大比例尺数字化测图技术浅析

2010-10-09徐长宇

赤峰学院学报·自然科学版 2010年3期

关键词：内业草图全站仪

徐长宇

（内蒙古华地方圆设计研究有限责任公司，内蒙古赤峰 024000）

大比例尺数字化测图技术浅析

徐长宇

（内蒙古华地方圆设计研究有限责任公司，内蒙古赤峰 024000）

随着测绘科技的发展，大比例尺数字化测图以其成图精度高、成图周期短、即用即测等特点被各测绘单位使用.本文结合野外画草图法对如何使用全站仪、RTK的数字化测图技术进行简要阐述.

大比例尺地形图；数字化测图；全站仪；RTK

科学技术的进步，信息化测量仪器（全站仪、GPS-RTK）的广泛应用，以及计算机辅助制图技术的迅猛发展，促进了地形测量的自动化、数字化.地形测量从模拟测图变革为数字化测图，测量的成果不仅是绘制在纸上的地形图（模拟地图），更重要的是以计算机为载体，提供可传输、处理、共享的数字地形图.数字化测图是一种全解析、机助测图的方法，与模拟测图相比，具有明显优势和广阔的发展前景.

1 地形图比例尺

通常把1：500、1：1000、1：2000和1：5000比例尺地形图称为大比例尺地形图；1：1万、1：2.5万、1：5万、1：10万的图称为中比例尺地形图；1：20万、1：50万、1：100万的图称为小比例尺地形图.

按照正常的分辨能力，人眼在图上能分辨出的最小距离为0.1mm.因此，绘图或者实地测绘时，最多只能达到图上0.1mm的精度.我们把图纸上.1mm长度所代表的实际水平距离称为比例尺精度.例如要测绘1:1000的地形图，其比例尺精度为0.1m，根据比例尺精度的定义可知，实际测图时，距离精度只要达到0.1m就足够了.因为若测得再精细，图上也是表示不出来的.又如工程设计中，为了能反映地面上0.1m的精度，所选地形图的比例尺就不能小于1:1000.（表1）

表1 地形图比例尺精度

所以说，比例尺精度愈高，其表示的地形地貌就愈详细，精度亦愈高，但其测绘工作量因此会成倍地增加.所以，采用何种比例尺，应根据实际的工程需要而定.

2 数字化测图

数字化测图（digital surveying and mapping,简称DSM）系统是以计算机为核心，在外连输入输出设备硬件、软件的支持下，对地形空间数据进行采集、输入、成图、绘图、输出、管理的测绘系统.其基本思想是将采集的各种有关的地物和地貌信息转化为数字形式，通过数据接口传输给计算机进行处理，得到内容丰富的电子地图，需要时由计算机图形输出设备绘出地形图或各类专题地图.(工作流程见图1)

图1 数字化测图工作流程

与传统的测图方法相比，数字化测图有如下优点：

（1）自动化程度高.自动记录、解算、处理和成图，效率高、劳动强度小，错误几率小，图面规范、美观.

（2）精度高.因为它是用全站仪或RTK来记录关键点坐标，故其能直接体现外业测量精度，且应用时无精度损失.

（3）现实性强.对已经测绘完成的数字化地形图可据地貌地物的变化情况及时补测与更新.

（4）适应性强.不固定比例尺，可根据需要在绘图软件上调绘出各种比例尺的数字化地形图.

（5）以数据代码反应各类地理属性特征，以磁盘、光盘等为信息载体，便于传输和共享.

3 大比例尺数字化测图

目前，测绘单位运用最多的大比例尺数字化测图方法是全野外数据采集成图法.一般分为外业数据采集并绘制草图和内业数据处理与成图两个工作程序.

3.1 外业数据采集包括控制测量和地形特征点 (碎部点)采集

3.1.1 控制测量一般本着用户使用方便、利于保护的思想，所选点位应避开高大建筑、视野开阔，远离大功率无线电发射源，障碍物高度角小于15°，通视良好，相邻点至少有两点相互通视，且要求地基稳定.选好的点位应使用双频静态接收机施测(标称精度应≥5mm+2×10D)，同步静态相对定位，每点观测时段数≥2，观测时段长度>60min，及时进行数据传输和基线处理.外业全部结束后，采用GPS后差分数据处理软件对各基线进行基线预处理，进行约束平差，求出各GPS控制点的平面坐标.精度符合现行行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73—97的规定.各GPS控制点的高程数据要用三等或四等水准联测，观测时采用往返观测，利用电子水准仪或电子手簿实地记录，尽可能减少观测记录的中间环节.资料记录真实可靠，很大程度避免了常规手工记录所造成的差、错、漏.用平差软件计算平差，实施整网平差计算，求出各GPS控制点的高程值.

