大比例尺地籍測(cè)繪精度控制探討
——以河北定州市為例

趙建文

(河北省第二測(cè)繪院, 河北 石家莊 050031)

0 引言

地籍測(cè)量是為地籍管理服務(wù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的一項(xiàng)技術(shù),主要是在權(quán)屬調(diào)查的基礎(chǔ)上運(yùn)用測(cè)繪技術(shù)測(cè)定界址線的位置、形狀、數(shù)量和質(zhì)量等,將測(cè)定結(jié)果作為土地登記和核發(fā)證書的依據(jù)。在此情況下,大比例尺地形圖為鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)提供精度可靠的基礎(chǔ)技術(shù)資料,測(cè)繪精度十分重要[1-3]。在相關(guān)研究中,部分發(fā)達(dá)國(guó)家在地籍確權(quán)中融入全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)技術(shù)或激光掃描技術(shù),將紙質(zhì)地籍轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰€服務(wù),通過(guò)線上操作就能了解到區(qū)域內(nèi)的地籍信息,并通過(guò)線上進(jìn)行地籍信息的多種操作[4]。我國(guó)在農(nóng)村集體土地確權(quán)工作方面起步較發(fā)達(dá)國(guó)家晚,在國(guó)內(nèi)測(cè)繪精度控制中借鑒國(guó)外的成熟技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),如基于激光掃描的測(cè)繪精度控制方法和基于傾斜攝影的測(cè)繪精度控制方法,在實(shí)際繪制過(guò)程中,由于起始數(shù)據(jù)誤差與測(cè)量誤差之間的比例因子要求過(guò)高,導(dǎo)致地籍繪圖過(guò)程中存在操作失誤,中誤差較高且出現(xiàn)區(qū)域內(nèi)多邊形重疊情況[5]。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,以河北定州市農(nóng)村地籍測(cè)量為例,設(shè)計(jì)一種改進(jìn)的大比例尺地籍測(cè)繪精度控制方法,通過(guò)控制測(cè)圖平面控制網(wǎng)精度實(shí)現(xiàn)對(duì)大比例尺地籍測(cè)繪精度的控制,解決傳統(tǒng)控制方法中存在的問(wèn)題。

1 大比例尺地籍測(cè)繪精度控制設(shè)計(jì)

1.1 測(cè)量地形數(shù)據(jù)

使用GPS技術(shù)測(cè)量地形數(shù)據(jù),已知衛(wèi)星自身的瞬時(shí)三維坐標(biāo),利用數(shù)據(jù)傳輸分析出接收端與衛(wèi)星之間的距離,以三維坐標(biāo)作為參數(shù)通過(guò)聯(lián)立方程獲得接收端坐標(biāo)。在GPS技術(shù)中,只要在開闊的空間搜索到三顆衛(wèi)星就能夠定位接收端的位置。GPS以參考點(diǎn)的數(shù)量和位置差異作為依據(jù),分為單點(diǎn)定位和相對(duì)定位。前者根據(jù)接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)確定接收機(jī)位置。后者根據(jù)兩臺(tái)以上接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)確定觀測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置。具體區(qū)別如圖1所示。

圖1 單點(diǎn)定位和相對(duì)定位

考慮到獲取的地形數(shù)據(jù)相對(duì)于周圍空間地物是靜止的,容易受到各種因素的干擾產(chǎn)生距離誤差[6],GPS在進(jìn)行定位時(shí),將天線固定于待測(cè)位置。在實(shí)現(xiàn)定位后,選擇相應(yīng)控制點(diǎn),點(diǎn)位所在的地下基礎(chǔ)的地質(zhì)條件應(yīng)穩(wěn)定堅(jiān)固,便于長(zhǎng)時(shí)間保存以及測(cè)距[7]。布置完成后,進(jìn)行圖根控制測(cè)量,滿足地籍界址點(diǎn)測(cè)量的基礎(chǔ)控制,在施測(cè)的GPS點(diǎn)的基礎(chǔ)上,采取動(dòng)態(tài)測(cè)量方式。為滿足外業(yè)補(bǔ)測(cè)、界址點(diǎn)測(cè)量的需要,圖根點(diǎn)的密度應(yīng)充分考慮界址點(diǎn)的分布特點(diǎn)和地形的復(fù)雜程度,合理布設(shè)點(diǎn)位[8]。在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí),每點(diǎn)觀測(cè)兩次取中數(shù)作為最后結(jié)果。計(jì)算“三參”時(shí),將選擇的高級(jí)控制點(diǎn)設(shè)定在測(cè)量區(qū)域內(nèi),測(cè)量區(qū)域半徑不超過(guò)5km[9]。通過(guò)上述過(guò)程獲得測(cè)量數(shù)據(jù),利用人機(jī)交互對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查,控制測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量。

