數(shù)字測圖原理與應用第二章數(shù)字測圖的基本方法

1、第二章 數(shù)字測圖的基本方法內(nèi)容提要v 1.1 概述 v 1.2數(shù)字測圖與白紙測圖的區(qū)別 v 1.3數(shù)字測圖的基本方法 v 1.4 本章小結(jié)1.1 概述一、數(shù)字地形表達（一）地形表達的方法繪圖：是很粗略地反映所見到的地形景觀；早期地圖：用半符號、半寫景的方法來表示地形，在二維介質(zhì)平面上對實際的三維地形表面的表示和描述。現(xiàn)代地圖：按照一定的數(shù)學法則，運用符號系統(tǒng)概括地將地面上各種自然和社會現(xiàn)象表示在平面上。三個基本的特性：數(shù)學法則性、制圖綜合性和內(nèi)容符號性。 采用古代地圖傳統(tǒng)形象繪畫法，以文字注記區(qū)別古今內(nèi)容，將現(xiàn)藏于北京圖書館。九州山川實證總圖九州山川實證總圖 南宋淳熙四年（南宋淳熙四年（117

2、71177年）年）等高線地形圖：所有的地形信息都正交地投影在水平面上，用線劃或符號表示成比例縮小后的地物，而地物高度和地形起伏的信息則有選擇地用等高線進行表達。影像的優(yōu)點：細節(jié)豐富、成像快速、直觀逼真等。多張具有一定重疊度的像片還能重建實際地形的立體模型，并可以進行精確進行三維定位。數(shù)字地形: 計算機技術在很大程度上改變了地圖制圖的生產(chǎn)方式，同時也改變著地圖產(chǎn)品的樣式和用圖概念。借助于數(shù)字地形表達，現(xiàn)實世界的三維特征得到充分而真實的再現(xiàn)。描述地貌形態(tài)總之：數(shù)字地形表達的方式可以分為兩大類，即數(shù)學描述和圖像描述。使用傅立葉級數(shù)和多項式來描述地形是常用的數(shù)學描述方法。規(guī)則格網(wǎng)、不規(guī)則格網(wǎng)、等高線、

3、剖面圖等則是圖像描述的常用方式。（二）數(shù)字地面模型 數(shù)字地面模型(DTM)：地面點的空間坐標和地形屬性編碼，以數(shù)字的形式描述。數(shù)字地面模型中所包含的地面特性信息： 1地貌信息：高程、坡度、坡向、坡面形態(tài)及描述地表起伏情況的更為復雜的地貌因子； 2基本地物信息：水系、交通網(wǎng)、居民點和工礦企業(yè)及境界線； 3主要的自然資源和環(huán)境信息：土壤、植被、地質(zhì)、氣候； 4主要的社會經(jīng)濟信息：人口分布、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、國民收入。DTMDEM三維模型數(shù)字地面模型(DTM)：數(shù)字高程模型DEM三維模型二、數(shù)字測圖系統(tǒng)的概念 1、 數(shù)字測圖系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出三部分組成 按輸入方法：原圖、航測、野外、綜

4、合采樣（集）數(shù)字測圖系統(tǒng)。 按硬件配置：全站儀配合電子手簿測圖系統(tǒng)，電子平板測圖系統(tǒng)等。 按輸出成果：大比例尺、地形地籍、地下管線數(shù)字測圖系統(tǒng)，房地產(chǎn)測量管理系統(tǒng)，城市規(guī)劃成圖管理系統(tǒng)等。廣義數(shù)字測圖系統(tǒng)框圖三、數(shù)字測圖的作業(yè)過程三、數(shù)字測圖的作業(yè)過程 數(shù)字測圖的作業(yè)過程為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和成果輸出三個階段。（一）數(shù)據(jù)采集 法， 航測法 數(shù)字化儀法 大地測量儀器法 目前我國主要采用數(shù)字化儀法、航測法和大地測量儀器法采集數(shù)據(jù)。 數(shù)字測圖的數(shù)據(jù)采集數(shù)字測圖的數(shù)據(jù)采集地形數(shù)據(jù)采集野外數(shù)據(jù)采集原圖數(shù)據(jù)采集航片數(shù)據(jù)采集數(shù)字化儀數(shù)字化掃描儀數(shù)字化數(shù)字攝影測量野外數(shù)據(jù)采集（1）普通地形圖測圖方法（2）使用

