大比例尺數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)淺析

徐長(zhǎng)宇

（內(nèi)蒙古華地方圓設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

大比例尺數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)淺析

徐長(zhǎng)宇

（內(nèi)蒙古華地方圓設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

隨著測(cè)繪科技的發(fā)展，大比例尺數(shù)字化測(cè)圖以其成圖精度高、成圖周期短、即用即測(cè)等特點(diǎn)被各測(cè)繪單位使用.本文結(jié)合野外畫草圖法對(duì)如何使用全站儀、RTK的數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述.

大比例尺地形圖；數(shù)字化測(cè)圖；全站儀；RTK

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，信息化測(cè)量?jī)x器（全站儀、GPS-RTK）的廣泛應(yīng)用，以及計(jì)算機(jī)輔助制圖技術(shù)的迅猛發(fā)展，促進(jìn)了地形測(cè)量的自動(dòng)化、數(shù)字化.地形測(cè)量從模擬測(cè)圖變革為數(shù)字化測(cè)圖，測(cè)量的成果不僅是繪制在紙上的地形圖（模擬地圖），更重要的是以計(jì)算機(jī)為載體，提供可傳輸、處理、共享的數(shù)字地形圖.數(shù)字化測(cè)圖是一種全解析、機(jī)助測(cè)圖的方法，與模擬測(cè)圖相比，具有明顯優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景.

1 地形圖比例尺

通常把1：500、1：1000、1：2000和1：5000比例尺地形圖稱為大比例尺地形圖；1：1萬(wàn)、1：2.5萬(wàn)、1：5萬(wàn)、1：10萬(wàn)的圖稱為中比例尺地形圖；1：20萬(wàn)、1：50萬(wàn)、1：100萬(wàn)的圖稱為小比例尺地形圖.

按照正常的分辨能力，人眼在圖上能分辨出的最小距離為0.1mm.因此，繪圖或者實(shí)地測(cè)繪時(shí)，最多只能達(dá)到圖上0.1mm的精度.我們把圖紙上.1mm長(zhǎng)度所代表的實(shí)際水平距離稱為比例尺精度.例如要測(cè)繪1:1000的地形圖，其比例尺精度為0.1m，根據(jù)比例尺精度的定義可知，實(shí)際測(cè)圖時(shí)，距離精度只要達(dá)到0.1m就足夠了.因?yàn)槿魷y(cè)得再精細(xì)，圖上也是表示不出來(lái)的.又如工程設(shè)計(jì)中，為了能反映地面上0.1m的精度，所選地形圖的比例尺就不能小于1:1000.（表1）

表1 地形圖比例尺精度

所以說(shuō)，比例尺精度愈高，其表示的地形地貌就愈詳細(xì)，精度亦愈高，但其測(cè)繪工作量因此會(huì)成倍地增加.所以，采用何種比例尺，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的工程需要而定.

2 數(shù)字化測(cè)圖

數(shù)字化測(cè)圖（digital surveying and mapping,簡(jiǎn)稱DSM）系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心，在外連輸入輸出設(shè)備硬件、軟件的支持下，對(duì)地形空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、輸入、成圖、繪圖、輸出、管理的測(cè)繪系統(tǒng).其基本思想是將采集的各種有關(guān)的地物和地貌信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得到內(nèi)容豐富的電子地圖，需要時(shí)由計(jì)算機(jī)圖形輸出設(shè)備繪出地形圖或各類專題地圖.(工作流程見(jiàn)圖1)

圖1 數(shù)字化測(cè)圖工作流程

與傳統(tǒng)的測(cè)圖方法相比，數(shù)字化測(cè)圖有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）自動(dòng)化程度高.自動(dòng)記錄、解算、處理和成圖，效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度小，錯(cuò)誤幾率小，圖面規(guī)范、美觀.

（2）精度高.因?yàn)樗怯萌緝x或RTK來(lái)記錄關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，故其能直接體現(xiàn)外業(yè)測(cè)量精度，且應(yīng)用時(shí)無(wú)精度損失.

（3）現(xiàn)實(shí)性強(qiáng).對(duì)已經(jīng)測(cè)繪完成的數(shù)字化地形圖可據(jù)地貌地物的變化情況及時(shí)補(bǔ)測(cè)與更新.

（4）適應(yīng)性強(qiáng).不固定比例尺，可根據(jù)需要在繪圖軟件上調(diào)繪出各種比例尺的數(shù)字化地形圖.

（5）以數(shù)據(jù)代碼反應(yīng)各類地理屬性特征，以磁盤、光盤等為信息載體，便于傳輸和共享.

3 大比例尺數(shù)字化測(cè)圖

目前，測(cè)繪單位運(yùn)用最多的大比例尺數(shù)字化測(cè)圖方法是全野外數(shù)據(jù)采集成圖法.一般分為外業(yè)數(shù)據(jù)采集并繪制草圖和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與成圖兩個(gè)工作程序.

