谈数字化测图的数据获取

2020-03-02佟林

辽宁自然资源 2020年3期

佟林

（辽宁省自然资源事务服务中心辽宁沈阳 110032）

数字化测图指利用全站仪、GPS等测量仪器结合掌上电脑等记录设备，在外业测量图形时把空间坐标等信息以数字的形式记录在存储设备上，内业工作把数据输入计算机，利用相应的成图软件编辑处理，成为数字地图的测量成图方式。GIS数据源，这里指的是GIS系统中的空间图形数据获取的来源，它主要有几种类型：原有的数字化地图，航空摄影测量数据，遥感图像测量数据和野外测量数据。目前测绘技术的发展很快，电子信息技术在测绘领域得到广泛应用[1]。

一、数据采集方式

1.全站仪采集方式

先设定测站点的三维坐标。设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。再设置棱镜常数量，仪器高、棱镜高并输入全站仪。照准目标棱镜后，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。

这种方式的优点是野外操作作业简单方便，利用全站仪内存进行数据采集是一个可行有效的方法[2]。在减少人员和工序、提高效率等方面都有明显的优势；数据的安全可靠性有了很大的提高，也提高了外业采集数据的速度，不需要带外业记录手簿，不需要每站的电缆连接，能够节省人力物力。但缺点是由于全站仪的微处理器程序简单，存储的坐标信息单一，不够灵活，需要绘制草图辅助内业成图。

2.GPS数据采集方式

利用GPS接收机配合相应的记录设备和软件进行快速静态、动态测量也可以进行空间数据的采集。

综合考虑系统的数据量与作业效率，动态GPS测量无疑是最适合的作业方式。动态GPS测量一般包括3种方式：单机定位、事后差分、实时差分（RTD）与实时动态（RTK）定位。本文介绍实时差分（RTD）与实时动态（RTK）定位的方式，此方式对接收机的要求相对较高，一方面需要接收机对RTD/RTK功能的支持，另一方面需要额外的数据链设备。RTD的精度与事后差分的精度相当，RTK的精度可以达到厘米级。二者在作业时都需要基准站，其最大优点在于实时性，可以在野外得到定位结果乃至成图。数据链对环境的要求是限制其应用的主要因素，RTD/RTK适用于实时性要求较高或工期要求较紧的应用。其中RTK更适用于大比例尺成图的应用。

二、数字化测图简介

数字化测图不同于模拟法测图，数字化测图具有其自身的特点，下面从数字化测图的外业工作、内业工作、测量成果表现形式和质量评价方面进行详细分析。

1.数字化测图外业工作的特点

（1）自动化程度高

模拟法测图在外业基本完成地形图的绘制，外业工作内容较多，手工记录，手工计算，自动化程度低，劳动强度大。数字化测图在外业主要完成数据的采集，绘图工作主要在内业绘图软件完成，数字化测图采用先进的电子仪器，自动记录，自动计算，自动存贮，自动化程度高，劳动强度较小。

（2）作业周期短

模拟法测图必须严格遵循“先控制后碎部”的原则。数字化测图则允许图根控制测量，即采用“一步测量法”，即使在未知点上设站也可以采用“自由设站”方法，利用电子手簿的计算功能进行测图工作。这样便于同时大面积展开测图工作，缩短作业周期。

（3）测站覆盖范围大

数字化测图采用全站仪，能自动地同时测定角度和边长，所以一般用“极坐标法”测定地形碎部点。由于全站仪具有很高的测距精度，因此在通视良好、定向边较长的情况下，可以放宽测站点到碎部点间的距离，扩大测站点的覆盖范围。模拟法测图由于受到测距精度和成图方法的限制，测站点的测量范围较小。

（4）工作范围易于划分

模拟法测图是以图板为工具，以图幅为单元进行组织测量。数字化测图的外业而是以自然界线（河流、道路等）来划分作业组的工作范围。这样便可自然地组织施测工作，更为重要的是可以减少地物接边问题带来的麻烦。

（5）对测点依赖性强

模拟法测图的外业工作可以较多地溶入人的经验，例如线状地物的转折和地形起伏方面，可以利用人的观察和判断来减少碎部点个数。数字化测图则不然，它完全依赖所观测的点数。因此，一般情况下，数字化测图比常规测图需要较多的观测点数和较好的点位分布。