1.2 控制地形測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量

數(shù)據(jù)質(zhì)量的高低嚴(yán)重影響地籍測(cè)繪的精度,精度不足容易導(dǎo)致土地確權(quán)任務(wù)繁重、難以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤[10]。為滿足現(xiàn)代集體土地的管理和利用,國(guó)家提出了集體土地確權(quán)的相關(guān)規(guī)范,提高了對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求。因此,在地形測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中,通過(guò)對(duì)以前集體土地確權(quán)的經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),使用現(xiàn)代化手段控制農(nóng)村權(quán)屬調(diào)查的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

結(jié)合農(nóng)村集體土地確權(quán)工作的具體情況,通過(guò)對(duì)空間數(shù)據(jù)質(zhì)量控制,在確權(quán)過(guò)程中通過(guò)人機(jī)交互對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查,依靠人與計(jì)算機(jī)相互協(xié)助,完成數(shù)據(jù)集的檢查?？臻g數(shù)據(jù)是集體土地確權(quán)數(shù)據(jù)的核心和基礎(chǔ),數(shù)據(jù)質(zhì)量決定地籍測(cè)繪精度。因此,通過(guò)控制空間數(shù)據(jù)質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)對(duì)集體土地確權(quán)數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制?？臻g數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查內(nèi)容如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查內(nèi)容

以上述的檢查合格的數(shù)據(jù)作為依據(jù),通過(guò)計(jì)算控制網(wǎng)精度達(dá)到控制大比例尺地籍測(cè)繪精度的目的。

1.3 計(jì)算控制網(wǎng)必要精度

考慮河北定州市農(nóng)村土地確權(quán)的實(shí)際情況,在GPS控制網(wǎng)測(cè)量基礎(chǔ)上增加高級(jí)控制網(wǎng)。在GPS技術(shù)測(cè)量的基礎(chǔ)上,在平面控制網(wǎng)中,布設(shè)j個(gè)等級(jí)的三角測(cè)量,u個(gè)等級(jí)的導(dǎo)線測(cè)量,計(jì)算最高一級(jí)三角測(cè)量的邊長(zhǎng)誤差與最低一級(jí)導(dǎo)線測(cè)量點(diǎn)位總誤差的關(guān)系式,比例因子相同時(shí),公式如下:

(1)

比例因子不同時(shí),關(guān)系式如下:

(2)

式中,G1表示最高一級(jí)三角測(cè)量邊長(zhǎng)誤差,G2表示最低一級(jí)導(dǎo)線測(cè)量點(diǎn)位總誤差,x和y表示比例因子?？紤]到起始數(shù)據(jù)誤差影響應(yīng)該小于測(cè)量誤差,若采用不同的比例因子,兩個(gè)比例因子之間互相影響,當(dāng)三角測(cè)量或?qū)Ь€測(cè)量中精度出現(xiàn)遞降,造成互相影響,且控制精度時(shí)需要同時(shí)調(diào)整,會(huì)增加不必要的工作內(nèi)容,因此在三角測(cè)量和導(dǎo)線測(cè)量中采用相同比例因子。通過(guò)上述計(jì)算公式,調(diào)整比例因子,確定高級(jí)控制網(wǎng)的精度,減小起始數(shù)據(jù)誤差的影響。在高級(jí)控制網(wǎng)精度確定的情況下,控制網(wǎng)的精度主要根據(jù)具體的布網(wǎng)方案和設(shè)定的比例因子確定,計(jì)算出精度在這種情況下能滿足的最大測(cè)繪比例尺,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)地籍測(cè)繪精度的最優(yōu)控制。

