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江西红土地勘察测绘有限公司

农村土地承包经营确权发证之工作实验 工具与流程

来源:上帝之眼

工作实验工具

大胆设想,小心求证,本次试验的目的为了了解卫星影像在不同地貌,不同农田类型的数据精度表现,以及误差的线性与非线性特性。试验通过两个层面进行:

比对已完成试点区域的数据精度,反查卫星测算达到的田亩面积

对于未进行测量的区域,使用田亩测量仪实地测量田亩,使用电脑,在卫星影像中测量田亩面积,并进行测量结果比对。

以此来求得客观的结果,为了保证数据的真实性,实地测量者与电脑上卫片操作者相互并不知道参考数据的值。为此,我们准备了以下工作工具。

1.原始底图

经过调研,为了满足良好的服务及协助要求,我们选择了南宁本地一家经营卫星影像近10年的广西地区DigitalGlobe,Pleiades数据分销商-南宁市云之图网络科技有限公司(http://www.godeyes.cn),向其采购了象州中平镇下廷岭的Quickbird (快鸟)0.6m卫星影像数据,方便与航片进行测量结果比对。

2.地形图

由于没有应用北京54或西安80坐标系,且田亩面积小,无论何种坐标系与投影都不至影响田亩的测量精度。所以数据正射选择了,美国航天宇航局的全球30米地形数据作为正射影像资料。

3.测量工具

实地测量工具,先后使用了皮尺与GPS类田亩测量仪,皮尺的使用如常,但是因为曲折特性及不规则多边形的计算会导致更大的误差,所以从方便、准确的角度出发最终选择了田亩测量仪作为实测标准。

4.应用软件

GoogleEarth 专业版

NASA GlobalMapper(简称GM)

工作流程

在经过数次外出后,优化作业方式,提升工作效率,最终确定出如下工作流程:

1.内业

内业工作分为准备工作、数据内业工作、数据比对工作三项,其中准备工作为将目标区域的卫星影像,输出1:2000测绘标准成图,成图要求色彩对比度高,田埂清晰容易辨认,纸张可任意弯曲、折叠,加强外业工作的便利性。

在出发之前提前在电脑中使用GM软件将卫星影像成果生成瓦片文件,叠加入GoogleEarth,实现将订购到的卫星影像在GoogleEarth中打开。在对比了GM、ARCGIS、ERDAS几款具有矢量线段绘制的工具后,得到GoogleEarth在矢量绘制范围过程中的易于操作、简单易懂,并且应用成本低的特性,所以将绘制工作确定为GoogleEarth来完成。通过GoogleEarth平台,使用多边形绘制功能,将叠加入的卫星地图上的农田界线(田埂)一一命名、编号、分类。但是由于GoogleEarth在测量方面的局限性,所以田亩测量工作由GM软件来完成,同样是简便的操作,可以得到批量田亩面积的计算及输出对应的EXCEL表格。经过这两个工具的操作,在较短的时间内即可得到每一个田亩的面积测算。此时即可等外业工作完成后,在内业进行两者测量数据的比对工作了。

2.外业

携带喷绘出的成图影像至目的地,现场使用田亩测量仪围绕每一块田埂行走一圈,测量仪将自动给出当下行走田亩的测得面积,将此面积、范围直接绘制在纸质成图上,便于回到内业比对面积时辨认对比。由于大部分的工作都在内业完成,外业工作的内容并不多,却又最消耗体力。

实施验证

通过以上方法的工作,完成了对合浦县沙岗镇沙头村,上思县昌菱糖厂等地的区域测量,测量结果如下:

1.上思糖厂

卫星影像来源:南宁市云之图网络科技有限公司 DigitalGlobe Worldview-II商业卫星影像

测量比对工具:IPHONE手机田亩测量软件

测量田块数量:5块

测量总面积: 4.88公顷

平均误差(%): 4.2876%

Worldview-II 卫星影像内业勾绘田块成图结果

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测量比对列表:

