中国到底有多大?——国土测量的难题(组图)

摘自：《博物》2006年12期　作者：霍豫英

中国的面积有多少?这个看似简单的问题却有好几个答案。我国的国家测绘局、美国的中央情报局,大英百科全书分别给出了3个不同的数字。采访了测绘方面的专家,我们发现测量国土面积实在不简单。

 

中国国土面积有多大?这还用说吗,小学生都知道这个数字,教科书上说:“中国面积是960万平方公里,面积仅次于俄罗斯和加拿大,是世界面积第三大的国家。”按照国家测绘局发布“官方权威”说法,其精确数字为9,598,077平方公里。这个数字从公布以来,几十年来都没有变过。

可是今年上半年,美国中情局的网站上赫然登载,说中国国土面积为959.6960万平方公里,而美国国土面积为963.1418万平方公里——也就是说,美国的面积比我们大,他们是世界面积第三大的国家。

我们再看看权威性比较高的大英百科全书,它上面说中国的面积为957.2900万平方公里,美国面积为951.8287万平方公里,还是中国更大。

大地水准面

地球的表面凹凸不平,为了测量方便,测绘学引入了“大地水准面”的概念:

假设海水静止不动,并且水面向大陆延伸,最后形成一个囊括整个地球的封闭曲面。在这个曲面上,重力是等位了,也就是说,当物体沿这个面上移动时,重力是不做功的。

大地水准面是海拔高程的起算面,珠穆朗玛峰海拔8848米,就是说它的顶峰高于大地水准面8848米。有些盆地、裂谷会低于这个面,海拔即为负数。

我国的国家测绘局、美国的中央情报局、大英百科全书,这些都是很让人信服的名字,可是每家的说法都不一样,它们之间的差距来自哪里呢?测定土地的面积可不是那么简单,比如——
在西北黄土高原上的一户人家,他家的田地在一片斜坡上,田地的实际面积是500平方米,而用“地图测绘”的方法计算,他家田地的占地面积只有400多平方米。这是由测量方法引起的问题,而不是误差。在国土测量的实际操作中,遇到的问题除了计算的误差、测量技术,还包括政治、历史等等原因,这些都会影响最后的结果。

高高低低的难题

有一道题:给你一张中国地图,问如何计算出中国的面积。

答案是把地图剪下一片,比如边长1厘米的正方形,称它的重量,按地图上的比例尺计算出它代表的实地面积。然后按国境线把地图上的中国剪下来,称重。根据公式计算出中国的面积。

 
测绘的难题

高低不平的地面给测绘带很多麻烦。中国是一个多山国家,山地占全国陆地总面积的一半以上。我国人口主要集中在平原地区,山地相对人烟稀少,特别是在土地不肥沃、自然条件比较差的山区,更是远离普通人的生活。这样的地方也是测绘精确度相对低的地方。

如果中国的大地像纸一样平坦,那计算起来会是多么简单!可是我们国家地形地貌复杂多样:有低平宽广的平原、有峰峦高耸的山地、有起伏不平的丘陵在这些中,只有平原的面积相对来说较容易测量,准确度也比较高。其他地形地貌的面积测量较难,并且也容易有误差。

几何最基础的知识之一是,三角形的两边之和大于第三边,想象一下,把平面的三角形扩展为三维空间中的锥体,变成一座山——我们要测量一座山的面积,是计算整个山坡呢,还是把山削平、只计算它的“基座”的面积呢?

测绘学一般都是计算山的“基座”面积的。我们先假设地球是一个表面光滑、规则的椭球体(我们把这个球体称为“大地水准面”)。山也好,河也好,它们的“基座”投射在大地水准面上的面积就是标准的“计算面积”。

在地形起伏的地区会经常出现“实际面积大于计算面积”的状况:比如在一片山坡上有1000平方公里树林,但是如果用标准的测算方法,这座山的面积可能一共只有800平方公里。

除了起伏的山丘,湖泊、河流也有计算难题。很多行政界限是以河为界的,通常是以河流的中心线为基准。但是河道会随时间而改变,在河流的入海口,泥沙堆积,往往能“造出”新的陆地。黄河每年携带数十亿吨泥沙来到渤海湾,从1954年到1982年里,黄河造陆达1100平方公里,海岸线平均每年外延0.47公里,黄河三角洲成为我们国家最“年轻”的领土。

