野外數(shù)字化測圖的一種新方法

1、gaojiaoluntan 高 教 論 壇野外數(shù)字化測圖的一種新方法孫海山 孟愛國摘 要：數(shù)字化測圖是現(xiàn)在地形圖測繪廣泛推廣的一種測量新技術(shù)，其過程包括野外測量數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)計算機(jī)成圖兩部分。本文主要根據(jù)數(shù)字化測圖的原理，就野外控制測量和碎步測量數(shù)據(jù)的采集的方法做了比較全面的說明，對數(shù)字化測圖的推廣應(yīng)用具有一定的理論指導(dǎo)意義和實用價值。關(guān)鍵詞：數(shù)字化測圖；控制測量；碎步測量 - 107 -數(shù)字化測圖與傳統(tǒng)的白紙測圖相比野外作業(yè)過程基本相同，都是先控制測量，后碎步測量，先整體后局部。碎步測量都是在圖根點設(shè)站，地形、地物特征點都要跑點或立鏡，但是由于數(shù)字化測圖中，測繪儀器及內(nèi)業(yè)處理手段先進(jìn)，因此，

2、在某些測量方法上有一些改進(jìn)，以更大限度的發(fā)揮數(shù)字化測圖的優(yōu)勢，提高工作效率。下面重點介紹一種數(shù)字化測圖中數(shù)據(jù)采集的特點及測量方法。一、控制測量數(shù)據(jù)采集1、2大比例尺地面數(shù)字測圖的控制與傳統(tǒng)的白紙測量控制相比有其明顯的不同：1、打破了分級布網(wǎng)、逐級控制的原則，一般一個測區(qū)一次性整體布網(wǎng)、整體平差，所需的少量已知控制點可以用gps確定。這就保證了測區(qū)各控制點精度比較均勻。 作者簡介：孫海山（1961-），男，呼倫貝爾學(xué)院工程分院，副教授，高級工程師，1983年7月畢業(yè)于原阜新礦業(yè)學(xué)院，主要從事工程測量教學(xué)和研究工作。 2、由于目前與大比例尺數(shù)字測圖系統(tǒng)相匹配的都有一套地面控制數(shù)字測量數(shù)據(jù)采集與處理

3、一體化系統(tǒng)，如武漢科技大學(xué)和武漢瑞得測繪自動化公司聯(lián)合研制的（cosa）系統(tǒng)，epsw的控制測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（nasew）等，從而使得地面控制測量的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、平差、精度評定及分析、成果輸出與管理等全部實現(xiàn)了一體化和自動化。控制網(wǎng)的網(wǎng)形可以是任意混合、如測邊網(wǎng)、測角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、線形鎖、多邊形等。3、測區(qū)控制點的密度與傳統(tǒng)白紙測圖相比可以大大減少，圖根控制的加密可以與碎步測量同步進(jìn)行，隨時應(yīng)用自由設(shè)站法或?qū)Ь€法（外業(yè)電子手簿包括圖根控制加密程序）進(jìn)行加密。（一）自由設(shè)站法自由設(shè)站是大比例尺地面測圖常用的建立測站的一種方法，使用全站儀及具有設(shè)站程序功能的電子手簿，在一個未知坐標(biāo)的測站上25個

4、控制點進(jìn)行方向和距離進(jìn)行觀測，便可自動計算出測站點的坐標(biāo)，接著即進(jìn)行地形點的測量工作。自由設(shè)站的優(yōu)點在于：自由設(shè)站要求的控制點數(shù)目少，設(shè)站基本不受圖形限制；自由設(shè)站的平面坐標(biāo)按間接平差計算，具有較高的平面坐標(biāo)精度，其高程可按測距三角高程測量方法求得。設(shè)在一個自由設(shè)站點p上觀測了n個控制點，（觀測方向數(shù)受電子手簿提供的程序限制，一般不超過5個方向）根據(jù)觀測值（方向值及距離）和控制點坐標(biāo)先計算出設(shè)站點p的近似坐標(biāo)，然后列出方向和邊長的誤差方程式，再組成法方程結(jié)算法方程式，計算坐標(biāo)。進(jìn)行自由設(shè)站時，根據(jù)連測控制點數(shù)目的不同，分為三種情況：一是用方向和距離兩個控制點；二是用方向連測三個控制點；三是用多

