中國到底有多大?——國土測量的難題(組圖)

摘自：《博物》2006年12期　作者：霍豫英

中國的麵積有多少?這個看似簡單的問題卻有好幾個答案。我國的國家測繪局、美國的中央情報局,大英百科全書分別給出了3個不同的數字。采訪了測繪方麵的專家,我們發現測量國土麵積實在不簡單。

 

中國國土麵積有多大?這還用說嗎,小學生都知道這個數字,教科書上說:“中國麵積是960萬平方公裏,麵積僅次於俄羅斯和加拿大,是世界麵積第三大的國家。”按照國家測繪局發布“官方權威”說法,其精確數字為9,598,077平方公裏。這個數字從公布以來,幾十年來都沒有變過。

可是今年上半年,美國中情局的網站上赫然登載,說中國國土麵積為959.6960萬平方公裏,而美國國土麵積為963.1418萬平方公裏——也就是說,美國的麵積比我們大,他們是世界麵積第三大的國家。

我們再看看權威性比較高的大英百科全書,它上麵說中國的麵積為957.2900萬平方公裏,美國麵積為951.8287萬平方公裏,還是中國更大。

大地水準麵

地球的表麵凹凸不平,為了測量方便,測繪學引入了“大地水準麵”的概念:

假設海水靜止不動,並且水麵向大陸延伸,最後形成一個囊括整個地球的封閉曲麵。在這個曲麵上,重力是等位了,也就是說,當物體沿這個麵上移動時,重力是不做功的。

大地水準麵是海拔高程的起算麵,珠穆朗瑪峰海拔8848米,就是說它的頂峰高於大地水準麵8848米。有些盆地、裂穀會低於這個麵,海拔即為負數。

我國的國家測繪局、美國的中央情報局、大英百科全書,這些都是很讓人信服的名字,可是每家的說法都不一樣,它們之間的差距來自哪裏呢?測定土地的麵積可不是那麽簡單,比如——
在西北黃土高原上的一戶人家,他家的田地在一片斜坡上,田地的實際麵積是500平方米,而用“地圖測繪”的方法計算,他家田地的占地麵積隻有400多平方米。這是由測量方法引起的問題,而不是誤差。在國土測量的實際操作中,遇到的問題除了計算的誤差、測量技術,還包括政治、曆史等等原因,這些都會影響最後的結果。

高高低低的難題

有一道題:給你一張中國地圖,問如何計算出中國的麵積。

答案是把地圖剪下一片,比如邊長1厘米的正方形,稱它的重量,按地圖上的比例尺計算出它代表的實地麵積。然後按國境線把地圖上的中國剪下來,稱重。根據公式計算出中國的麵積。

 
測繪的難題

高低不平的地麵給測繪帶很多麻煩。中國是一個多山國家,山地占全國陸地總麵積的一半以上。我國人口主要集中在平原地區,山地相對人煙稀少,特別是在土地不肥沃、自然條件比較差的山區,更是遠離普通人的生活。這樣的地方也是測繪精確度相對低的地方。

如果中國的大地像紙一樣平坦,那計算起來會是多麽簡單!可是我們國家地形地貌複雜多樣:有低平寬廣的平原、有峰巒高聳的山地、有起伏不平的丘陵在這些中,隻有平原的麵積相對來說較容易測量,準確度也比較高。其他地形地貌的麵積測量較難,並且也容易有誤差。

幾何最基礎的知識之一是,三角形的兩邊之和大於第三邊,想象一下,把平麵的三角形擴展為三維空間中的錐體,變成一座山——我們要測量一座山的麵積,是計算整個山坡呢,還是把山削平、隻計算它的“基座”的麵積呢?

測繪學一般都是計算山的“基座”麵積的。我們先假設地球是一個表麵光滑、規則的橢球體(我們把這個球體稱為“大地水準麵”)。山也好,河也好,它們的“基座”投射在大地水準麵上的麵積就是標準的“計算麵積”。

在地形起伏的地區會經常出現“實際麵積大於計算麵積”的狀況:比如在一片山坡上有1000平方公裏樹林,但是如果用標準的測算方法,這座山的麵積可能一共隻有800平方公裏。

除了起伏的山丘,湖泊、河流也有計算難題。很多行政界限是以河為界的,通常是以河流的中心線為基準。但是河道會隨時間而改變,在河流的入海口,泥沙堆積,往往能“造出”新的陸地。黃河每年攜帶數十億噸泥沙來到渤海灣,從1954年到1982年裏,黃河造陸達1100平方公裏,海岸線平均每年外延0.47公裏,黃河三角洲成為我們國家最“年輕”的領土。