尺子、测距仪和卫星

对面积测量结果影响最大的是测量工具和测量方法。不同的测量工具和测量方法,准确度相差很大,其结果失之毫厘,谬之千里。

传统的测量方法(如测距仪、全站仪等)通常是先布设控制网点,并且点与点间能透视。有时候在公路上能看到有人拿着三脚架一样的仪器测量,那就是测距仪。

 
最年轻的土地

黄河三角洲是中国最“年轻”的领土。黄河每年携带数十亿吨的泥沙进入渤海湾,这些泥沙堆积在黄河入海口处,造就了新的陆地。从卫星照片中很容易看出黄河造陆的景象——沿着入海口,已经形成一片鹰嘴形伸入海中的陆地。从1954年到1982年里,黄河造陆达1100平方公里,海岸线平均每年外延0.47公里。
黄河入海口在山东东营地区。这里的土地是黄河造就的,非常平坦,只高出海平面极小的高度。新生的陆地先是海水留下的盐碱滩涂,之后逐渐变成可以生长植物的沼泽湿地,最后变成可以耕作的农田。

在内蒙古,有时候在平坦的大草原上,突然有一个木头或金属的架子立在地面,那就是“大地控制点”,实际上就是测绘时使用的标志点。这样控制点位选取受到很多局限,计算精度稍低。尤其是自然条件恶劣的地方,就更难测量了。

 
 
面积的算法

计算一座房屋的面积很简单,用长度乘以宽度即可,但是计算大面积的地区就没那么简单了。以计算一座山的面积为例,计算的不是山坡的表面积,而是它的“基座”的面积,既这座山在大地水准面上的投影的面积。

这就产成了一个问题,比如在一片山坡上有1000平方公里树林,但是如果用标准的测算方法,这座山的面积可能一共只有800平方公里。所以测量面积并不一定等同于实际面积。

 
 
测量的革命

空间技术的的发展给测绘带来革命性的变化。过去我们只能在地面一点一点测量、记录,最后“拼凑”出地球整体的海陆分布,现在用卫星从高空“看”地面,让我们对地球有了更完整、全面的认识。
过去想准确测量,需要两个人站在互相通视的不同点上,用仪器测量,现在有了遥感技术,不论高山峡谷,都可以准确计算了。

随着地理信息系统(GIS)技术与遥感(RS)、全球定位系统(GPS)技术的迅速发展,给土地面积测量带来了巨大的变化。应用GPS进行控制测量,点与点之间不要求互相通视,不论高山峡谷,都可以准确计算了。

越看越模糊的边界

面积测量最简单的就是测量长方形——长乘以宽。测量一个小面积的地方,比如一座房子、一个小亭院都可以用这个办法,但是要测量大范围就不那么简单了。没有一个足够空旷的地方可以让你用来测直线距离。于是有人想,那把大的地方分成无数小块,分别测量,然后求和不就可以了吗?听起来这个主意不错,可是,在国土测量里,这个办法行不通。

中国地图出版社的《分省中国地图集》中有每个省的基础数据,有细心的人曾经把每省面积的数据汇总起来,结果总和是9,487,227万平方公里。测绘局的专家说,我国各省省界有一些并没有精确划定过。比如云南与四川和贵州的边界在很长一段都在茫茫大山之中,除了标志性的地点,边界并没有明确到每一个山头。各省面积数据并不很精确,很多都是约数。把不精确的数字相加,结果难以保证准确。

 
中哈界河

地图上省界和国界线都是清楚明了的线条,而到真实的土地上,这些界限却不见得那么清晰。中国与哈萨克斯坦接壤的地方有一段是以河为界的,原则上来说,国界在河道的正中心线上,但是河流上有浅滩、湍流,到底哪里是“河道正中心”也并不是那么简单就能划定的。

地图上省界和国界线都是清楚明了的线条,而到真实的土地上,这些界限却不那么清晰了。中国现在与部分国家的边界线并未正式划定,存在不少有争议的地方,这个对于准确的测量陆地国土面积造成影响,并且导致各国的测量数据不一致。
在大平原上堪界,树立界碑、拉铁丝网,但密林里就要艰难的多。我国与越南的边境线,有很长一段都是在丛林里,在那里测量、堪界非常艰苦。界限不明确,统计面积也只能“估算”了。一般的国际惯例,国土面积以实际控制区为准,这就牵扯了政治、历史因素。

说了很多,那么我们国家的国土面积最准确的数字是多少呢?国家测绘局国土测绘司的专家说,中国国土面积的准确统计数据已完成,他们会在一个恰当时机公布。在他们公布之前,我们还是要以官方数据为准,即960万平方公里。