平板測(cè)地形圖的數(shù)字化方法探討

毛文友，劉修圣，胡英娜

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江安達(dá)151400)

雖然GPS、全站儀等數(shù)字化測(cè)地形圖越來(lái)越普及，但由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平等條件限制，平板儀仍是基層單位測(cè)繪地形圖的主要工具，主要用在區(qū)域較小的地形圖測(cè)繪;而現(xiàn)在出圖多用AutoCAD，尤其是使用地形圖進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，更需將地形圖數(shù)字化。本文以大平板測(cè)地形圖為例，介紹一種在沒(méi)有數(shù)字化儀的情況下，利用掃描儀將地形圖數(shù)字化的方法。

1 平面控制測(cè)量

平面控制網(wǎng)的建立可采用三角測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量和三邊測(cè)量等方法，對(duì)某些特殊工程可采用邊角網(wǎng)的測(cè)量方法。

平面控制網(wǎng)的等級(jí)劃分，三角測(cè)量、三邊測(cè)量依次為二、三、四等和一、二級(jí)小三角、小三邊;導(dǎo)線測(cè)量依次為三、四等和一、二、三級(jí)。各等級(jí)的采用，根據(jù)工程需要，均可作為測(cè)區(qū)的首級(jí)控制。

在滿足《工程測(cè)量規(guī)范》的精度指標(biāo)的情況下，可越等級(jí)布設(shè)或同等級(jí)擴(kuò)展。

2 高程控制測(cè)量

測(cè)區(qū)的高程系統(tǒng)宜采用1985國(guó)家高程基礎(chǔ)。在已有高程控制網(wǎng)的地區(qū)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可沿用原高程系統(tǒng);當(dāng)小測(cè)區(qū)聯(lián)測(cè)有困難時(shí)，亦可采用假定高程系統(tǒng)。

高程控制測(cè)量可采用水準(zhǔn)測(cè)量和電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量。高程控制測(cè)量等級(jí)的劃分，應(yīng)依次為二、三、四、五等。各等級(jí)視需要，均可作為測(cè)區(qū)的首級(jí)高程控制。

首級(jí)網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成環(huán)形網(wǎng)。當(dāng)加密時(shí)，宜布設(shè)成附合路線或結(jié)點(diǎn)網(wǎng)。

3 圖根控制測(cè)量

1)測(cè)圖的比例尺根據(jù)工程性質(zhì)、設(shè)計(jì)階段和規(guī)模大小，可按表1選用。

表1 測(cè)圖比例尺的選用

2)地形的類別劃分，應(yīng)根據(jù)地面的傾角(α)大小確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定:

平坦地:α ＜3°;

丘陵地:3°≤α ＜10°;

山地:10≤α ＜25°;

高山地:α≥25°。

地形圖的基本等高距，應(yīng)按表2選用。

表2 地形圖的基本等高距 m

3)地形測(cè)量的區(qū)域類型，可劃分為一般地區(qū)、城鎮(zhèn)居住區(qū)、工礦區(qū)和水域。

4)圖根點(diǎn)的精度，相對(duì)于鄰近等級(jí)控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差，不應(yīng)大于圖上0.1 mm;高程的中誤差，不應(yīng)大于測(cè)圖基本等高距的1/10。

5)圖根平面控制點(diǎn)的布設(shè)，可采用圖根三角、圖根導(dǎo)線、電磁波測(cè)距儀用極坐標(biāo)或交會(huì)點(diǎn)等方法。當(dāng)在等級(jí)點(diǎn)下加密時(shí)，圖根控制不宜超過(guò)2次附合。當(dāng)測(cè)區(qū)較小時(shí)，圖根三角、圖根導(dǎo)線可作為首級(jí)控制。在難以布設(shè)閉合導(dǎo)線的狹長(zhǎng)地區(qū)，可布設(shè)成支導(dǎo)線。