尺子、測距儀和衛星

對麵積測量結果影響最大的是測量工具和測量方法。不同的測量工具和測量方法,準確度相差很大,其結果失之毫厘,謬之千裏。

傳統的測量方法(如測距儀、全站儀等)通常是先布設控製網點,並且點與點間能透視。有時候在公路上能看到有人拿著三腳架一樣的儀器測量,那就是測距儀。

 
最年輕的土地

黃河三角洲是中國最“年輕”的領土。黃河每年攜帶數十億噸的泥沙進入渤海灣,這些泥沙堆積在黃河入海口處,造就了新的陸地。從衛星照片中很容易看出黃河造陸的景象——沿著入海口,已經形成一片鷹嘴形伸入海中的陸地。從1954年到1982年裏,黃河造陸達1100平方公裏,海岸線平均每年外延0.47公裏。
黃河入海口在山東東營地區。這裏的土地是黃河造就的,非常平坦,隻高出海平麵極小的高度。新生的陸地先是海水留下的鹽堿灘塗,之後逐漸變成可以生長植物的沼澤濕地,最後變成可以耕作的農田。

在內蒙古,有時候在平坦的大草原上,突然有一個木頭或金屬的架子立在地麵,那就是“大地控製點”,實際上就是測繪時使用的標誌點。這樣控製點位選取受到很多局限,計算精度稍低。尤其是自然條件惡劣的地方,就更難測量了。

 
 
麵積的算法

計算一座房屋的麵積很簡單,用長度乘以寬度即可,但是計算大麵積的地區就沒那麽簡單了。以計算一座山的麵積為例,計算的不是山坡的表麵積,而是它的“基座”的麵積,既這座山在大地水準麵上的投影的麵積。

這就產成了一個問題,比如在一片山坡上有1000平方公裏樹林,但是如果用標準的測算方法,這座山的麵積可能一共隻有800平方公裏。所以測量麵積並不一定等同於實際麵積。

 
 
測量的革命

空間技術的的發展給測繪帶來革命性的變化。過去我們隻能在地麵一點一點測量、記錄,最後“拚湊”出地球整體的海陸分布,現在用衛星從高空“看”地麵,讓我們對地球有了更完整、全麵的認識。
過去想準確測量,需要兩個人站在互相通視的不同點上,用儀器測量,現在有了遙感技術,不論高山峽穀,都可以準確計算了。

隨著地理信息係統(GIS)技術與遙感(RS)、全球定位係統(GPS)技術的迅速發展,給土地麵積測量帶來了巨大的變化。應用GPS進行控製測量,點與點之間不要求互相通視,不論高山峽穀,都可以準確計算了。

越看越模糊的邊界

麵積測量最簡單的就是測量長方形——長乘以寬。測量一個小麵積的地方,比如一座房子、一個小亭院都可以用這個辦法,但是要測量大範圍就不那麽簡單了。沒有一個足夠空曠的地方可以讓你用來測直線距離。於是有人想,那把大的地方分成無數小塊,分別測量,然後求和不就可以了嗎?聽起來這個主意不錯,可是,在國土測量裏,這個辦法行不通。

中國地圖出版社的《分省中國地圖集》中有每個省的基礎數據,有細心的人曾經把每省麵積的數據匯總起來,結果總和是9,487,227萬平方公裏。測繪局的專家說,我國各省省界有一些並沒有精確劃定過。比如雲南與四川和貴州的邊界在很長一段都在茫茫大山之中,除了標誌性的地點,邊界並沒有明確到每一個山頭。各省麵積數據並不很精確,很多都是約數。把不精確的數字相加,結果難以保證準確。

 
中哈界河

地圖上省界和國界線都是清楚明了的線條,而到真實的土地上,這些界限卻不見得那麽清晰。中國與哈薩克斯坦接壤的地方有一段是以河為界的,原則上來說,國界在河道的正中心線上,但是河流上有淺灘、湍流,到底哪裏是“河道正中心”也並不是那麽簡單就能劃定的。

地圖上省界和國界線都是清楚明了的線條,而到真實的土地上,這些界限卻不那麽清晰了。中國現在與部分國家的邊界線並未正式劃定,存在不少有爭議的地方,這個對於準確的測量陸地國土麵積造成影響,並且導致各國的測量數據不一致。
在大平原上堪界,樹立界碑、拉鐵絲網,但密林裏就要艱難的多。我國與越南的邊境線,有很長一段都是在叢林裏,在那裏測量、堪界非常艱苦。界限不明確,統計麵積也隻能“估算”了。一般的國際慣例,國土麵積以實際控製區為準,這就牽扯了政治、曆史因素。

說了很多,那麽我們國家的國土麵積最準確的數字是多少呢?國家測繪局國土測繪司的專家說,中國國土麵積的準確統計數據已完成,他們會在一個恰當時機公布。在他們公布之前,我們還是要以官方數據為準,即960萬平方公裏。