3.1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集包括控制測(cè)量和地形特征點(diǎn) (碎部點(diǎn))采集

3.1.1 控制測(cè)量一般本著用戶使用方便、利于保護(hù)的思想，所選點(diǎn)位應(yīng)避開(kāi)高大建筑、視野開(kāi)闊，遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源，障礙物高度角小于15°，通視良好，相鄰點(diǎn)至少有兩點(diǎn)相互通視，且要求地基穩(wěn)定.選好的點(diǎn)位應(yīng)使用雙頻靜態(tài)接收機(jī)施測(cè)(標(biāo)稱精度應(yīng)≥5mm+2×10D)，同步靜態(tài)相對(duì)定位，每點(diǎn)觀測(cè)時(shí)段數(shù)≥2，觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度>60min，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和基線處理.外業(yè)全部結(jié)束后，采用GPS后差分?jǐn)?shù)據(jù)處理軟件對(duì)各基線進(jìn)行基線預(yù)處理，進(jìn)行約束平差，求出各GPS控制點(diǎn)的平面坐標(biāo).精度符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》CJJ73—97的規(guī)定.各GPS控制點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)要用三等或四等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，觀測(cè)時(shí)采用往返觀測(cè)，利用電子水準(zhǔn)儀或電子手簿實(shí)地記錄，盡可能減少觀測(cè)記錄的中間環(huán)節(jié).資料記錄真實(shí)可靠，很大程度避免了常規(guī)手工記錄所造成的差、錯(cuò)、漏.用平差軟件計(jì)算平差，實(shí)施整網(wǎng)平差計(jì)算，求出各GPS控制點(diǎn)的高程值.

3.1.2 地形特征點(diǎn)(碎部點(diǎn))采集的常用方法有：

(1)GPS法,即通過(guò)GPS接受機(jī)進(jìn)行野外數(shù)據(jù)信息采集；

(2)航測(cè)法，即通過(guò)航空攝影測(cè)量和遙感手段采集地形點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)；

(3)大地測(cè)量?jī)x器法,即通過(guò)RTK、全站儀、測(cè)距儀、經(jīng)緯儀等大地測(cè)量?jī)x器實(shí)現(xiàn)野外數(shù)據(jù)采集.目前大比例尺數(shù)字化測(cè)圖主要使用全站儀與RTK采集野外數(shù)據(jù).

建筑物密集、GPS信號(hào)易受干擾的地段多采用全站儀采集數(shù)據(jù)，建筑物稀少、地勢(shì)變化較大且GPS信號(hào)較好的地段多采用RTK采集數(shù)據(jù).使用全站儀采集數(shù)據(jù)應(yīng)對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行圖根點(diǎn)的加密，圖根點(diǎn)加密，可采用“輻射法”和“一步測(cè)量法”.輻射法就是在某一通視良好的等級(jí)控制上,按全圓方向觀測(cè)方式一次測(cè)定幾個(gè)圖根點(diǎn),無(wú)須平差計(jì)算便可直接測(cè)出坐標(biāo).一步測(cè)量法就是將圖根導(dǎo)線與碎部測(cè)量同時(shí)作業(yè)，即在一個(gè)測(cè)站上，先測(cè)導(dǎo)線的數(shù)據(jù),接著就測(cè)碎部點(diǎn).這是一種少安置一輪儀器、少跑一輪路，大大提高外業(yè)工作效率的測(cè)量方法.

全站儀法一般需要1名觀測(cè)員、2名跑尺員和1名繪草圖員，也可以不用繪草圖人員，每組只需1名觀測(cè)員和幾名跑尺員，觀測(cè)員僅負(fù)責(zé)儀器操作，跑尺員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)跑點(diǎn)和畫草圖，內(nèi)業(yè)繪圖由跑尺員完成，這樣既可以節(jié)省人力、提高室內(nèi)繪圖效率，又可以減少一名組員，同時(shí)畫多名跑尺員的草圖容易出現(xiàn)錯(cuò)誤.全站儀作業(yè)員進(jìn)入測(cè)區(qū)后各司其職.觀測(cè)員、繪草圖員、跑尺員要密切配合、并勤于聯(lián)系.一般來(lái)講，施測(cè)的第一點(diǎn)選在某已知點(diǎn)上(全站儀中要事先輸入).測(cè)后從以下幾方面進(jìn)行檢查：已知點(diǎn)、定向點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)是否正確；坐標(biāo)是否正確；所調(diào)用于檢查的已知點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、坐標(biāo)是否有誤；儀器、設(shè)備是否存在故障等.繪草圖時(shí)必須把所測(cè)點(diǎn)的屬性顯示出來(lái).草圖的繪制要遵循清晰、易讀、相對(duì)位置準(zhǔn)確、比例一致的原則.在野外采集時(shí)，能測(cè)到的點(diǎn)要盡量測(cè)到,實(shí)在測(cè)不到的點(diǎn)可利用皮尺或鋼尺量距，利用內(nèi)業(yè)繪圖軟件的間接量算功能生成這些點(diǎn)的坐標(biāo).在一個(gè)測(cè)站上所有的碎部點(diǎn)測(cè)完后，還要找一個(gè)已知點(diǎn)重測(cè)，以檢查施測(cè)過(guò)程中是否存在因誤操作、儀器碰動(dòng)或出故障等原因造成的錯(cuò)誤.檢查確定無(wú)誤后，才能關(guān)機(jī)、搬站,到下一測(cè)站進(jìn)行施測(cè).

