土地整理项目中测绘技术的应用

刘延斌

摘 要：文章简要介绍了土地整理项目中，坐标系的选择、建立、坐标系的相互转换，以及河北省卫星定位综合服务系统在土地整理项目中的运用。熟练掌握土地整理项目中相关的测绘技术，才能更大效能地发挥测绘技术的作用，更好地为土地整理项目服务。

关键词：土地整理;坐标系;卫星定位;坐标转换

中图分类号：P204;F301.2 文献标识码：A

土地整理运用多种措施，对农田、水系、道路、植被、村庄、林地、荒地、废弃的工业用地等进行综合治理，是恢复耕地、提高土地利用率的重要措施。土地整理工作，大部分分布在农村地区，目前各地都把整理后的农田纳入基本农田保护区，尤其是土地利用指标可以跨省转让以来，西部省份更是加大土地整理力度，大大提高了土地的整体利用率。在土地整理过程中，设计、测图、规划、施工、验收等各个环节，都离不开测绘工作。掌握相关的测绘技术，是土地整理项目顺利实施的保障[1]。

1 平面坐标系统

1.1 坐标系统的选择

目前，我国常用的坐标系统有1980西安坐标系、2000国家大地坐标系、与2000国家大地坐标系相联系的独立坐标系。坐标系的建立均采用高斯-克吕格投影，简称高斯投影。该投影具有中央子午线上的点投影长度不变，而偏离中央子午线越远的点，其长度变形也越大的特点。在项目实施过程中，因高斯投影的特点，边长的变形会对边长、面积产生影响。所以在项目实施过程中，为减小长度变形，提高测量精度，根据现行规范要求，要将边长变形值控制在2.5cm/km以内。这时，通过选取合适的中央子午线和投影面高度来达到这一要求。所以，在项目实施阶段，一般以满足投影长度变形限值为基本要求，选择坐标系的种类。但是项目完成后，为与土地管理的其他资料衔接，又必须与国家指定的坐标系建立联系，为数据转换提供依据。

1.2 投影长度变形的计算

地面边长投影到高斯平面后，其长度变形值的数学模型可写为：

（1）式中，D为观测边长，ym为观测边东坐标离开中央子午线的距离，H为观测边长的平均大地高，R为观测边平均曲率半径，其计算公式为：

（2）式中，子午圈曲率半径是M，卯酉圈曲率半径是N，椭球长半轴是a，椭球的第二偏心率是，观测边的平均纬度是B。实际计算时，B可取测区的平均纬度。

1.3 确定坐标系统

从（1）式可知，观测值边长投影变形值大小由中央子午线以及投影面高决定。所以，在土地整理项目中，为将边长变形值控制在2.5cm/km以内，常根据测区所处的位置和海拔高度情况，按以下方法选定坐标系。

当测区边长变形值小于等于2.5cm/km时，平面坐标系统采用高斯正形3°带投影，中央子午线选用标准带，投影面为参考椭球面;

当测区边长变形值大于2.5cm/km时，通过抬高投影面的方法，采用高斯正形3°带投影，中央子午线选用标准带，投影面为抬高后的参考椭球面;

当测区边长变形值大于2.5cm/km时，平面坐标系统采用高斯正形任意带投影，投影面为测区的海拔面。

上述三种方法中，第一种省事又简单，是国家标准的平面直角坐标系，与其他资料容易衔接。而第2、3种方法所定义的坐标系，投影后边长变形值虽能满足要求，但新产生坐标系的坐标值则变化较大，需要做坐标平移处理，在数据处理上虽多出了工作量，但在成果与其他土地资料及数据库衔接时会更容易些。

2 使用河北省卫星定位综合服务系统

2.1 河北省卫星定位综合服务系统现状

河北省卫星定位综合服务系统目前共有基准站点72个，绝大部分站点通过气象专网连接至数据处理中心，个别站点通过专线和无线3G内容进行连接与数据通讯，除个别站点因网络等原因导致延迟过大外，其他站点运行稳定，服务系统软件利用Ntrip协议通过移动、电信加密专线进行CGCS2000国家大地坐标系下的高精度定位改正数发布，服务范围覆盖河北全省，用户需通过加密SIM卡连接进行高精度网络RTK定位测量，平面精度1-3cm，高程精度5-8cm。

