基于北斗/GPS 双模定位的土地面积测绘技术及土地信息系统研究

顾永远

（南通市房产管理测绘队，江苏南通）

1 土地面积测绘技术

1.1 基于北斗/GPS 双模定位的卫星信号与接收机距离计算

为实现对土地面积的规范化测量，本文引进北斗/GPS 双模定位技术，进行卫星信号与接收机距离的计算。在此过程中，将呈现高速运动状态的卫星瞬时位置作为起始数据，进行接收机上时钟与卫星上时钟之间的时钟差值计算[1]。计算公式为：

式中：α0代表时钟差。A 代表接收机上的时钟。A1代表卫星上的时钟。根据以上公式，进行定位信号传输距离、信号传输中伪距、信号传播时间等参数的计算，计算公式如下：

式中：N 代表定位信号传输距离。c 代表光速。PR代表信号传输中伪距。（Δtv-Δt）＝α0代表时钟差。n 代表卫星信号与接收机距离。（xi，yi，z）i代表第i 个卫星信号站的空间位置。（x，y，z）代表接收机的空间位置。对n 的空间位置进行分析，如图1 所示。

图1 基于北斗/GPS 双模定位的卫星信号与接收机距离

计算图1中n1、n2、n3、n4的空间位置，如下计算公式所示：

式中：（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）、（x3，y3，z3）、（x4，y4，z4）代表卫星信号站1、2、3、4 的空间位置。按照上述方式，实现基于北斗/GPS 双模定位的卫星信号与接收机距离计算。

1.2 土地面积测绘与误差补偿

坐标系转换是地理信息系统（GIS）和定位技术中的常见问题。当需要在不同的坐标系之间进行转换时，需要使用特定的数学模型和算法[2]。在此过程中，根据测绘的土地面积，进行对应转换方法的选择，如测绘土地面积较小时，根据接收机的经纬度，可按照下述公式，进行坐标的变换。

式中：X、Y 代表转换后的坐标，R 代表第一偏心率，L代表接收机经度，B 代表接收机纬度。

按照上式完成土地面积测绘中坐标系的转换后，引进梯形法，进行土地面积的测量。梯形法土地面积测绘是一种通过将土地面积划分为多个梯形，然后计算每个梯形的面积，最后将这些面积相加得出总面积的方法。具体步骤如下：

①划分梯形：首先根据土地的形状和大小，将其划分为多个梯形。划分的依据可以是地块的边界、道路、河流等自然或人为的界线。

②测量梯形的上底、下底和高：使用测量工具，如皮尺、测距仪等，测量每个梯形的上底、下底和高。这些数据是计算梯形面积的基础。

③计算梯形面积：使用梯形面积公式（上底加下底乘高除以2）计算每个梯形的面积。

④相加面积：将所有梯形的面积相加，得出土地的总面积。

通过以上步骤，就可以使用梯形法进行土地面积测绘[3]。这种方法适用于形状不规则的土地，特别是那些难以使用其他方法进行测绘的土地。需要注意的是，梯形法的精度取决于划分的梯形的数量和测量工具的精度。因此，在实际操作中，应尽量保证测量数据的准确性和划分梯形的合理性。

为避免测绘中相关因素影响，出现测量结果与实际结果偏差较大的问题，可根据面积误差分析理论，进行土地面积测量结果的补偿[4]。在此过程中应明确，土地测量的主要误差来源于接收机定位误差，将此误差定义为系统定位误差，对其进行计算，计算公式如下。

式中：E 代表补偿误差值。Δa 代表接收机定位误差（系统定位误差）。m、n 代表测绘土地的长度与宽度。根据计算结果E，进行土地测绘面积的补偿，以此种方式，实现对测区土地面积的高精度测绘。

2 土地信息系统

2.1 测量仪选型与土地信息无线通信部署

将土地面积测绘技术作为基础，进行土地信息系统的开发，为确保开发的系统可以在实际应用中达到预期，应明确土地面积测量仪是系统构成的核心，因此，在开发系统前，应做好对测量仪的选型。不同的测量仪具有不同的功能。一些测量仪可能只提供基本的面积测量功能，而另一些则可能具有更多的高级功能，如数据记录、图形显示等，应根据需要选择合适的功能[5]。由于测量仪可能需要在恶劣的环境中使用，因此其耐用性和稳定性也是需要考虑的因素。选择经过良好设计和制造的测量仪，可以确保其长期可靠地工作。

