大比例尺数字测图内外业有关问题分析

2015-08-09郭耀林潘志伟刘振胜王兰洲李亚冲

河南科技 2015年9期

郭耀林潘志伟刘振胜王兰洲李亚冲

（1.河南省陆通测绘系统工程有限公司，河南郑州 450052；2.郑州测维科技有限公司，河南郑州 450052；3.河南省尉氏县国土资源局，河南尉氏 475500）

1 内外业一体数字化测图体会介绍

1.1 测区基础控制测量

测区基础控制测量是测图前的一个重要环节，它为后面的测图提供了精确的框架。设计控制测量方案之前，我们要详细了解已知控制点的情况，比如坐标系统，高程系统，重要的是已知成果位于哪一条中央子午线。测区是否有跨两带的情况，或者位于本带边缘。因为每一个3 度带都有自己的独立坐标，且离中央子午线远的地方，控制点的高斯投影误差就较大。对于城市大比例尺测图一般我们要求投影边长误差不超过2.5cm/km。这个相当于城市测量规范中四等导线全长相对允许精度，也就是1/40 000。只有充分了解这些情况我们才能做出一个较为完善的控制和解算方案。

1.1.1 独立坐标系建立的几种方法：

1.1.1.1 任意带高斯正形投影平面直角坐标系：

这种坐标系仍将地面观测结果归算至参考椭球面上，但不采用国家3 度带统一的分带方法而选择测区中心子午线作为中央子午线，借以补偿因实测结果归算至参考椭球面带来的长度变形。不同投影带的出现，是因为选择了不同经度的中央子午线的缘故。如果选择合适的中央子午线的位置，使长度投影到该带所产生的变形，恰好抵偿这一长度投影到椭球面所产生的变形，此时，高斯投影面上的长度仍然和实地的长度一致。我们称这种抵偿长度变形的投影带为“任意投影带”［1］。

1.1.1.2 抵偿投影面的3 度带高斯正形投影平面直角坐标系：

这种坐标系仍采用国家3 度带高斯正形投影，但投影的高程面不用参考椭球面而另选用一高程参考面，借以补偿因高斯投影带来的长度变形，在这个高程参考面上，投影长度变形为零。我们知道将距离由较高的高程面化算至较低的椭球面时，长度总是减小的；将椭球面上的距离化算至高斯平面时，长度总是增加的。所以两个投影过程对长度变形具有抵偿的性质。如果恰当选择椭球的半径，使距离化算到这个椭球面上所减小的数值，恰好等于由这个椭球面化算至高斯平面所增加的数值的话，那么，高斯平面上的距离就同实地的距离一致了。这个适当的椭球面，就称之为“抵偿高程面”。

1.1.1.3 具有高程抵偿面的任意带高斯正形投影平面直角坐标系：

影响长度变形的因素主要有两个，一是将实地距离化算至参考椭球面的变形，再者是将投影面上的长度投影至平面坐标的变形。前面所述的两种方法都是改变其中的一种长度变形而将综合变形控制在允许的范围之内的。而此种方法则同时改变了两种变形量。三种独立坐标系的建立方法具体操作可以参考相关文献。

1.1.2 控制测量具体实施

控制测量具体实施包括选点埋石观测解算，目前观测主要采用GPS 静态测量，GPS-RTK 和导线测量等方法。高程测量采用相应等级的水准或三角高程。如果测区范围较大，宜采用静态GPS先进行首级控制测量，然后再采用GPS-RTK分级或跨级测量。当然测区较小时，直接采用GPS-RTK测量亦可，前提需要架设基准站后联测不少于3个高等级控制点并求取准确的平面转换参数，高程拟合应不少于4个水准高程，当残差满足要求时并对另外的已知点进行检核，精度满足时就可以直接测设图根或测图。GPS-RTK的特点就是可以全天候作业，实时动态地解算出坐标且点位精度高，但GPS 接收机由于会受到多路径效应的影响也可能出现粗差，因此，在选控制点时，应充分考虑多路径效应的影响［2］。测量控制点时每个点要分两个时段测量，两次较差不超限时方可取平均值。

对于房产地籍测量，布设控制点时要有针对性，对于房屋密集地区，一定要布设一定量的导线点。事实上GPS-RTK相邻控制点间相对位移小于0.05M的精度不一定能满足房产地籍测量末级相邻基本控制点的相对点位中误差不超过±0.025m的要求。所以一定要布设导线点对这些误差加以分配才能达到末级控制点的要求。导线布设尽量不要交叉，而应联成节点网加以平差。如果不这样，在导线交叉附近，用两条导线上的控制点分别测量碎部点时就会出现两种精度，如果一个房屋用两条导线的导线点去测量，这时测量出的房屋相对边长非常容易超限。