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與成圖

在野外數(shù)據(jù)采集工完畢后，要進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與成圖工作.有的測(cè)繪單位采用內(nèi)外業(yè)一體工作方法，既白天進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，晚上即處理當(dāng)天的數(shù)據(jù)，如處理不完則留在全部外業(yè)工作完畢后在集中處理內(nèi)業(yè)；也有的測(cè)繪單位采取專職外業(yè)和專職內(nèi)業(yè)的工作方式.大比例尺數(shù)字化測(cè)圖的內(nèi)業(yè)工作一般應(yīng)首先將存儲(chǔ)在全站儀或RTK中的野外數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其滿足各類內(nèi)業(yè)成圖軟件的格式需求.處理數(shù)據(jù)后打開(kāi)內(nèi)業(yè)成圖軟件，把處理好的數(shù)據(jù)展點(diǎn)號(hào)到軟件的操作界面，然后對(duì)照草圖先繪制房屋、道路等地物，繪制完地物后利用野外數(shù)據(jù)的高程信息繪制等高線.最后對(duì)已繪制好的地形圖進(jìn)行修飾語(yǔ)分幅，現(xiàn)在有些地區(qū)的數(shù)字化地形圖為了使用方便不需要分幅，對(duì)于這類情況要根據(jù)用戶要求而定.

4 數(shù)字化測(cè)圖精度分析

數(shù)字化測(cè)圖已成為今后地形圖的主要生產(chǎn)方式，數(shù)字化地形圖是以數(shù)字形式貯存的,即以數(shù)字坐標(biāo)表示地物和地貌點(diǎn)的空間位置,以數(shù)字代碼表示地形符號(hào)、說(shuō)明注記和地理名稱注記.面對(duì)高度自動(dòng)化的數(shù)字地圖與成圖過(guò)程,如何結(jié)合實(shí)際分析地物平面位置和高程的精度,是個(gè)重要的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題.以1∶500數(shù)字化測(cè)圖為例分析地物點(diǎn)精度,以大體了解和完善數(shù)字測(cè)圖質(zhì)量.

4.1 平面精度

①圖根點(diǎn)

相對(duì)于圖根起算點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不得大于實(shí)地±5cm (圖上±0.1mm).

②地物點(diǎn)相對(duì)于鄰近圖根控制點(diǎn)的平面位置中誤差應(yīng)≤±10cm.

③極坐標(biāo)法測(cè)定的碎部點(diǎn)數(shù)占總點(diǎn)數(shù)的比例應(yīng)大于80%,采用極坐標(biāo)法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí),每個(gè)測(cè)站上除了觀測(cè)一個(gè)后視已知點(diǎn)作為起始方向外,還須觀測(cè)另一已知點(diǎn)作為方向和距離的檢查值.

④極坐標(biāo)法測(cè)定的地物點(diǎn),角度施測(cè)半測(cè)回,距離單次測(cè)定,2c值不得大于20″,i值不得大于26″.

4.2 高程精度

平坦地區(qū)的高程注記點(diǎn)對(duì)于鄰近圖根控制點(diǎn)的高程中誤差不得超過(guò)7cm.一般高程注記點(diǎn)相對(duì)于鄰近圖根點(diǎn)的高程中誤差不得超過(guò)15cm.其余地區(qū)按等高線內(nèi)插點(diǎn)相對(duì)于鄰近圖根點(diǎn)的高程中誤差來(lái)衡量,按地形類別劃分不得超過(guò)表2的規(guī)定.

表2 不同地形類別高程中誤差標(biāo)準(zhǔn)地形類別平坦地丘陵地山地高山地

〔1〕吳琳，吳珺.大比例尺數(shù)字化測(cè)圖系統(tǒng)及其實(shí)施［J］.江西測(cè)繪,2007(4).

〔2〕周世明.大比例尺數(shù)字化測(cè)圖的實(shí)踐與探索[J].地礦測(cè)繪. 2005（21）.

〔3〕梁桂姬.1∶500數(shù)字化測(cè)圖平面和高程精度分析[J].湖南有色金屬,2003（10）.

〔4〕楊德麟.大比例尺數(shù)字測(cè)圖概述[J].測(cè)繪通報(bào),1997（9）.

〔5〕李喜盼，張安兵，趙玉玲.大比例尺數(shù)字化測(cè)圖方法簡(jiǎn)析[J].實(shí)用技術(shù),2005(2).

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1673-260X（2010）03-0138-02