（6）对记录要求高

数字化测图所获得的有关地物、地貌的数字信息，无法显示图形信息及其相互关系，直观性较差；对于一些有关实体的属性（如地理名称、房屋结构与用途等）也无法在野外注记。因此，碎部点记录要准确记录观测点点号、连线关系与地物属性信息。在复杂测区，通常采用野外绘制草图和地物属性注记的方法来进行内业注记和图形及相对关系的检查。

（7）测量精度高

数字化测图一般采用全站仪或电子速测仪进行碎部点数据采集，由于采用光电测距技术，距离测量精度高，因此碎部点测量具有较高的精度。模拟法测图采用视距测量的方法测量距离，由于视距测量的精度只有1／300，不仅影响测站测量覆盖的范围，而且碎部点的测量精度较低。

2.数字化测图内业工作的特点

数字化测图内业工作主要依靠计算机及成图软件，其内业工作与模拟法测图方法相比也有其显著的特点。

（1）成图周期短

数字化测图在内业工作中充分利用现代技术手段，利用计算机和地形图成图软件对野外测量采集的数据与地形信息进行处理，提高了内业成图的速度，缩短了成图周期。模拟法测图的内业工作主要是利用三角尺、圆规等工具，手工对外业绘制的白纸图进行清绘、整饰、拼接，相对数字化测图，内业处理速度较慢，劳动强度高。

（2）成图规范化

数字化测图的内业处理使用的绘图软件，能够使绘制的地形图的点、线、符号、文字注记等规范美观，符合国家地形图的成图规范。模拟法测图内业处理是手工绘制地形图的点、线、符号，及文字注记，显然线条难以均匀，绘制的符号难以规范，文字注记即手写字体更难以规范化。

（2）成图精度高

数字化测图的内业处理是依据外业测量的点位信息和地形的属性信息进行图形的编辑，可以利用软件的功能对量取的几何图形进行精确的绘制，精度上无损失，成图的精度高。模拟法测图的内业处理，不仅难以做到点、线、符号和文字注记等地形图图面信息的规范化，而且会造成点位精度的损失，降低地形图的质量。

（4）分幅、接边方便

内业数字化测图首先进行图形编辑，将编辑好的图形按坐标拼接一体，然后可以根据国家地形图分幅标准统一分幅，这种方法分幅方便、规范，精度高。模拟法测图一般是先分幅，然后逐幅测量，图幅接边不方便，相对数字化测图精度低，尤其白纸测图更不方便。

（5）易于修改和更新

数字化测图内业处理是将处理结果储存在计算机内存上，对图形编辑中出现的问题易于修改和更新。模拟法测图方法的内业处理结果体现在图纸上，发现错误必须擦掉，重新绘制，修改很不方便。

（6）对外业记录依赖性强

数字化测图的内业处理是根据外业测量的地形信息进行图形编辑、地物定性。如果外业采集的地形信息不全面，内业编辑时就得分析地形、地貌，边绘图、边注记，内业只进行定位处理。因此，数字化测图内业完成后，一般要输出到图纸上，到野外检查、核对。模拟法测图是在外业完成地形图的绘制，绘图员可以边地物定位边定性，模拟法测图的内业处理只是在外业成图的基础上进行整饰、清绘，技术要求相对较低。

3.数字化测图成果形式的特点

数字化测图的成果是数字地图，它是用数字形式（而不是在纸上或其它介质上以图解形式）存贮全部地图信息的“地图”。它是用数字形式描述地图要素的属性、定位和关系信息的数据集合，是存贮在具有直接存取性能介质上的关联数据文件。数字化测图与模拟法测图相比，从测量成果的形式和应用上也有明显的差异，经对比分析有如下特点：

（1）信息的载体不同

数字化测图的成果即数字地图的载体不是纸张，而是适合于计算机存取的磁带、磁盘和光盘；数字地图永不变形。模拟法测图的成果体现在白纸或聚脂薄膜上，存在图纸变形等问题。

（2）信息的表达形式不同

数字地图不像传统地图那样以线划、颜色、符号、注记来表示地物类别和地形信息，而是以一定的计算机可识别的数字代码系统来反映地表各类地理属性特征。

（3）比例尺概念的内涵不同

数字地图所记录的地表地理信息，虽往往能满足一定的地图投影关系，并经过一定的制图综合处理可以得到所需大小的地形图，但没有比例尺的限定。而白纸图的比例尺是固定的，信息综合处理和比例尺更改不方便。