5、余觀測進(jìn)行自由設(shè)站（如圖1）。只連測三個控制點的方向進(jìn)行自由設(shè)站和通常的后方交會相同，沒有多余觀測和檢查條件，一般不宜采用。（二）一步測量法圖1 自由設(shè)站法示意圖在電子平板測圖中提出了圖根控制與碎步測量同步進(jìn)行的測量方法，稱為“一步測量法”。在一個測站上，先測導(dǎo)線的數(shù)據(jù)（角度、邊長等）緊接著在該測站進(jìn)行碎步測量。一步測量法也同時滿足現(xiàn)場實時成圖的需要，如圖2。現(xiàn)以附和導(dǎo)線為例加以說明。圖2中j,k,q,t為已知點，m,n,o,p為圖根點，1，2，3為碎步點，其作業(yè)步驟如下：圖2 一步測量法示意圖1、全站儀安置在k點（已知坐標(biāo)），后視j點，前視m點，測水平角k及前視天頂距、斜距和站標(biāo)高。由k點坐

6、標(biāo)即可算得m點的坐標(biāo)(xm,ym,zm)。2、儀器不動，后視j點作零方向，施測k測站周圍的碎步點1、2、3，并根據(jù)k點坐標(biāo)，算得各碎步點的坐標(biāo)。根據(jù)碎步點的坐標(biāo)、編碼及連接信息，顯示屏上實時展繪碎步點并連接成圖。3、儀器搬至m點，此測站點坐標(biāo)已知（xm，ym，zm），后視k點，測得水平角及前視天頂距、斜距和站標(biāo)高，可算得n點坐標(biāo)（xn，yn，zn），緊接著后視k點做為零方向，進(jìn)行本站的碎步測量，如施測碎步點8，9，10，并根據(jù)m點的坐標(biāo)，算得各碎步點的坐標(biāo)，實時展繪碎步點成圖。同理，依次測得各導(dǎo)線點和碎步點坐標(biāo)。一步測量法的步驟歸結(jié)為：先在已知坐標(biāo)的控制點上設(shè)測站，在該測站上先測出下一導(dǎo)線點（

7、圖根點）的坐標(biāo)，然后再施測本測站的碎步點坐標(biāo)，并可實施展點繪圖。搬到下一測站，其坐標(biāo)已知，測出下一導(dǎo)線點的坐標(biāo)，再測本站碎步點。4、待導(dǎo)線點測到p測站，可測得q點坐標(biāo)，記做q點。q坐標(biāo)與q點已知坐標(biāo)之差，即為該附和導(dǎo)線的閉合差。若閉合差在限差范圍之內(nèi)，則可平差計算出各導(dǎo)線點的坐標(biāo)。為提高測圖精度，可根據(jù)平差后的坐標(biāo)值，重新計算各碎步點的坐標(biāo)。然后再顯示成圖。若閉合差超限，則想辦法找出導(dǎo)線錯誤之處，返工重測，直到閉合為止。但這個返工工作量僅限于圖根點的返工，而碎步點原始測量的數(shù)據(jù)仍可以用，重算碎步點坐標(biāo)即可。一步測量法對圖根控制測量少設(shè)一次站，少跑一遍路，提高外業(yè)效率是明顯的，但它只適合于數(shù)字測

8、圖。白紙測圖時，必須先計算出圖根控制點的坐標(biāo)，并展繪到圖紙上。因為在現(xiàn)場，要根據(jù)它才能展繪碎步點成圖。如果導(dǎo)線點位置錯了，本站所展的碎步點圖就全部錯了。一旦畫錯，要全部擦除甚至返工重測，這個工作量太大。數(shù)字測圖則不然，導(dǎo)線閉合差超限，只需要測導(dǎo)線錯誤處，且全站儀數(shù)字測圖出錯的可能性很小，因而在數(shù)字測圖中采用一步測量法是合適的。二、碎步測量數(shù)據(jù)采集1、3大比例尺地面數(shù)字化測圖與白紙測圖相比，在碎步測量方面有以下特點：1、白紙測圖通常是在野外直接成圖，除在1：500的地形圖上對重要建筑物輪廓點注記坐標(biāo)外，其余碎步點坐標(biāo)是不保留的。外業(yè)工作除觀測數(shù)據(jù)外，地形圖的現(xiàn)場繪制、清繪工作量也很重。數(shù)字測圖的

