土地面积测量仪对于测区边界面积测定
时间:2013-06-19 阅读:1191
进行大区域面积的测量,我们现在一般采用土地面积测量仪,测量方法简单,并且结果满足需要,不过假如临时需要进行测量,手边没有土地面积测量仪,我们该怎么办呢?今天就介绍一个测量及计算土地面积的方法。
目前计算测区面积是根据测区边界点的高斯平面坐标,按公式(1)进行计算:
对于大面积区域,由于高斯投影是等角投影,投影后存在面积变形,且随着测区距*子午线越远,面积变形越大。所以即使没有测量误差,按公式(1)求得的面积也并不是实际面积。
为了解决该问题,本文采用的方法是首先通过高斯投影反算,将高斯坐标转换为大地坐标(地理坐标),然后选择圆锥等面积投影的投影方法再将大地坐标转换为平面坐标,即:
然后采用公式(1)计算区域面积。
另外,投影面高程对测区面积的计算也有很大影响,所以在实际计算中要对参考椭球长半轴a加改正数,即a′=a+h+ξ,式中h是投影面高程,ξ是投影区域高程异常值,由于ξ是一小量,通常可忽略不计。
为了得到用该方法计算出的测区面积值与测区的理论面积值间的差值,在椭球面上目前只能按公式(2)
计算出规则梯形区域的理论面积值。对于不规则区域,现在还无可行的计算方法。
但在实际生产中,测区区域边界一般都是不规则的。对于不规则的区域,无法得到其理论面积值,但可以得到一个相对不规则区域的理论面积值。其具体方法为在椭球面上选择一个经差、纬差较大的梯形,然后在这个大的梯形四周减去一些大小不等的经差、纬差较小的梯形,减去后所得的图形就是一个相对不规则图形,用大梯形的理论面积值减去那些小梯形的理论面积值,就得到这个相对不规则区域的理论面积值了。其示意图如图1:
本文采用的计算图形就是这种相对不规则图形,通过比较分析这种相对不规则区域的理论面积值与计算值间的差值的大小,来得出一定的结论。
由于我国处于中纬度地区,所以选取梯形的纬度是位于北纬30°附近的。由于*子午线的选取与面积的计算无关,为了便于计算,选取梯形的*子午线的经度都是3°。又根据实际情况中可能常遇到的大区域情况,选择了4个大小不同的相对不规则图形来讨论,分别是从10′×10′、30′×30′、40′×40′、1°×1°的大梯形中减去大小不等的小梯形得来的,其理论面积依次为215、1732、3521、8346,单位都为km2。
计算过程为先选取一个经差、纬差较大的梯形,假设该梯形的左边线距*子午线的经度为1°,是一个10′×10′的梯形,则该梯形四个角点的坐标依次为(4°,30°,3500)、(4°,30°10′,2000)、(4°10′,30°10′,1000)、(4°10′,30°,2700),其中高程为任意假设的大地高。通过梯形四个角的大地坐标,由式(2)算得该梯形的理论面积值,大梯形的理论面积值减去小梯形的理论面积值即得到相对不规则图形的理论面积值。将相对不规则图形的各拐点的大地坐标经高斯正算,得到高斯投影下的平面坐标,然后按式(1)计算,就得到由高斯投影坐标算得的面积值。将各拐点的高斯平面坐标经坐标反算,得到各点的大地坐标(因为实际情况中,测量数据一般都是直接测得的平面坐标),然后通过圆锥等面积投影再将大地坐标转为平面坐标,再按式(1)来计算面积,即得到圆锥等面积投影下的面积值。这些计算是通过VB语言进行编程来实现的。
计算结果见表1、2所示,表中“经差”为梯形的左边与*子午线的经度差。由于面积值都较大,所以用相对误差的大小来表示面积变形的大小。“相对误差一”为(“理论值”-“高斯投影的面积值”)/“理论值”,“相对误差二”为(“理论值”-“圆锥等面积投影的面积值”)/“理论值”。
表1的数据为一个规则梯形的情况,是为了与表2的相对不规则图形作对比。从表1的数据可以看出,“相对误差二”比“相对误差一”低了一个数量级,且其数值不随经差的变化而变化。说明“圆锥等面积投影的面积值”与“高斯投影的面积值”相比,变形更小,更稳定。
从表2的数据可以看出,“相对误差二”与“相对误差一”数量级相同,但“相对误差二”的值不随经差的变化而变化,其值都为3.9E-4。从30′×30′、40′×40′、1°×1°的大梯形中减去大小不等的小梯形得来的相对不规则图形,其“相对误差二”的数量级也与“相对误差一”相同,但也都不随经差的变化而变化,他们的“相对误差二”的值分别为2.2E-4、-8.4E-5、-1.6E-3。
表1、表2是固定测区各拐点高程不变,从而分析测区随着经差的变化,其面积值的变形情况。为了分析测区面积随高程变化的情况,固定测区的经差,改变测区各拐点的高程值,其计算结果见表3所示。
从表3的数据可以看出,“相对误差二”与“相对误差一”的数量级基本相同,“相对误差二”的值随着高程的变化而变化,不过变化量不是很大。
从表1、表2、表3的数据可以得出,采用圆锥等面积投影算得的面积值与理论面积值间有一定的差值,但其并不因测区所在经差不同而不同,或因高程起伏不同,而有较大的变化,这就保证了一种相对不变性。且其计算思路简单,可以通过编程来实现,是计算大区域土地面积的一种有效方法。