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2.合浦县沙岗镇沙头村

卫星影像来源:GOOGLE EARTH(谷歌地球)影像

测量比对工具:田亩测量仪

测量田块数量:24块

测量总面积: 8.6441公顷

平均误差(%): 2.3246%

GoogleEarth Quickbird卫星影像内业勾绘田块成图结果

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测量比对列表:

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实施经验

在卫星影像作为底图勾绘田亩范围时,以田埂与田埂之间界限不相交(重合),并行的两条线段共同分配同一条田埂,如田埂与道路接近,尽可能将线段划入道路中,在前几次的实验中误差存在,但是到与航拍对比时误差无限缩小,不到1%,原因即为最后勾画的下廷岭有两个版本,一个版本为沿田埂内侧勾绘,一个版本为沿田埂外侧勾绘,后者得到了如上结论,而此结论又被预备土地发证,土地待流转的农户认可,那么说明此画法是科学的,与群众理想或二次发证时所产生的测量误差接近一致。

土地面积越小,因软件计算与手工计算选择公式再与田亩测量仪所使用公式算法有较大差异,目前尚无法找到一个统一的算法来绘制,也就导致了小面积田亩卫星影像或航测影像平均测量误差在10%左右。

实验结论

经过以上的4个区域的抽样测试,覆盖水田、果林、旱地、甘蔗地等多种土地特征,基本覆盖常见的土地种植植被及田埂类型。得到的综合误差也具有代表性,其中如果将卫星影像作为参考基准的话,那么与航测影像误差最小,这恰恰也说明了航测影像的生产过程与卫星影像的正射过程一致。实际在精度中没有可见的本质性差异。而对比皮尺与田亩测量仪的误差水平在1.4~2.5%区间,也说明了两者的准确性处于同一标准中,且均与卫星图近似,误差最大的是使用了IPHONE IOS软件测得的结果,与卫星图勾绘田埂误差为4%左右。这组数据虽然从结果上看来误差较大,但是有力的证明了,不同区域,不同时间,同一个卫星公司所拍摄的数据具有较好的一致性。因为作为参照物,卫星产品可以很好的反映出不同测量结果的差异性,而与目前公认最准确的航测影像结果一致。

以下将量化实验以上数据所收集到的与工作相关层面的数据量化值

效率

存档卫星影像数据获取周期为5个工作日(25平方公里)

2个工作日数据处理(400平方公里面积单位计)

勾绘田埂、田亩界限工作进度为每人每工作日平均350块田。

成本

卫星影像订购费用为历史存档数据每平方公里168元,数据处理费用30元,勾绘成本暂时不计入。

卫星影像订购编程费用为每平方公里220元,数据处理费用30元,勾绘成本暂不计入,预计3年内可完成全区数据采集。

费用仅为航测数据的1/10不到。

成果

得到统一坐标系标准,且非谷歌标准的卫星影像

得到全区数字化地籍信息资料,具有农户资料、坐标资料、面积资料,同时可作为日后流转土地开垦田埂后复原的资料依据。

误差

误差最大不超过5%,且具有普遍性,并可反映不同方式的实地测量所带来的人为、设备误差变化。

精度

田亩测量仪 田亩测量仪的测量结果规律,我们可以总结为,面积越小误差越大,而面积越大与实际卫星影像测量结果值误差越小。

无人机航飞测量 公示结果 在对72块田亩的数据统计中,我们将误差10%以内的数据统一视为人工与图像误差,在10%误差以内的数据有63块田块,其中9块误差非常大,甚至得到了20%以上,这些田亩田埂相邻,田埂界线宽度不高于4米,所以如果以数据质量与数据精确性的概率分析,是不可能出现有田埂面积异常增大的情况。经过分析,此航测面积可能由于人工外业协商得到结果。而在这62块田亩中,有40块田亩的误差都在5%以内(并有接近20块田亩,数据误差在2%以内),所以如果以此精度来分析、优化开展工作的流程、难度,还需要更为一线的数据支撑才可进行分析。由于以上异常数据的存在(都不存在田埂不清晰的问题)目前不能够排除无论以何种媒介进行田亩测量,实际人工外业、与村民协商的工作量都要超过测量面积的45%。