全数字地形测图技术的探讨

郑乃发

摘要:全数字地形测图是在现代机助制图技术支持下发展起来的高新测图技术。随着GPS、GIS等相关技术的发展,全数字地形测图得到了迅速的发展和应用。全数字内外业一体化地形测图,速度快,精度高,为经济建设、城市发展提供了可靠的数据信息。

关键词:大比例尺;全数字;地形测图;城市测量

1 全数字地形测图的基本原理

地形测量包括控制测量和地物、地貌测量两大内容。传统的平板仪测图和经纬仪(或测距经纬仪)测图通称白纸测图,它主要采用解析法和极坐标法,其成果为模拟式的图解图。由于其成图周期长、精度低、劳动强度大等局限逐渐被淘汰。而全数字地形测图顺应现代测绘技术新潮流,利用先进的测量仪器(如GPS接收机、电子全站仪等)和自动化成图软件,采用各种灵活的定位方法进行的以数字信息表示地图信息的测图工作,它的成果为模型式的数字图。具体讲就是,以传统的白纸测图原理为基础,采用数据库技术和图形及数字处理方法,实现地图信息的获取、变换、传输、识别、存贮、处理、显示、编辑修改和计算机绘图。与传统白纸测图相比,全数字地形测图不仅仅是方法的改进,而是技术本质的飞跃。它主要有以下几个特点:

打破了内外业的界线,从首级控制到最终成图,实行一体化作业,并且大大减轻了室外作业的强度,缩短了成图周期。

打破了分级布网、逐级控制的原则。一个测区可一次性整体布网、整体平差,控制网可以是任意混合,所需控制点数目比传统白纸测图大大减少,图根控制的加密可与碎部测量同时进行。

碎部点的记录要求具有特定的格式,这种格式能被数字测图软件所识别,能和数据库的建立统一起来;碎部点测量时可较多地应用自由设站的方法建立测站点,确定碎部点坐标的方法除极坐标方法外,还可灵活采用方向交会法、距离交会法、直角偏距法、导线法、对称点法等诸多方法,根据测区情况,可采用无码作业和编码作业。

碎部量测时不受图幅边界的限制,外业可不分幅作业,由内业成图时自动进行分幅与接边处理。

2 实施内外业一体化全数字地形测图技术路线

城市地形测量工程规模较大,控制面积120m2,且成图比例尺为1:1000的大比例尺,测区虽然地势平坦,地貌并不复杂,但地处城区与郊区,地物种类齐全,分布繁杂。城区高层建筑物较多,微波塔架林立,高压电网纵横,商贸区与旧城区内房屋密布,道窄巷深,且多死胡同,近郊区群落居民地纵横交错。考虑到以上特点,我们在技术上作了以下设计:

考虑到GPS的点位要求,首级控制网的相对独立性、重要性以及今后的进一步应用,为保证精度,我们仍沿袭了分级布网的格局。首级基础平面控制网采用GPS静态相对定位方法布网,设计60个待定点,相对均匀地分布在120KM2的控制范围内,下面布设Ⅰ、Ⅱ级电磁波测距导线。高程控制网以三个已知国家水准点组成三等水准网,作为测区首级高程控制,Ⅰ、Ⅱ级导线用四等水准联测。

根据多年的应用开发经验,我们选择了广州开思公司的“SCS多用途数字地籍测绘与管理系统”作为电子平板。该系统具有成图方法多、自动化程度高、编辑方法快捷、图形与数据(包括编码及属性信息)自由等价转换等特点,经实践证明,是一套十分优秀的自动测图系统。

依据测区特点,结合SCS软件的功能,经过具体的测图实践,我们选择了外业无码作业,在室内作引导文件,然后进入编辑的成图方法,提高了工作效率。值得注意的是,外业采点不可能也没必要点点俱到,利用野外采点的框架,辅以细部的丈量信息,然后直接按草图编辑是以上方法的重要补充。

在数据的组织与管理上,向GIS靠拢,为以后建立UGIS(城市地理信息系统)打下了坚实基础。按相关地类组织地物数据,分成10个大层,多边形保持一个整体,等高线赋高程值,地物数据具有基本的属性信息。另一方面,所有的线型、符号等宣传符合最新的规 范、图式要求。

3 全数字城市地形测量的几点体会

将传统的逐级控制方法与现代测量技术手段相结合,既保证了成果的高精度,又保证了作业的高速度。据统计,GPS首级控制点中误差(80坐标系)最大为1.48cm(点位中误差允许±5.0cm),Ⅰ、Ⅱ级导线最大测角中误差4.23秒(108个点),四等水准网最弱点中误差最大为1.673cm。经实地检查,地形图中相邻地物点间距中误差为0.09m,主要街道两边各地物点相对于邻近图根点的点位中误差为0.18m。如此高精度是传统测绘技术手段无法达到的。

即用即测,急用先测,边测边用,高科技成果即刻转化为生产力,为城市规划建设提供了科学可靠的保证。

先进的测量技术在诸多方面打破了传统的观念与局限,使整个作业流程方便快捷,作业人员得心应手。电子全站仪,操作简便,观测迅速,精度高,可自由设站,灵活采用多种方法求得碎部点坐标;作业人员根据各自的作业经验,针对实地状况,采用不同的作草图方式,有详有略,相形得益;作业小组可相对成片作业,内部不存在接边问题;计算机制图编辑,方便快捷,随意操作,删除改动,不留“痕迹”等等。

高科技数字产品在今后的应用、管理、更新、维护、交换以及资源共享等方面,具有无限的“生命力”,精度永远保持不变,可谓“一劳永逸”,充分体现出一图多用的优势,避免了重复测绘,节约了资金。由于这项工程采用与国家平面与高程系统统一的基础控制系统,1:1000的大比例尺具有足够的表现粒度,因而其成果为以后的进一步应用打下了坚实的基础。而且,可随时更新,修改方便,随着网络技术的发展,可进行交换和共享,是一笔宝贵的技术、资源“财富”。

计算机辅助制图,精度高、速度快、线划饱满流畅,可单色、可彩色,具有艺术美。

4 城市1:1000全数字地形图进一步应用导向

100km2千分之一数字地形图图库,是整个城市基本地表景观的缩微。它提供了一个基础框架,只要针对特殊的用途进行一些改动和转换,或者辅补一些专题信息,那么它的应用前景就非常广阔,本文就以下几个方面,作一简单的探讨:

可以全自动地转换为各种比例尺的地形图,利用SCS的比例尺自动转换功能,可以进行任意比例尺的转换,可宏观也可微观,小到某个街区、某个单位甚至某个院落,大到整个测区。比例尺的变换不影响数学精度。

略加编辑,可以转换为地籍用图,SCS具有自动展点、自动量算、自动裁图(宗地图)等诸多功能。

略加编辑,辅助一些专题信息,可以转换为房产地籍图,可以自动计算各类建筑面积及展绘地下、地面管线网图等。

通过缩编和渲染,可制成更小比例的全市(或某辖区)的平面挂图、工商企业挂图、中远期规划图、交通旅游图、文物古迹分布图等等,不仅仅为示意图,而且有可靠的精度保证。

是建立城市GIS及其它专题系统的基础数据。这些成果图不仅仅是电子地图,而且还具有基本的属性信息,是进入GIS的基础数据,辅以专题性信息,可建立各种专题系统。