5、測距經(jīng)緯儀和電子手簿方法（3）野外使用全站儀方法原圖數(shù)字化采集（1）手扶跟蹤數(shù)字化（2）掃描數(shù)字化或稱屏幕數(shù)字化航片數(shù)據(jù)采集 calcomp系列數(shù)字化儀CONTEX 8300掃描儀外觀圖 （二）數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)預處理：包括坐標變換、各種數(shù)據(jù)資料的匹配、圖比例尺的統(tǒng)一、不同結(jié)構數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換等等。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：內(nèi)容很多 數(shù)據(jù)計算：主要是針對地貌關系的。插值模型建立、插值計算、等高線光滑處理誤差調(diào)整，消除非直角化誤差等 圖形生成：平面圖形數(shù)據(jù)文件和數(shù)字地面模型文件 圖形編輯與整飾：圖形修改、編輯、整理；漢字注記、高程注記、填充符號、圖形拼接、圖形分幅和圖廓整飾等。 圖形信息的管理與應用：圖形信息的全息保存

6、、管理、使用等。 （三）成果輸出v顯示屏v磁盤或磁帶vGIS圖形數(shù)據(jù)庫v專題地圖（繪圖儀或打印機）第二節(jié) 數(shù)字測圖與白紙測圖的區(qū)別 一、數(shù)字測圖過程的自動化 (1)地面數(shù)字測圖在野外完成觀測，記錄觀測值是點的坐標和信息碼。 (2)地面數(shù)字測圖工作的地形測圖和圖根加密可同時進行。 (3) 在通視良好、定向邊較長的情況下，地形點到測站點的距離比白紙測圖可以放長。 (4)地面數(shù)字測圖在測區(qū)內(nèi)部不受圖幅的限制。 (5) 數(shù)字測圖的立尺位置選擇更為重要。 (6)數(shù)字測圖突破了“圖”的概念，而突出“數(shù)”的概念。二、數(shù)字測圖產(chǎn)品的數(shù)字化 數(shù)字地圖具有以下主要優(yōu)點： 1、便于成果更新 2、避免因圖紙伸縮帶來的

7、各種誤差 3、便于傳輸和處理，并可供多用戶同時使用 4、方便成果的深加工利用 5、便于建立地圖數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)(GIS) 6、便于成果的使用 總之，數(shù)字地圖從本質(zhì)上打破了紙質(zhì)地形圖的種種局限，賦予地形圖以新的生命力，提高了地形圖的自身價值，擴大了地形圖的應用范圍，改變了地形圖使用的方式。三、數(shù)字測圖成果的高精度 1.白紙測圖是模擬測圖方法，其比例尺精度決定了圖的最高精度。 2.數(shù)字測圖中全站儀測量的數(shù)據(jù)作為電子信息，可自動傳輸、記錄、存儲、處理、成圖、繪圖。 四、數(shù)字測圖理論的先進性 諸如大比例尺數(shù)字地面模型的建模理論、等高線的插值和擬合理論、數(shù)據(jù)結(jié)構與計算機圖形學、數(shù)字地形圖內(nèi)外業(yè)一體化