6)測(cè)區(qū)內(nèi)解析圖根點(diǎn)的個(gè)數(shù)，一般地區(qū)不宜小于表3的規(guī)定。

4 地形圖測(cè)繪前的準(zhǔn)備工作

測(cè)區(qū)控制網(wǎng)建立后，就可以根據(jù)控制點(diǎn)進(jìn)行碎部測(cè)量。碎部測(cè)量的目的，就是將測(cè)區(qū)內(nèi)的地形如實(shí)地反映到圖紙上，勾繪成一張地形圖。

表3 一般地區(qū)解析圖根點(diǎn)的個(gè)數(shù)

4.1 地物、地貌的表示方法

地物與地貌通常用符號(hào)表示在地形圖上，慣用符號(hào)分地物符號(hào)、地貌符號(hào)和注記3類。其大小和形狀根據(jù)不同的測(cè)圖比例尺有不同的格式，總稱為地形圖圖式。地形圖的圖式，應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖式中沒(méi)有規(guī)定的地物、地貌可自行補(bǔ)充，但應(yīng)在技術(shù)報(bào)告書(shū)中注明。

4.2 控制點(diǎn)的展繪

地形圖的圖幅一般有40 cm×40 cm、40 cm×50 cm、50 cm×50 cm共3種，圖紙應(yīng)事先裱糊在鉛板或三合板上或直接裱糊在平板上。為了減少圖紙的伸縮和有利于長(zhǎng)期保存，可采用聚脂薄膜代替圖紙。

在圖紙上展繪各級(jí)控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)先精確的繪制坐標(biāo)方格網(wǎng)，然后按方格網(wǎng)展繪控制點(diǎn)。

4.2.1 方格網(wǎng)的繪制

現(xiàn)以50 cm×50 cm的圖幅為例，介紹方格網(wǎng)的畫(huà)法如下。

首先在長(zhǎng)方形或正方形的圖紙上，繪兩條對(duì)角線，見(jiàn)圖1。以交點(diǎn)O為圓心用圓規(guī)截取等長(zhǎng)的線段OA、OB、OC和OD得A、B、C、D4個(gè)點(diǎn)。連接此點(diǎn)即成一矩形。以AC及AD方向每隔10 cm截取一點(diǎn)，分別為 1、2、3、4、5 和 1'、2'、3'、4'、5'各點(diǎn)。然后，在其相對(duì)的邊上同方向截取 1、2、3、4、5 和 1'、2'、3'、4'、5'各點(diǎn)。分別將各個(gè)相應(yīng)點(diǎn)連接起來(lái)，既得坐標(biāo)方格網(wǎng)。

圖1 方格網(wǎng)畫(huà)法

方格網(wǎng)畫(huà)好后，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行檢查?？捎弥背哐胤礁窬W(wǎng)對(duì)角線方向檢查各方格的頂點(diǎn)是否在一條直線上，還可以量方格各邊及對(duì)角線的長(zhǎng)度來(lái)檢查。其誤差不得超過(guò)0.2 mm。如果超過(guò)，應(yīng)進(jìn)行修正或重繪。

4.2.2 導(dǎo)線點(diǎn)的展繪

坐標(biāo)方格網(wǎng)畫(huà)好后，在方格網(wǎng)的每條豎線和橫線旁都要注記坐標(biāo)值，這些注記值應(yīng)根據(jù)測(cè)圖比例尺及導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)值及導(dǎo)線點(diǎn)的最大最小坐標(biāo)值來(lái)確定。

5 等高線的勾繪和地形圖的拼接、整飾

5.1 等高線的勾繪

當(dāng)圖紙上測(cè)得一定數(shù)量的地貌特征點(diǎn)后，即可勾繪等高線，由于相鄰兩地貌特征點(diǎn)選在地面坡度變化處，可以認(rèn)為相鄰兩個(gè)地貌點(diǎn)的坡度是均勻的，因此在圖紙上勾繪等高線時(shí)，各等高線的位置可以根據(jù)點(diǎn)的高程和圖上兩點(diǎn)間的平距用比例內(nèi)插法來(lái)確定。

