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機助土地面積自動測量儀的使用方式

來源：　類別：技術文章　更新時間：2013-02-28　閱讀次

　　土地是一切生產和存在的源泉，土地資源是人類不能出讓的生存條件和再生產條件，因此，精確地掌握我國土地資源的現狀，是了解我國國情，發展生產的基礎。自1985年全國開展土地資源詳查工作以來，各地都投入了大量的人力、物力，取得了很大成績，但是，土地資源調查中的一個極為重要的環節—土地面積的圖上量算方法卻十分落后。傳統的方格法、求積儀法及稱重法等方法量算精度低，且費時、費工，量算結果數據的處理、匯總相當困難，而某些高精度的量算方法如電子掃描儀法又需配置昂貴的儀器設備，推廣困難。
　　如何發揮微機測畝儀在地圖面積量算中的作用，實現圖上土地面積量算的自動化、精確化，是近年來廣為關注的課題，也取得了一定的成果。本文作者在總結前人經驗的基礎上，通過大量分析、試驗、對比，建立了一套實用的微機土地面積自動量算系統，本文介紹了該系統建立的基本思想和技術路線，用大量的實測資料分析了該系統的量算精度和效益，并對其中幾個理論問題進行了較為深入的探討。
　　量算的方法與步驟地圖面積自動量算的基本步驟可以按工作的先后次序分為底圖準備、圖斑數字化、人機交互編輯、平差處理和結果輸出5個階段。以下對其中主要的兩個階段進行描述。
　　1 準備階段
　　1.1 地圖變形參數的瀏定與糾正任何地圖都會由于地圖投影和紙張伸縮等因素影響而產生一定程度的變形。常規的面積量算方法較難消除，而在機助面積量算中可得到較為滿意的解決。
　　對于由于地圖投影而產生的投影誤差的糾正，首先，要確定該地圖投影的解析方程式，并可轉換為相應的誤差公式。式中投影誤差。是圖上平面直角坐標的函數。在利用數字化儀量算圖斑面積時，可利用以上函數關系式直接計算各量測點的誤差微分值，最后利用累加法統計誤差總值并對量測圖斑進行結果修正。
　　紙張變形的誤差糾正如為非扭曲變形，可先測定x,y方向的變形系數，再對每個數字化點進行修正，如地圖有明顯的扭曲變形，則需采用仿射變換法則進行糾正。
　　1.2 數字化原圖的分幅和拼接由于數字化儀臺面尺寸的限制，地圖數字化過程中往往需要對一幅數字化原圖進行分幅數字化，使圖中原來許多獨立、完整的圖斑被分割成二個以上的圖斑，而在統計中需以單獨的面積數據形式出現，所以，在分別完成兩幅圖的數字化之后，還需進行面積數據的歸并和圖形矢量數據文件的拼接，以保證每一圖斑數據的完整性。
　　1.3 原圖標描在數字化原圖上對于進行數字化的各類點、線進行分色標描，以降低數字化時的出錯率。
　　1.4 設五特征碼和功能菜單區對多屬性圖斑面積量算一般需在數字化面板的空白處開辟屬性編碼和系統功能菜單區，以方便數字化時對屬性碼的賦值和功能選擇。
　　2 圖斑數字化
　　圖斑數字化是機助面積自動量算的核心工作，它有以下幾個技術要點。
　　量算過程一般按照所編碼的圖斑順序進行；每圖斑開始量算時一般需先標明數字化起點位置，對于較為簡單的多邊形圖斑，以折點作為數字化的輸人點；而對于不規則的曲邊圖斑，需選擇對其邊界幾何圖形有控制意義的特征點作為數字化點。
　　圖斑的數字化工作必須嚴格按照順時針的方向進行，對于圖斑中套有其他類型小圖斑的狀況，可從外圖斑邊界一點切入，對內圖斑進行反方向數字化，再從進入點轉出，完成整個圖斑的全部數字化工作。由于對內部小圖斑是反方向數字化，其面積為負值，與總面積累加之后便可保證有效地扣除而獲得圖斑的量算面積。
　　數字化儀的取數方式可以采用點方式、時間增量方式和步長增量3種方式。點方式一般適用于簡單的折邊多邊形類圖形；步長增量方式適用于邊界平緩彎曲的圖形；時間增量方式則適用于圖斑邊界彎曲多而且變化十出入點圖2套合圖斑量算方法示意圖分復雜的圖形。在一幅地圖的實際測量中往往是以上3種方式交替使用，以提高量測效率。
　　對于精度要求很高（誤差值小于0.5%）的地圖面積量算，還可以采用分線段數字化，建立圖斑一線段一點位3級檢索的數據結構形式。對需量測面積的圖斑重新進行線段及點位的組合，再量測其面積值。該方法由于采用了統一的線段和節點編碼，每條線段只需一次單向數字化，而避免了圖斑的公用邊由于雙向重復數字化帶來的非重合差，使量測精度大大提高，而且所形成的圖形數據文件利于建立地理信息系統的圖形庫和自動制圖。但是，該方法需在數字化原圖上對每一線段的節點進行一次性統一編碼，從而使面積量算的預處理工作量大大增加。
　　目前，一般數字化儀分辨率均高于0.olmm,只要數字化儀工作正常，量算的系統誤差可以忽略不計。所以，偶然誤差和粗差是產生量算誤差的主要來源。從試驗中發現，具體的影響因素是圖斑的圖形復雜程度和數字化取點密度。
　　不同的圖斑都具有各自復雜程度不同的邊界彎曲形9U2,兩個面積相同而形狀不同的圖斑，邊界長度愈長者可視其復雜程度愈大，使用數字化儀量算時所需的數據點也愈多，因而產生偶然誤差和粗差的機率也愈大。在此，我們用圖斑復雜度W來描述圖斑的復雜程度。W~S0/S。式中S。為圖斑的面積值，S為與該圖斑周長相同的圓的面積。從以上公式可看出圖斑的復雜度與該圖斑的周長成反比。
　　作為校準值，對一組面積均為250m,的不同復雜度圖斑面積測定的統計分析圖。圖中反映了圖斑的復雜度對數字化儀量測面積的精度變化態勢。
　　由于數字化儀量算面積的基本原理是以小多邊形進行面積的累加擬合、逼近，所以，數字化取點密度同樣也影響著量測精度。在實驗中以不同的數字化密度進行多組面積量測精度試驗。如圖4所示，面積量測誤差值在開始時隨著數字化點數的增加、密度的加大而急劇減少。而當點數增大至一定程度時，量測誤差值便穩定在一定范圍內，但當取數點密度進一步增大時，相對誤差又出現增大的趨勢。以任意一個矩形為例，矩形的特征點只有4個（4個角點），如取數點超過4個，決不可能增加圖斑的量測精度，而只能增大量測的誤差值。由此可見，對于一般的圖斑來說，數字化點數必須限定在一個適當的范圍，且盡量減少非特征點的輸入。
　　為進一步分析圖斑形態特點對面積量測精度的影響，并比較不同面積量算法的效率和精度，實驗中對一組同面積不同復雜度的圖斑運用3種不同量算方法進行對比試驗，其試驗結果如附表所示。
　　從以上分析可以得出以下結論：機助面積自動量算法與其他方法相比，具有系統功能完備，量測精度高，省時、省工的優點；所得到的面積量測數據直接存入面積數據庫并同時建立了圖斑邊界的圖形庫，為后期的面積平差處理和建立GIS創造了良好條件；另外，該系統的硬設備便宜，除面積量算外還具有更廣的應用面，易推廣。綜上所述，我們認為機助面積自動量算方法具有廣闊的應用前景。