2.2 河北省卫星定位综合服务系统在土地整理项目中的应用

河北省卫星定位综合服务系统平面定位精度达1-3cm，直接测定碎部点的2000国家大地坐标系坐标，实时动态地为项目实施提供高精度、高質量的碎部点坐标数据，使得项目实施的效率大大提高。河北省卫星定位综合服务系统全天候、实时的高精度定位服务，为土地整理项目的地形图测绘、土方量计算、面积计算、土地整治、施工方样、竣工测量等提供准确的数据，使土地整理项目高效率的实施得以保证[2-3]。

3 平面直角坐标转换

现阶段，我国土地整理项目中仍在使用1980西安坐标系。我国从2008年7月1日之后开始使用2000国家大地坐标系，从此以后，2000国家大地坐标系开始陆续用到土地整理项目中。多种坐标系的并存、坐标系之间的联系，均涉及到坐标转换的问题。

3.1 相同坐标系下平面直角坐标的投影变换

不同阶段所产生的坐标系，属相同椭球参数时，运用投影变换的方法可使坐标系建立联系。用高斯正反算，可将坐标投影到任意中央子午线，可实现抵偿投影面的抬高或降低的投影换算。

3.2 不同坐标下平面直角坐标的坐标转换

在定义平面直角坐标系时，不同的投影参数得到使用，从而产生了不同坐标系下的平面直角坐标。不同坐标系下的平面直角坐标之间的联系可通过坐标转换的方法建立联系从而实现互转。坐标转换的模型较多，平面四参数转换模型是最频繁使用的模型。

3.2.1 平面四参数转换模型（赫尔默特法）

平面四参数转换模型是一个坐标变换数学模型，是根据笛卡尔直角坐标系建立的。通过平移、旋转和尺度变化两个坐标系实现，又叫做相似变换，公共点最少要两个。平面四参数转换模型如下：

式中，x0，y0：平移参数;m：尺度参数;α：旋转角。

3.2.2 平面直角坐标转换的精度评定和评估方法

经过坐标转换后的控制点，坐标转换的精度，需要根据计算的公共点的残差中的误差评估。如有n个公共点在两个坐标系统下，估算坐标转换精度的公式如下：

V（残差）=公共点的转换坐标-公共点已知坐标

对平面坐标有：x残差中误差;y残差中

误差;

则转后平面坐标点位中误差为。

3.2.3 平面直角坐标转换的基本要求

依据高斯投影的特点，平面直角坐标转换应遵循如下原则：

参与转换的两套坐标系，保持相同的中央子午线，中央子午线不同时不能直接转换，需分步转换;

转换时尽量选用最常用的四参数转换法;

不用考虑两套坐标系投影面高度的不同，該因素不影响转换精度与转换结果。

公共点的选取尽量均匀分布，并且能覆盖测区。

4 高程转换

我国采用的高程系统为正常高系统，运用河北省卫星定位综合服务系统直接测得的高程为2000国家大地坐标系的大地高，在控制测量、地形测图中不能直接使用，需先求出该点位置的高程异常值，换算成正常高后才能使用。河北省似大地水准面精化模型已于2006年建成，运用河北省似大地水准面精化模型可获取任意点位的高程异常，依据公式正常高=大地高-高程异常值，可直接推算出碎部点的正常高。河北省似大地水准面精化模型的精度，平原地区可达4cm，山区优于8cm，由此推算出碎部点的高程精度完全满足土地整理项目对高程精度的要求。

5 结语

在各地区实施的土地整理项目中，都有测绘的身影，测绘技术与土地整理项已然密不可分，已成为不可或缺的基础性工作。测绘技术的发展越来越迅速，新技术新方法越来越多，随着我国5G技术的应用、北斗卫星定位系统的成功运行，新的测绘技术在土地整理项目的实施中会更加便捷高效，土地整理工作越来越需要测绘，熟练掌握相关的测绘技术，才能确保土地整理项目的顺利实施。

参考文献

[1] CJJ/T 8-2011，城市测量规范[S].北京：住房和城乡建设部，2012.

[2] 张正禄.工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2013.

[3] 卢新海等.土地整理[M].上海：复旦大学出版社，2011.