为确保选用的测量仪可以在应用中达到预期，应在完成设备选型后，进行土地面积测量仪外部复位电路的设计。在此过程中，首先需要明确测量仪在何种情况下需要进行复位操作。例如，当仪器出现故障、异常状态或需要初始化时，可能需要复位，根据复位需求，可以选择合适的复位电路类型。

在此基础上，根据所选的复位电路类型，开始设计具体的复位电路。这包括选择适当的复位芯片、电阻、电容等元件，以及设计电路的连接方式[6]。完成复位电路的设计后，需要进行测试和调试。通过实际操作测量仪，检查复位电路是否能够正常工作，是否满足复位需求。

本文选用的测量仪按照外部复位设计，电路图简图如图2 所示。

图2 测量仪外部复位电路简图

完成上述设计后，需要明确土地信息无线通信部署的目标和需求，例如需要传输的数据类型、数据量、覆盖范围等，根据需求，选择适合的无线通信技术。可以考虑的技术包括WLAN、WPAN、WMAN 等，根据选定的无线通信技术，选择合适的硬件设备进行部署，例如无线路由器、网卡、基站等，在此基础上，进行详细的网络规划与设计，包括拓扑结构、设备配置、信号覆盖范围等。确保网络能够满足土地信息的传输需求，通过土地信息采集设备（如GPS、遥感设备等）采集数据，然后通过部署的无线通信网络进行传输[7]。

2.2 土地定位信息获取传输与土地信息系统数据库连接展示

利用北斗/GPS 双模定位技术，结合上文设计的土地面积测绘技术，辅助测量仪等系统设备，进行土地定位信息的获取与无线信息传输，此过程如图3 所示。

图3 土地定位信息获取与无线信息传输

在上述内容的基础上，需要选择适合的土地信息系统数据库，如MySQL、PostgreSQL、Oracle 等。然后，根据所选数据库的规范和要求，进行必要的配置，包括设置数据库用户名、密码、连接参数等。在土地信息系统开发中，需要使用数据库连接库或驱动程序来建立与数据库的连接。常见的数据库连接库有JDBC（Java Database Connectivity）等。根据所使用的编程语言和数据库类型，选择相应的数据库连接库。使用选择的数据库连接库，编写代码以建立与数据库的连接。在代码中，需要指定数据库的连接信息（如主机名、端口号、数据库名等），并使用提供的用户名和密码进行身份验证。一旦建立了与数据库的连接，就可以执行各种数据库操作，如查询、插入、更新和删除等。这些操作通常使用SQL （Structured Query Language）语言来执行。将查询到的数据展示在土地信息系统中。展示方式可以根据需求进行选择，如表格、图表、地图等。可以使用前端框架或库来创建友好的用户界面，以便用户能够直观地查看和交互数据。如果需要更新或维护土地信息数据，可以通过系统提供的界面或API 进行操作。这些操作将直接反映在数据库中，并实时更新展示的数据。在系统运行过程中，可能遇到各种异常情况或安全威胁。因此，需要编写适当的异常处理代码和安全防护措施，以确保系统的稳定性和数据的安全性。

通过以上步骤，可以完成土地信息系统数据库连接展示的功能。在实际开发中，需要根据具体的业务需求和技术环境进行适当的调整和优化，以确保系统能够满足实际应用的需求。

3 结论

土地面积测绘技术及土地信息系统是土地资源管理的重要手段，对于实现土地资源的合理利用和规划具有重要意义。随着科技的不断发展，土地面积测绘技术及土地信息系统在资源开发与利用中发挥着不可代替的作用。为全面落实此项工作，本文引进北斗/GPS 双模定位技术，开展了此次研究。

（1） 完成此次研究后，为检验提出的测绘技术是否能在应用中达到预期效果，选择某实验区作为试点，按照设计的步骤，辅助北斗/GPS 双模定位技术，进行土地面积的测绘，测绘过程中，控制其他变量，对此项技术的应用效果进行测试与综合分析，综合测试结果可知，本文设计的土地面积测绘技术测量结果与实际结果的误差较小，可以在实际工作中忽略此误差，将北斗/GPS 双模定位测量结果作为真实结果。在此基础上，对设计的方法测量结果所存在的误差进行分析，分析后发现，造成误差的主要原因是某个独立卫星空间站在进行信号传输时存在不稳定问题，可能是由于天气等原因造成，因此，可以在后续工作中，选择更适宜的天气进行土地面积的测绘，以此种方式，进一步提高测绘的精度。

（2） 完成上述内容的设计后，进行土地信息系统的测试，测试后证明了系统在应用中，可以实现对土地信息无线通信数据的传输、连接与展示。综合测试结果可知，本文开发的系统可以达到预期的设计标准与效果。