1.2 测图精度问题分析

在同一个测区为什么不同的作业员测出的图精度会有较大差别呢？一是要有认真的作业态度，经常校正仪器并正确地维护，二是要注意测量时的细节。有时候仪器架设在一个控制点上，但因为定向远近的不同，从而造成碎部点精度有很大的差别。假设A、B两点的坐标中误差分别为（Max，May），（Mbx，Mby），根据误差传播定理可以推导出平距Sab 的方差Ms2=M2ax+M2ay+M2bx+M2by，那么引起的定向角度误差可以推出Δа=（M2ax+M2ay+M2bx+M2by）/Sab*ρ，所以在不考虑其他误差的情况下，定向角度误差与定向距离成反比。由此也可以推出碎部点位移的误差公式Δs=S*TANΔа，Δа用弧度表示，可见和测量距离成正比。事实上观测的时候还包含对点误差、照准误差以及仪器自身的误差等，所以说设测站时要用尽可能远的控制点去定向，采集碎部点的边长尽量不大于定向边长。这些是测图的作业人员一定要注意的问题。由于地球曲率半径和大气折光差的影响，距离越远三角高程的误差也越大。综合考虑，对于精度要求高的测量（例如：房产、地籍测量），测区应合理布设导线点，仪器的水准管轴和垂直轴的误差、2C和i角，对点器的误差应校正到最佳状态，实践证明只有这样才能测出精度优良的成果。

1.3 数据采集与编辑

1.3.1 数据采集组织形式

内外业一体数字化测图主要使用的是全站电子速测仪，根据所搭配使用的硬件不同分为3种方式：

1.3.1.1 全站仪+便携式计算机或掌上电脑（PDA）+测图软件：这种方法就是实时采集的数据传输到计算机，利用绘图软件现场编辑成图，具有直观不易出错的优点，不足之处就是人员配置多，外业效率低。

1.3.1.2 全站仪+电子记录簿或仪器自配内存+测图软件：此种作业方式有两种，就是草图法和野外编码法。采用何种方式应根据各单位情况而异。这两种方式相比较而言各有利弊。

1.3.1.3 草图法：因为绘草图的速度总是比测碎部点快，也省却了和观测者不停交流碎部点属性，所以外业比较快。这种方法最关键的是一定要保证草图点号和仪器点号一一对应的关系，只要草图在，内业编图随时可以进行。编码法有不少单位在用，因为这种方法两个人就可以成为一个作业组，但是对两个人的作业水平都要求很高，都要熟悉地形地物要素和编码的内在关系，且司镜员立尺要有规律，否则双方要不停地交流而改变编码属性，当然这样也会造成司镜员多走路的情况，所以说这种方法外业效率较低。内业成图时只需把编码和坐标文件导入利用软件并加一定的人工干预即可成图，节省内业量。不过这种方法成图错连漏连较多，没有草图法直观，需要外业重新调绘再加以更改，因此总的工作量要大于草图法。

图1 正确坐标

图2 第一种成图方案

图3 第二种成图方案

1.3.2 内外业一体数字化测图内业的编辑处理

根据外业采集的数据用不同的编辑方法会产生不同的效果，进而影响到成图的精度。根据下图证明一下：左边图1 显示的是此房屋各个房角点的正确坐标。图2 和图3 的1、2、3、4 是用同一种方法所采集的房屋角点坐标。（A 、B）、（a、b）是两个未测到的点。图2（第一种成图方案）是用3 连接3、4，然后利用软件微导线功能隔一个点连接2，而后隔点闭合。图3（第二种成图方案）是用3连接1，然后利用软件微导线功能隔一个点连接2，而后隔点闭合。通过查询两种方案所解算出的A、B坐标和正确坐标比对，可以发现方案1的成图精度要高于方案2的成图精度。为什么采集相同的点相同的坐标不同的人成图精度不同呢，分析方案1可知A 是有3-4作为微导线的起算边计算所得，同理方案2的a是有3-1作为微导线的起算边计算所得，3-4 的边长远大于3-1 的边长，这和外业采集碎部点设站需用长边定向道理相同，由此可知无论内外业、内业成图或者是外业控制测量碎部点，许多理论相通，要灵活结合。所以说内业成图连图不是随意的，这对于初学绘图者一定要特别注意。

从以上表格数据、图形可以分析出第一种方案位移精度要优于第二种，这也说明了测量中短边不宜推算长边内外业同样适用。但是利用微导线隔点相连方法只适用于直角房屋，但是由于个人自建房屋很少有经过严格的放线，所以房屋形状多是非严格的直角房屋。根据实践经验，对于未测到的点，一般采取用平行线相交的方法解析出待定点位较为合适，事实上这也是较为可靠的方法。而对于不规则房屋、构筑物的坐标就只能逐点测量或者用距离边长交会法解析出待定点的坐标。