JX4二次定向技術(shù)制作1∶2 000地形圖的研究

王 義

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司, 四川成都 610031)

1 概述

隨著鐵路建設(shè)速度的不斷加快,對(duì)地形圖制圖工期提出了更高的要求。在目前沿用的規(guī)范中,1∶2 000地形圖制作流程如下：外業(yè)完成1∶2 000控制,內(nèi)業(yè)利用外控點(diǎn)進(jìn)行空三加密、數(shù)據(jù)采集、Autocad編輯出圖。常規(guī)的作業(yè)由于外控的滯后,往往不能滿足制圖工期的要求。

針對(duì)這種現(xiàn)象,提出以下作業(yè)方案：內(nèi)業(yè)制圖可先采用無控自由網(wǎng)測(cè)圖,或者利用1∶10 000國(guó)家地形圖量點(diǎn)加密測(cè)圖；測(cè)圖過程中,除了等高線不采集外,其他所有地物地貌都可預(yù)先采集,等待1∶2 000外控回來后進(jìn)行二次加密；利用二次加密成果,對(duì)粗精度矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行二次定向,并且補(bǔ)繪等高線和高壓電桿及管線等。經(jīng)大量數(shù)據(jù)分析,二次定向幾乎沒有精度損失,這樣不但保證了制圖精度,而且由于內(nèi)業(yè)制圖與外業(yè)控制同步進(jìn)行,使出圖時(shí)間提前,為線路設(shè)計(jì)節(jié)約了大量的時(shí)間。

2 基于JX4軟件環(huán)境的矢量數(shù)據(jù)二次定向

2.1 矢量數(shù)據(jù)二次定向的數(shù)學(xué)模型

JX4對(duì)矢量數(shù)據(jù)二次定向主要采用常規(guī)的七參數(shù)法進(jìn)行轉(zhuǎn)換,它包括既有旋轉(zhuǎn)、縮放,又有平移的兩個(gè)空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)換算,相應(yīng)的坐標(biāo)公式如式(1)

(1)

式中：ΔX0,ΔY0,ΔZ0為3個(gè)平移參數(shù)；εX,εY,εZ為3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù),m為尺度變換參數(shù),X1,Y1,Z1為轉(zhuǎn)換前的矢量坐標(biāo),X2,Y2,Z2為二次定向后的矢量坐標(biāo)。

2.2 矢量數(shù)據(jù)二次定向的作業(yè)流程

經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證,JX4實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)二次定向的最優(yōu)作業(yè)流程如圖1。

圖1 二次定向作業(yè)流程

3 某鐵路測(cè)圖方案試驗(yàn)

為了方案的順利完成,特地選擇了某鐵路作為試驗(yàn)項(xiàng)目。某鐵路線路長(zhǎng)度34 km,沿線地勢(shì)較為平坦。收集航片和既有1∶10 000國(guó)家地形圖,并組織加密工作。

(1)掃描航片,量測(cè)連接點(diǎn)構(gòu)網(wǎng)加密,剔除上下視差和模型連接差,準(zhǔn)備工作就緒；在平差過程中,掃描糾正1∶10 000國(guó)家地形圖,根據(jù)格網(wǎng)坐標(biāo)準(zhǔn)確的將光柵圖像插入Autocad中,這樣光柵圖像上任何一個(gè)位置都有了真實(shí)坐標(biāo),然后讀取了8個(gè)地面標(biāo)志比較明顯的地物點(diǎn)的坐標(biāo)(西安1980坐標(biāo)),如圖2。

圖2 1∶10 000國(guó)家地形圖量測(cè)控制點(diǎn)

在空三立體模型上量測(cè)對(duì)應(yīng)影像點(diǎn),輸入量測(cè)外控坐標(biāo),進(jìn)行平差解算,解算結(jié)果平面中誤差<3 m,高程中誤差<1.5 m,這個(gè)步驟精度可以放寬一點(diǎn),甚至可以無控自由網(wǎng)平差,至此第一次加密完成。

(2)JX4自動(dòng)導(dǎo)入上述空三加密成果,進(jìn)行單模型定向,并保存所有定向象對(duì)的*.RTF文件(JX4內(nèi)部格式,二次定向時(shí)最關(guān)鍵文件),定向完成,按常規(guī)采集所有地物要素以及地貌特征,包括房屋、道路、水系、陡坎、高程點(diǎn)等。

