淺談數(shù)字化地形測量技術(shù)

謝垂軍

【摘 要】本文介紹了大平板相對于小平板測圖幾個方面的優(yōu)點，最后重點介紹了數(shù)字化測圖的優(yōu)勢，并從圖根控制、作業(yè)準(zhǔn)備、勞動強度、圖紙管理以及誤差來源等幾個方面加以論述，以供測繪人員參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化；地形測量；精度分析；誤差

1引言

地形測量是研究小范圍地面地物、地貌特點，并采取正射投影的方法，依地形圖圖式規(guī)定的符號，按一定比例繪在圖紙上的過程。大比例尺地形測圖經(jīng)歷了由小平板、大平板到目前的數(shù)字化3個階段。隨著計算機信息時代的發(fā)展，用計算機進(jìn)行圖紙的管理成為當(dāng)今各

個行業(yè)的主流，因而，數(shù)字化成圖已經(jīng)成為地形測繪的重要方法，具有強大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。測繪地形圖的基本工作是如何準(zhǔn)確地測定地物特征及地貌特征的平面位置和高程，并根據(jù)這些特征點的位置和高程來描述地物及地貌，而特征點的位置和高程精度將直接影響到圖紙的質(zhì)量，也對圖紙的使用帶來一定的影響。因此，在考慮工作效率的同時，必須對影響圖紙質(zhì)量的各種誤差進(jìn)行分析研究。

地形測圖的首級控制部分無論是小平板、大平板還是數(shù)字化都有著相同的施工過程，因而作業(yè)組織和最終結(jié)果都極為相似。在此不再贅述，下面著重對3種測圖方法作簡單的比較分析。

2小平板測圖

小平板測圖的方法有經(jīng)緯儀配合小平板法和經(jīng)緯儀配合半圓儀法2種。其最大的區(qū)別就是一種以經(jīng)緯儀對中，另一種以平板儀對中。

2.1圖根控制

由于小平板測圖受視距的限制，首先必須在首級控制的基礎(chǔ)上布設(shè)足夠數(shù)量的圖根點以滿足測圖的需要。

2.2測圖前的準(zhǔn)備

首先對小平板儀及其附件進(jìn)行檢定和校正，為了避免測圖時的陽光反射刺眼，通常在圖板上裱糊一張淺色薄紙，其次在聚酯薄膜上繪制坐標(biāo)格網(wǎng)，最后展繪控制點。

2.3誤差來源

（1）坐標(biāo)格網(wǎng)誤差：如果是人工繪制坐標(biāo)格網(wǎng)，則有因為視差、經(jīng)驗、格網(wǎng)尺等因素的影響；如果采用計算機繪制坐標(biāo)格網(wǎng)時，則受到繪圖儀的分辨率、進(jìn)紙等因素的影響，規(guī)定縱橫向誤差小于0.2mm，對角線誤差小于0.3mm。

（2）控制點展繪誤差：主要是比例尺精度、經(jīng)驗和尾數(shù)取舍等因素。

（3）儀器固定誤差：主要包括視距常數(shù)誤差、測斜儀結(jié)構(gòu)誤差、半圓儀刻劃誤差、比例尺刻劃誤差、標(biāo)尺刻劃誤差等。

（4）儀器安放誤差：主要是經(jīng)緯儀或平板儀對點誤差、定向誤差、平板儀傾斜誤差及儀器沉降誤差等。

（5）外界環(huán)境誤差：主要有大氣折光、空氣對流造成的成像不穩(wěn)定誤差；風(fēng)力大造成標(biāo)尺不穩(wěn)的誤差。

（6）施工過程中的誤差：在施工過程中，人為因素是最主要的誤差來源，如視距讀數(shù)誤差、立尺誤差、經(jīng)緯儀與平板儀位置改正誤差等。

2.4保證圖紙精度的方法和措施

（1）保證儀器處于正常的工作狀態(tài)；

（2）提高坐標(biāo)格網(wǎng)和控制點的展繪精度；

（3）儀器安放穩(wěn)定、水平、精確對中、一點定向另一點檢查；

（4）標(biāo)尺應(yīng)豎立在地形特征點上且盡量垂直和穩(wěn)定；

（5）視距控制是地形測量中最主要的控制量，即使在外界條件較好的情況下，視距精度只有1/200～1/300，而外界條件較差或標(biāo)尺不穩(wěn)不豎直時只有1/100，因此測繪不同比例尺的地形圖時，必須嚴(yán)格控制在規(guī)范規(guī)定的范圍。

3大平板測圖

大平板測圖的圖根控制、測圖方法、誤差來源等基本與小平板測圖有很多相同之處，但這種方法比小平板測圖有較大的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）設(shè)備組成更加合理，大平板儀能完全取代經(jīng)緯儀，便于操作。