（4）信息管理方式不同

数字地图的地图要素实现了分层管理，地图信息颜色丰富、层次分明，为工程使用与设计提供了方便。而白纸图是白纸黑字，所有信息在一个层面上，无法分层管理，使用不方便。

（5）信息的使用手段不同

数字地图的使用必须借助于计算机及其配套的外部设备，而白纸图只能借助于图纸与常规计算工具。

（6）信息的使用范围不同

数字地图不仅要满足工程建设的规划、设计，而且是GIS数据库信息的重要来源，是国民经济各行业智能化管理的基础信息。而要想使白纸图满足GIS应用的需要，必须进行数字化处理。

（7）应用时精度无损失

数字地图的使用必须借助于计算机及其配套的外部设备，在使用上精度无损失；而白纸图需要使用圆规和三角板在图纸上量取点的坐标、直线的长度、区域的面积，由于存在量取误差，造成地形图精度有损失。

（8）便于传输与共享

数字地形图实现了数字化，数字化测图的地形图信息易于保存、复制、传输与共享；而白纸图复制困难，无法实现信息的传输与共享。

可见，数字化测图无论在外业数据采集、内业编辑成图，还是在测量成果的表现形式上，都与模拟法测图有较大不同。数字地图改变了人们对地图本质、地图功能、成图方法以及成图工艺等诸多方面的认识，为地图制图领域带来了新的生机。

三、数字测图数据源与其他GIS数据源的比较

1.地图扫描矢量化

按照地图数字化的方式又分为手扶跟踪式地图数字化和自动扫描地图数字化两种。

手扶跟踪式地图数字化是指对已有地形图借助数字化仪，用手扶跟踪的方法对地图要素的特征点逐个进行采集的方法。一般数字化板的分辨率可以达到0.123mm，手扶跟踪精度一般在0.15mm左右，输入时如果采用薄膜底图则与图纸伸缩率相比较小，对精度影响不大，

自动扫描地图数字化，是利用扫描仪根据图纸情况确定范围（图纸的长和宽）、色度类型值（二值、灰度和彩色）、亮度和对比度、分辨率后对地图进行扫描获取栅格形式的数字化地图，然后利用适当的矢量化软件从中提取必要的矢量化的空间数据信息。这种方法与手扶跟踪式地图数字化方法相比，成图的速度与精度都有所提高，因为它可以对扫描获取的栅格数据进行纠正、定向，使用的数字化软件自动化程度高。

2.航空摄影数字化成图

是利用航空像片解析为GIS图形数据的方法，也是传统地图制图的主要手段。目前，大多数测绘工作者都采用航测数字化成图的方法获取数字化成图，它的优势在于成图速度快，现势性好，精度高，省钱省力。更重要的是可以获取三维空间数据，是以后数字化成图发展的方向。

它的成图方法与手段是对航片进行扫描，获取*.tif文件，通过外业控制测量、内业加密、建立立体模型，在全数字摄影测量工作站上对地物、地貌全方位的三维立体采集。再进行外业调绘，内业编辑，提供最终的GIS图形数据。

3.遥感图像

遥感图像是以卫星遥感得到的地面影像作为数据源。由于卫星遥感观测范围大，重复周期短，可以取得现势性很高的地面数字图像。但这种数字图像也是栅格图像，要获得GIS常用的矢量图形也需要进行转化处理，或是直接以栅格数据与其他的矢量数据源进行叠加运用。目前只能作为区域GIS 的数据源。

4.全野外数字化测图成果

全野外数字化测图是专业测绘单位目前经常使用的主要方法，它利用全站仪、GPS接收机、掌上电脑和笔记本电脑等设备直接在野外采集各种控制成果、地物、地形的特征点等，以编码加坐标的形式记录，经编辑处理直接生成GIS空间数据，取代了平板仪等常规仪器的模拟测图方式。这种方法精度高、速度快，尤其适用于大比例尺地图测量及各种工程测量或局部修测等，