2 大比例尺地籍測(cè)繪精度控制方法實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

在大比例尺地籍測(cè)繪精度控制方法中,設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn),以河北定州市農(nóng)村某一區(qū)域?yàn)閷?shí)驗(yàn)區(qū)域,對(duì)通過(guò)以實(shí)驗(yàn)區(qū)域采用不同的測(cè)繪精度控制方法進(jìn)行地形圖繪制,對(duì)地形圖進(jìn)行中誤差測(cè)量和多邊形重疊檢查,通過(guò)這兩項(xiàng)指標(biāo),分析不同地籍測(cè)繪精度控制方法的優(yōu)劣。使用的控制精度方法一種是提出的測(cè)繪精度控制方法,另外兩種是基于激光掃描的測(cè)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(cè)圖軟件獲取實(shí)驗(yàn)區(qū)域的二維數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù),根據(jù)地形圖繪制規(guī)范進(jìn)行地物繪制,得到實(shí)驗(yàn)區(qū)域地形圖數(shù)字線劃圖,在劃分的實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)采集不同的地物,主要包括輸電線桿、道路拐點(diǎn)、斑馬線、圍墻角和房屋房角。采集的平面坐標(biāo)具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)區(qū)域檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)采集 單位:m

基于以上數(shù)據(jù),分析不同精度控制方法中的中誤差實(shí)驗(yàn)結(jié)果和多邊形重疊檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2 中誤差實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

中誤差計(jì)算公式如下:

(3)

式中,n表示觀測(cè)值個(gè)數(shù);v表示觀測(cè)值改正數(shù),通過(guò)測(cè)量值與算術(shù)平均值相減獲得。

不同大比例尺地籍測(cè)繪精度控制方法中誤差實(shí)驗(yàn)結(jié)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(cè)繪精度控制方法。表中結(jié)果顯示,控制方法1中坐標(biāo)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(shù)據(jù)中可以看出,測(cè)繪精度控制方法中誤差實(shí)驗(yàn)結(jié)果在三組實(shí)驗(yàn)結(jié)果中最低,說(shuō)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(shí)際情況,進(jìn)行多邊形重疊檢查實(shí)驗(yàn),將兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合在一起作為最終精度控制方法的依據(jù)。

表3 中誤差實(shí)驗(yàn)結(jié)果 單位:m

2.3 多邊形重疊檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

多邊形的重疊指的是繪制過(guò)程中多線段頂點(diǎn)各自圍成的區(qū)域之間出現(xiàn)重疊現(xiàn)象,正常情況下,多邊形實(shí)體是不允許重疊的。使用AutoCAD軟件,將地形繪圖中的多線段轉(zhuǎn)換為區(qū)域,采用交集運(yùn)算對(duì)多線段相鄰的兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行求解。當(dāng)兩個(gè)區(qū)域相鄰、相離、不重疊時(shí),交集運(yùn)算結(jié)果為空;反之,兩個(gè)區(qū)域重疊、運(yùn)算結(jié)果不為空,此時(shí)根據(jù)區(qū)域相交情況的判斷,在交集區(qū)域做上記號(hào),以便改正。不同精度控制方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 多邊形重疊檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖

使用多邊形重疊檢查主要代碼實(shí)現(xiàn)區(qū)域間的交集運(yùn)算,從圖中結(jié)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(qū)域,相比之下,控制方法2中重疊區(qū)域較少,但是依然存在多邊形重疊的問(wèn)題,而本文所采用的控制方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果中運(yùn)算結(jié)果為空,兩個(gè)區(qū)域相鄰、相離,沒(méi)有多邊形重疊區(qū)域。結(jié)合上述中誤差實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，大比例尺地籍測(cè)繪精度控制方法中誤差低且不存在多邊形重疊情況,說(shuō)明使用該控制方法繪制的地形圖質(zhì)量高,該控制方法優(yōu)于另外兩種方法,適合應(yīng)用在實(shí)際測(cè)繪工程中。

3 結(jié)束語(yǔ)

大比例尺地籍測(cè)繪精度的問(wèn)題,與地形要素的中誤差相關(guān),以往使用的測(cè)繪精度控制方法中忽略了這一問(wèn)題,導(dǎo)致比例因子要求過(guò)高,影響精度控制可靠性。因此,以河北定州市農(nóng)村土地確權(quán)為例,基于GPS技術(shù),在原有的控制網(wǎng)基礎(chǔ)上,疊加高級(jí)控制網(wǎng),統(tǒng)一比例因子。通過(guò)設(shè)計(jì)的對(duì)比實(shí)驗(yàn),中誤差和多邊形重疊實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了本文采用的控制方法克服了比例因子要求過(guò)高的問(wèn)題,能夠在實(shí)際測(cè)繪項(xiàng)目中得到較好的推廣。