xiàn)狀

河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)目前共有基準(zhǔn)站點72個，絕大部分站點通過氣象專網(wǎng)連接至數(shù)據(jù)處理中心，個別站點通過專線和無線3G內(nèi)容進行連接與數(shù)據(jù)通訊，除個別站點因網(wǎng)絡(luò)等原因?qū)е卵舆t過大外，其他站點運行穩(wěn)定，服務(wù)系統(tǒng)軟件利用Ntrip協(xié)議通過移動、電信加密專線進行CGCS2000國家大地坐標(biāo)系下的高精度定位改正數(shù)發(fā)布，服務(wù)范圍覆蓋河北全省，用戶需通過加密SIM卡連接進行高精度網(wǎng)絡(luò)RTK定位測量，平面精度1-3cm，高程精度5-8cm。

2.2 河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)在土地整理項目中的應(yīng)用

河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)平面定位精度達1-3cm，直接測定碎部點的2000國家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)，實時動態(tài)地為項目實施提供高精度、高質(zhì)量的碎部點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，使得項目實施的效率大大提高。河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)全天候、實時的高精度定位服務(wù)，為土地整理項目的地形圖測繪、土方量計算、面積計算、土地整治、施工方樣、竣工測量等提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，使土地整理項目高效率的實施得以保證[2-3]。

3 平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

現(xiàn)階段，我國土地整理項目中仍在使用1980西安坐標(biāo)系。我國從2008年7月1日之后開始使用2000國家大地坐標(biāo)系，從此以后，2000國家大地坐標(biāo)系開始陸續(xù)用到土地整理項目中。多種坐標(biāo)系的并存、坐標(biāo)系之間的聯(lián)系，均涉及到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題。

3.1 相同坐標(biāo)系下平面直角坐標(biāo)的投影變換

不同階段所產(chǎn)生的坐標(biāo)系，屬相同橢球參數(shù)時，運用投影變換的方法可使坐標(biāo)系建立聯(lián)系。用高斯正反算，可將坐標(biāo)投影到任意中央子午線，可實現(xiàn)抵償投影面的抬高或降低的投影換算。

3.2 不同坐標(biāo)下平面直角坐標(biāo)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

在定義平面直角坐標(biāo)系時，不同的投影參數(shù)得到使用，從而產(chǎn)生了不同坐標(biāo)系下的平面直角坐標(biāo)。不同坐標(biāo)系下的平面直角坐標(biāo)之間的聯(lián)系可通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法建立聯(lián)系從而實現(xiàn)互轉(zhuǎn)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的模型較多，平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型是最頻繁使用的模型。

3.2.1 平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型（赫爾默特法）

平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型是一個坐標(biāo)變換數(shù)學(xué)模型，是根據(jù)笛卡爾直角坐標(biāo)系建立的。通過平移、旋轉(zhuǎn)和尺度變化兩個坐標(biāo)系實現(xiàn)，又叫做相似變換，公共點最少要兩個。平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型如下：

式中，x0，y0：平移參數(shù);m：尺度參數(shù);α：旋轉(zhuǎn)角。

3.2.2 平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度評定和評估方法

經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的控制點，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度，需要根據(jù)計算的公共點的殘差中的誤差評估。如有n個公共點在兩個坐標(biāo)系統(tǒng)下，估算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度的公式如下：

V（殘差）=公共點的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)-公共點已知坐標(biāo)

對平面坐標(biāo)有：x殘差中誤差;y殘差中

誤差;

則轉(zhuǎn)后平面坐標(biāo)點位中誤差為。

3.2.3 平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基本要求

依據(jù)高斯投影的特點，平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換應(yīng)遵循如下原則：

參與轉(zhuǎn)換的兩套坐標(biāo)系，保持相同的中央子午線，中央子午線不同時不能直接轉(zhuǎn)換，需分步轉(zhuǎn)換;

轉(zhuǎn)換時盡量選用最常用的四參數(shù)轉(zhuǎn)換法;

不用考慮兩套坐標(biāo)系投影面高度的不同，該因素不影響轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換結(jié)果。

公共點的選取盡量均勻分布，并且能覆蓋測區(qū)。

4 高程轉(zhuǎn)換

我國采用的高程系統(tǒng)為正常高系統(tǒng)，運用河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)直接測得的高程為2000國家大地坐標(biāo)系的大地高，在控制測量、地形測圖中不能直接使用，需先求出該點位置的高程異常值，換算成正常高后才能使用。河北省似大地水準(zhǔn)面精化模型已于2006年建成，運用河北省似大地水準(zhǔn)面精化模型可獲取任意點位的高程異常，依據(jù)公式正常高=大地高-高程異常值，可直接推算出碎部點的正常高。河北省似大地水準(zhǔn)面精化模型的精度，平原地區(qū)可達4cm，山區(qū)優(yōu)于8cm，由此推算出碎部點的高程精度完全滿足土地整理項目對高程精度的要求。

5 結(jié)語

在各地區(qū)實施的土地整理項目中，都有測繪的身影，測繪技術(shù)與土地整理項已然密不可分，已成為不可或缺的基礎(chǔ)性工作。測繪技術(shù)的發(fā)展越來越迅速，新技術(shù)新方法越來越多，隨著我國5G技術(shù)的應(yīng)用、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的成功運行，新的測繪技術(shù)在土地整理項目的實施中會更加便捷高效，土地整理工作越來越需要測繪，熟練掌握相關(guān)的測繪技術(shù)，才能確保土地整理項目的順利實施。

參考文獻

[1] CJJ/T 8-2011，城市測量規(guī)范[S].北京：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2012.

[2] 張正祿.工程測量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2013.

[3] 盧新海等.土地整理[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2011.