（2）人員組織結(jié)構(gòu)合理，測站只須一人，提高了工作效率。

（3）避免了小平板測圖的儀器與平板之間的間距改正誤差。

（4）大平板儀比小平板儀重，儀器的穩(wěn)定性好。因此，采用大平板測圖法很快應(yīng)用于地形測量工作中，尤其是進(jìn)行大比例尺地形測圖。

4數(shù)字化測圖

隨著計算機信息系統(tǒng)的不斷完善，使地形測量技術(shù)有了跨越式的發(fā)展，采用數(shù)字化電子圖進(jìn)行管理和設(shè)計已經(jīng)成為當(dāng)今測量工作的主流。

數(shù)字化成圖就是將地形要素數(shù)字化，形成相關(guān)的數(shù)據(jù)體，運用相關(guān)的軟件進(jìn)行處理，最終輸出地形圖。數(shù)字化成圖從根本上改變了平板儀的生產(chǎn)和工作模式，通過全站儀直接測定各地形點的坐標(biāo)，經(jīng)過電子記錄和數(shù)據(jù)傳輸，由計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和編輯，最終形成完整的地形圖。所以，數(shù)字化測圖使地形測量工作產(chǎn)生一個質(zhì)的飛躍，比平板測量具有更大的優(yōu)越性。具體從以下幾個方面進(jìn)行分析。

4.1圖根控制

由于使用全站儀測圖，圖根點的數(shù)量大為減少。在平坦或通視良好的情況下，首級控制點已基本能滿足測圖的需要，即使在隱蔽地區(qū)也可以做部分支站，精度完全滿足要求。圖根點的布設(shè)也不必過分考慮圖邊圖根點的共用和均勻程度。

4.2前期準(zhǔn)備工作進(jìn)一步簡化

數(shù)字化測圖法省去了很多平板儀測圖的前期工作，如圖紙的裱糊、坐標(biāo)格網(wǎng)的繪制、控制點的展繪等。

4.3外業(yè)勞動強度大大降低

減輕作業(yè)隊員的儀器運輸負(fù)荷，避免了繪圖人員因觀測、刺點、連線的長期彎腰工作，從而減少了勞動強度。

4.4減少了內(nèi)業(yè)工作量

數(shù)字化測圖省去了內(nèi)業(yè)圖紙的整飾、接邊、清繪等工作，修改更為簡便。

4.5圖紙管理十分方便

數(shù)字化紙圖在管理方面的便利之處就是可以隨意提取任意區(qū)域進(jìn)行圖紙輸出；對地形圖發(fā)生變化的區(qū)域可以進(jìn)行局部修改，使紙圖更新速度加快；可以在計算機上直接進(jìn)行各類工程設(shè)計；可以通過不同的圖層進(jìn)行綜合利用，適應(yīng)不同的工程需求；可以通過提取相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。

5數(shù)字化測圖的精度分析

目前，全站儀（以TOPCON220為例）可以預(yù)置棱鏡常數(shù)、測距加常數(shù)、乘常數(shù)、氣溫、氣壓等，以上內(nèi)容可以由儀器自動改正，同時全站儀的自動補償系統(tǒng)能對X、Y方向進(jìn)行自動補償改正，因此地形點的誤差對儀器對中誤差、定向誤差、照準(zhǔn)誤差、外界因素來說，這些誤差對全站儀來說幾乎很小，而棱鏡的豎立偏差則是影響點位精度的主要誤差來源，因此對棱鏡的豎立誤差進(jìn)行簡要的分析。棱鏡桿上圓氣泡不居中所產(chǎn)生的偏心距是多少呢？

通常圓氣泡的球面半徑在0.5～2m，以圓氣泡最小的球面半徑0.5m計算，若氣泡偏離圓心1mm，所產(chǎn)生的角度值為ρ″#500，若測量地形點時棱鏡高為2m，則偏心距為4mm，這是平板儀所不能達(dá)到的精度，點位完全可以作為臨時圖根點使用。由于全站儀具備自動記錄與計算機直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的功能，杜絕了記錄和展點的錯誤，在編輯過程中，因微機操作人員親臨野外現(xiàn)場作業(yè)，編輯速度快，錯誤率大大降低。微機自動成圖使線條粗細(xì)均勻，圖面美觀清晰，其精度也是平板儀測圖無法達(dá)到的。

6結(jié)束語

由以上分析不難看出，大平板優(yōu)于小平板，數(shù)字化則表現(xiàn)最為先進(jìn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和測繪軟件的不斷完善，三維地圖將更加直觀地反映地形特征，因此，數(shù)字化成圖是今后地形測量的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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