9、外業(yè)工作是記錄觀測數(shù)據(jù)或計算坐標(biāo)。在記錄中，點的編號和編碼是不可缺少的信息，編碼的記錄可在觀測時輸入記錄器或在內(nèi)業(yè)根據(jù)草圖輸入。數(shù)字測圖對于數(shù)據(jù)的紀(jì)錄要有一定的格式，這種格式應(yīng)能被數(shù)字測圖軟件所識別，能和數(shù)據(jù)庫的建立統(tǒng)一起來。2、數(shù)字測圖中，電子記錄器多數(shù)具有測站點坐標(biāo)的計算功能，可進(jìn)行自由設(shè)站。同時測距儀在幾百米距離內(nèi)精度較高，可達(dá)1cm，因此，一般地形圖根點的密度相對于白紙測圖的要求可減少。3、碎步測量時不受圖幅邊界的限制，外業(yè)不在分幅作業(yè)，內(nèi)業(yè)圖形生成時由軟件根據(jù)內(nèi)業(yè)圖幅分幅表及坐標(biāo)范圍自動進(jìn)行分幅和接邊處理。4、白紙測圖時在圖根加密后進(jìn)行碎步測量。數(shù)字測圖的碎步測量可在圖根控制加密后進(jìn)

10、行，也可和圖根控制點觀測同時進(jìn)行，然后在內(nèi)業(yè)計算圖根點坐標(biāo)后再進(jìn)行碎步點坐標(biāo)計算。5、數(shù)字測圖由數(shù)控繪圖機(jī)繪制地形圖，所有的地形輪廓點都要有坐標(biāo)才能繪出地物的輪廓線來。對必須表示的細(xì)部地貌也要按時測地貌點才能繪出。因此數(shù)字測量直接測量地形點的數(shù)目比白紙測圖會有所增加。(一)碎步測量的步驟1、測站設(shè)置與檢核測站設(shè)置即安置儀器，包括對中、整平、定向，如果是全站儀的話，要輸入測站點的坐標(biāo)，高程和儀器高等。有的測圖軟件本身具有測站設(shè)置的功能，要求用戶在對話窗中輸入測站點號、后視點號以及安置儀器的高度，由程序自動提取測站點及后視點的坐標(biāo)并反算后視方向的方位角。為確保設(shè)站正確，必須要選擇其它已知點做檢核，

11、不通過檢核不能繼續(xù)測量。2、碎步測量地面數(shù)字測圖最常用的方法是極坐標(biāo)法，分別觀測碎步點的方向值，垂直角、斜距、給出鏡高（對全站儀來講，可直接顯示出碎步點的坐標(biāo)），此時用戶輸入點號和編碼后，數(shù)據(jù)可直接存儲在全站儀的pc卡中或記錄到點子手簿等記錄器中。（二）碎步點測量方法與坐標(biāo)計算數(shù)字測圖由繪圖儀繪制地形圖，需要繪制的地物輪廓其特征點必須有坐標(biāo)，但是由于受到地形和通視條件的限制，實際測量中將有部分點不能用儀器在測站點上直接進(jìn)行觀測，因此碎步點測量除主要采用極坐標(biāo)法外，還要采用其他一些測量方法測定碎步點的坐標(biāo)，最常見的方法是：視距法、延長量變法、垂直量變法、垂足法、直線方向交會法，直線距離交會法、兩點前方交會法、后方交會法等方法。無論采用何種方法都有現(xiàn)成的計算軟件，測量后立即結(jié)算出坐標(biāo)，如果使用電子平板則可實施展點繪圖。三、外業(yè)作業(yè)人員的組織外業(yè)作業(yè)是對數(shù)字測圖而言，著重指碎步測量及其人員組織。1、測記法施測時，作業(yè)人員一般配置為：觀測員1人，記錄員1人，草圖員1人，跑尺員12人。2、電子平板法施測時，作業(yè)人員一般配置為：觀測員1人，電子平板操作人員1人（記錄與成圖），跑尺員12人。特殊情況下，外業(yè)作業(yè)組最少人員配置為2人，1個觀測員，還負(fù)責(zé)操作電子平板，一個跑尺員。只要電子平板配置的測圖軟件所提供的操作十分方便，而且操作人員對它的操作又很熟練，這個方案是可以實現(xiàn)的。用電子平板進(jìn)行