(3)內(nèi)業(yè)矢量數(shù)據(jù)的采集和1∶2 000外控坐標(biāo)(1954橢球下的工程獨(dú)立坐標(biāo)系)同步完成,內(nèi)業(yè)進(jìn)行第二次加密工作,刪掉國(guó)家地形圖上量測(cè)的所有控制點(diǎn),導(dǎo)入外業(yè)1∶2 000外控坐標(biāo),量測(cè)外控點(diǎn)到上次構(gòu)網(wǎng)的立體模型上,進(jìn)行第二次平差解算,解算結(jié)果平面中誤差<0.8 m,高程中誤差<0.5 m。這個(gè)步驟精度必須嚴(yán)格要求,嚴(yán)格遵循《新建鐵路攝影測(cè)量規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定,至此第二次加密工作完成。

(4)JX4導(dǎo)入第二次空三數(shù)據(jù),重新建立單個(gè)立體模型,然后在JX4矢量測(cè)圖狀態(tài)下,點(diǎn)擊“處理/矢量數(shù)據(jù)重新定向”,后選擇對(duì)應(yīng)老象對(duì)下面的*.RTF文件,彈出對(duì)話框選擇對(duì)應(yīng)的矢量數(shù)據(jù)*.VTR文件,所有模型的矢量數(shù)據(jù)一一進(jìn)行二次定向轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換過程中需注意的是：JX4在矢量測(cè)圖狀態(tài)下,當(dāng)前的新像對(duì)必須和需要轉(zhuǎn)換的矢量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng),而且為了保證成圖精度,矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換必須單個(gè)模型逐一進(jìn)行。二次定向如圖3。

圖3 選擇老象對(duì)TRF

(5)將二次定向后的矢量數(shù)據(jù)映射到新立體模型上,逐一進(jìn)行檢查,判斷地物要素以及地貌特征是否切準(zhǔn)地物表面；如未切準(zhǔn),判斷為轉(zhuǎn)換過程中對(duì)應(yīng)像對(duì)選錯(cuò),重新選擇轉(zhuǎn)換即可。檢查完畢后補(bǔ)繪等高線、外業(yè)調(diào)繪的電力管線、新增地物等要素,最后編輯出圖,至此整個(gè)方案實(shí)施完畢。

4 精度統(tǒng)計(jì)

某鐵路制圖工作完成后,對(duì)其進(jìn)行了精度統(tǒng)計(jì)。

(1)通過將矢量數(shù)據(jù)映射到新立體模型上進(jìn)行檢查,這是最直觀也是最有效的檢查方法,整個(gè)測(cè)區(qū)24個(gè)象對(duì)經(jīng)過檢查,二次定向后的矢量數(shù)據(jù)全部切準(zhǔn)新立體模型,證明轉(zhuǎn)換成功有效。

(2)利用1∶2 000外控坐標(biāo)進(jìn)行加密的空三成果,實(shí)測(cè)1∶2 000矢量數(shù)據(jù)和通過二次定向轉(zhuǎn)換后的1∶2 000矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,隨機(jī)抽樣了10個(gè)特征點(diǎn),比較結(jié)果見表1、式(2)。

表1 精度統(tǒng)計(jì) m

(2)

X真、Y真、Z真為1∶2 000實(shí)測(cè)矢量數(shù)據(jù),X轉(zhuǎn)、Y轉(zhuǎn)、Z轉(zhuǎn)為二次定向轉(zhuǎn)換后的矢量坐標(biāo)。

通過隨機(jī)抽樣的10個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行誤差統(tǒng)計(jì),平面中誤差為0.695 m,高程中誤差為0.389 m,完全滿足1∶2 000制圖精度。根據(jù)分析,這個(gè)精度損失來自于2個(gè)方面：(1)矢量采集的人為誤差,(2)二次定向的轉(zhuǎn)換誤差；結(jié)合矢量數(shù)據(jù)映射立體判斷,描繪誤差大一些,證明二次定向的轉(zhuǎn)換誤差非常小,可以忽略不計(jì)。

通過兩次加密成果的坐標(biāo)系判斷,第一次為西安1980坐標(biāo)系,第二次為1954北京橢球下的工程獨(dú)立坐標(biāo)系,仍然可以進(jìn)行二次定向轉(zhuǎn)換,而且轉(zhuǎn)換精度損失特別小,證明二次定向技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)任意橢球、任意坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)論

基于JX4矢量數(shù)據(jù)二次定向方案改變了傳統(tǒng)的制圖方式,對(duì)縮短作業(yè)周期，提高生產(chǎn)效率具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

JX4矢量數(shù)據(jù)二次定向技術(shù)結(jié)合某鐵路項(xiàng)目的實(shí)施,經(jīng)過后期精度統(tǒng)計(jì)和誤差分析,轉(zhuǎn)換精度是可靠的,可以用于生產(chǎn)。

[1] 孔祥元,等.大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2006

[2] 馬 軍.ORIMA空三加密軟件在鐵路航測(cè)中的應(yīng)用開發(fā)[J].鐵道勘察,2009(2)：14-16