3.1.2 地形特征点(碎部点)采集的常用方法有：

(1)GPS法,即通过GPS接受机进行野外数据信息采集；

(2)航测法，即通过航空摄影测量和遥感手段采集地形点的信息数据；

(3)大地测量仪器法,即通过RTK、全站仪、测距仪、经纬仪等大地测量仪器实现野外数据采集.目前大比例尺数字化测图主要使用全站仪与RTK采集野外数据.

建筑物密集、GPS信号易受干扰的地段多采用全站仪采集数据，建筑物稀少、地势变化较大且GPS信号较好的地段多采用RTK采集数据.使用全站仪采集数据应对测区进行图根点的加密，图根点加密，可采用“辐射法”和“一步测量法”.辐射法就是在某一通视良好的等级控制上,按全圆方向观测方式一次测定几个图根点,无须平差计算便可直接测出坐标.一步测量法就是将图根导线与碎部测量同时作业，即在一个测站上，先测导线的数据,接着就测碎部点.这是一种少安置一轮仪器、少跑一轮路，大大提高外业工作效率的测量方法.

全站仪法一般需要1名观测员、2名跑尺员和1名绘草图员，也可以不用绘草图人员，每组只需1名观测员和几名跑尺员，观测员仅负责仪器操作，跑尺员负责现场跑点和画草图，内业绘图由跑尺员完成，这样既可以节省人力、提高室内绘图效率，又可以减少一名组员，同时画多名跑尺员的草图容易出现错误.全站仪作业员进入测区后各司其职.观测员、绘草图员、跑尺员要密切配合、并勤于联系.一般来讲，施测的第一点选在某已知点上(全站仪中要事先输入).测后从以下几方面进行检查：已知点、定向点的点号是否正确；坐标是否正确；所调用于检查的已知点的点号、坐标是否有误；仪器、设备是否存在故障等.绘草图时必须把所测点的属性显示出来.草图的绘制要遵循清晰、易读、相对位置准确、比例一致的原则.在野外采集时，能测到的点要尽量测到,实在测不到的点可利用皮尺或钢尺量距，利用内业绘图软件的间接量算功能生成这些点的坐标.在一个测站上所有的碎部点测完后，还要找一个已知点重测，以检查施测过程中是否存在因误操作、仪器碰动或出故障等原因造成的错误.检查确定无误后，才能关机、搬站,到下一测站进行施测.

3.2 内业数据处理与成图

在野外数据采集工完毕后，要进行内业数据处理与成图工作.有的测绘单位采用内外业一体工作方法，既白天进行野外数据采集，晚上即处理当天的数据，如处理不完则留在全部外业工作完毕后在集中处理内业；也有的测绘单位采取专职外业和专职内业的工作方式.大比例尺数字化测图的内业工作一般应首先将存储在全站仪或RTK中的野外数据传输到计算机上，然后对数据进行处理，使其满足各类内业成图软件的格式需求.处理数据后打开内业成图软件，把处理好的数据展点号到软件的操作界面，然后对照草图先绘制房屋、道路等地物，绘制完地物后利用野外数据的高程信息绘制等高线.最后对已绘制好的地形图进行修饰语分幅，现在有些地区的数字化地形图为了使用方便不需要分幅，对于这类情况要根据用户要求而定.

4 数字化测图精度分析

数字化测图已成为今后地形图的主要生产方式，数字化地形图是以数字形式贮存的,即以数字坐标表示地物和地貌点的空间位置,以数字代码表示地形符号、说明注记和地理名称注记.面对高度自动化的数字地图与成图过程,如何结合实际分析地物平面位置和高程的精度,是个重要的现实问题.以1∶500数字化测图为例分析地物点精度,以大体了解和完善数字测图质量.

4.1 平面精度

①图根点

相对于图根起算点的点位中误差不得大于实地±5cm (图上±0.1mm).

②地物点相对于邻近图根控制点的平面位置中误差应≤±10cm.

③极坐标法测定的碎部点数占总点数的比例应大于80%,采用极坐标法进行数据采集时,每个测站上除了观测一个后视已知点作为起始方向外,还须观测另一已知点作为方向和距离的检查值.

④极坐标法测定的地物点,角度施测半测回,距离单次测定,2c值不得大于20″,i值不得大于26″.

4.2 高程精度

平坦地区的高程注记点对于邻近图根控制点的高程中误差不得超过7cm.一般高程注记点相对于邻近图根点的高程中误差不得超过15cm.其余地区按等高线内插点相对于邻近图根点的高程中误差来衡量,按地形类别划分不得超过表2的规定.