5.2 地形圖圖幅的拼接與整飾

當(dāng)測(cè)區(qū)較大，采用分塊、分幅測(cè)圖時(shí)，所測(cè)的幾幅圖就需要進(jìn)行拼接。為了拼接方便，測(cè)圖時(shí)每幅圖的西南兩邊應(yīng)測(cè)出圖框以外2 cm左右。

拼接的方法是，將相鄰兩幅圖銜接邊處的地形分別繪于一張透明紙條上，將兩張紙條拼接起來(lái)，就可以看出相應(yīng)地物與等高線銜接的情況。若地物位置相差不到2 mm、等高線相差不大于相鄰等高線的平距時(shí)，則可在透明紙上作合理的修正，使圖形銜接，然后按透明紙上銜接好的圖形轉(zhuǎn)繪到相鄰的圖紙上去。如發(fā)現(xiàn)漏測(cè)或有錯(cuò)誤，必須補(bǔ)測(cè)或重測(cè)。

每幅圖拼接好以后，擦去圖上不需要的線條與注記，修飾地物輪廓線與等高線，使其清晰、明了。最后整飾圖框并注記圖名、圖號(hào)、比例尺、測(cè)圖單位、測(cè)圖時(shí)間等。

6 地形圖的數(shù)字化

地形圖測(cè)繪完成后，首先用掃描儀進(jìn)行掃描。由于大平板儀所測(cè)地形圖圖幅為50 cm×50 cm，而常用的掃描儀只能掃A3和A4紙范圍，因此掃描前首先需把地形圖用橫線和豎線分成小于A3可A4紙的若干塊，然后對(duì)每塊進(jìn)行掃描。

把掃描所得的每塊圖片導(dǎo)入photoshop，進(jìn)行校正，使每塊圖片上所畫(huà)橫線水平、豎線豎直。用裁剪工具沿橫線和豎線進(jìn)行裁剪，然后重新保存。新建一塊60 cm×60 cm的畫(huà)布，將同一幅地形圖掃描所得的圖片均拖入拼接并合成一張圖片，再進(jìn)行微調(diào)后保存。

啟動(dòng)AutoCAD軟件，打開(kāi)“圖層特性管理器”，接“新建”按鈕，新建“圖片圖層”，并將“圖片圖層”設(shè)為“當(dāng)前圖層”。在文件菜單中選擇“插入－圖像管理器或光柵圖像－附著－選擇圖像文件－打開(kāi)”，在出現(xiàn)的圖像對(duì)話框中“插入點(diǎn)”選擇“在屏幕上指定”，“縮放比例”選擇“1”，“旋轉(zhuǎn)角度”選擇“0”后，按確定。在屏幕上點(diǎn)擊，即完成插入圖片。將其他“圖層”設(shè)為“當(dāng)前圖層”，在“當(dāng)前圖層”中描繪地形圖。通過(guò)控制“圖片圖層”的“開(kāi)/關(guān)”或“凍結(jié)/解凍”，控制圖片可見(jiàn)或不可見(jiàn)，以便查看描圖效果，并控制是否打印。描繪完畢后，可刪除圖片以減少圖片大小。

值得注意的是，在原地形圖掃描，用photoshop處理圖片時(shí)，保存圖片時(shí)均采用TIFF格式。這種格式的好處是:圖片插入AutoCAD后，所描出的地形圖與掃描前的地形圖是1∶1的關(guān)系，其它格式比例變化不大;缺點(diǎn)是這種格式的文件較大。

7 結(jié)語(yǔ)

目前，平板儀仍是基層單位測(cè)繪地形圖的主要工具，尤其是區(qū)域較小的地形圖測(cè)繪;基層單位多數(shù)沒(méi)有數(shù)字化儀，而掃描儀卻已非常普及，利用掃描儀、photoshop和AutoCAD軟件將地形圖數(shù)字化有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］黃新民，王月秋.用方格網(wǎng)法、斷面法在隱蔽的沼澤平原區(qū)進(jìn)行地形測(cè)量［J］. 黑龍江水利科技，1994，22(1):51 －54.