8、測繪的理論、數(shù)字地圖應用的理論、電子測繪儀器(含計算機)的原理、檢核與使用方法、測繪軟件系統(tǒng)的設計理論與實施，以及一些新的作業(yè)方法的建立。第三節(jié) 數(shù)字測圖的基本方法 一、數(shù)字測圖的基本原理 （一）數(shù)字測圖的基本思想 1、傳統(tǒng)的地形測圖（白紙測圖） 2、數(shù)字測圖：地形信息和地理信息的數(shù)字化及作業(yè)過程的半自動化或自動化。 3、數(shù)字測圖的基本思想：將地面上的地形和地理要素（或稱模擬量）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后由電子計算機對其進行處理，得到內(nèi)容豐富的電子地圖，需要時由圖形輸出設備（如顯示器、繪圖儀）輸出地形圖或各種專題圖圖形。 數(shù)字測圖的基本思想與過程 （二）地圖圖形的描述 圖形要素:點、線、面三種圖形要素

9、，其中點是最基本的圖形要素。但要準確地表示地圖圖形上點、線、面的具體內(nèi)容，還要借助一些特殊符號、注記來表示。 （測量的基本工作是測定點位） 傳統(tǒng)方法:人工干預較多。 數(shù)字測圖:經(jīng)過計算機軟件自動處理（自動計算、自動識別、自動連接、自動調(diào)用圖式符號等），自動繪出所測的地形圖。 繪圖信息點的定位信息連接信息屬性信息幾何信息屬性的定性信息屬性的定量信息繪圖信息結(jié)構圖 繪圖信息：點的定位信息、連接信息和屬性信息。 定位信息亦稱點位信息，（）表示的三維坐標。點號在測圖系統(tǒng)中是唯一的，根據(jù)它可以提取點位坐標。 連接信息：指測點的連接關系，它包括連接點號和連接線型，。 上述兩種信息皆稱為圖形信息，又稱為幾何

10、信息。 屬性信息：包括定性信息和定量信息。 屬性的定性信息：用來描述地圖圖形要素的分類或?qū)Φ貓D圖形要素進行標名，一般用擬定的特征碼和文字表示。 屬性的定量信息：是說明地圖要素的性質(zhì)、特征或強度的。數(shù)字測圖工作原理:由系統(tǒng)編碼、圖式符號連接信息一一對應的設計原則所實現(xiàn)的。（三）數(shù)字測圖需要解決的問題 歸納起來，數(shù)字測圖所要解決的問題是： 使采集的圖形信息和屬性信息為計算機識別。 由計算機按照一定的要求對這些信息進行一系列的處理。 將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)和文字信息轉(zhuǎn)換成圖形，由屏幕輸出或繪圖儀輸出各種所需的圖形。 按照一定的要求自動實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的應用問題。二、數(shù)字測圖作業(yè)模式 兩大作業(yè)模式:數(shù)字測記模式

11、（簡稱測記式）和電子平板測繪模式（簡稱電子平板）。 數(shù)字測記模式:就是用全站儀（或普通測量儀器）在野外測量地形特征點的點位，用電子手簿（或卡）記錄測點的幾何信息及其屬性信息，或配合草圖到室內(nèi)將測量數(shù)據(jù)由電子手簿傳輸?shù)接嬎銠C，經(jīng)人機交互編輯成圖。 電子平板測繪模式:就是全站儀+便攜機+相應測圖軟件，實施外業(yè)測圖的模式。便于發(fā)現(xiàn)錯誤，實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化。 細分目前我國數(shù)字測圖作業(yè)模式：全站儀+電子手簿測圖模式；普通經(jīng)緯儀+電子手簿測圖模式；平板儀測圖+數(shù)字化儀數(shù)字化測圖模式；舊圖數(shù)字化成圖模式；測站電子平板測圖模式；鏡站遙控電子平板測圖模式；航測像片量測成圖模式。全站儀+電子手簿測圖模式v測記式，為

12、絕大部分軟件所支持。該模式使用電子手簿自動記錄觀測數(shù)據(jù)，作業(yè)自動化程度較高，可以較大地提高作業(yè)工作的效率。v 是目前主要的作業(yè)模式。普通經(jīng)緯儀+電子手簿測圖模式它采用手工健入觀測數(shù)據(jù)到電子手簿，其它與第一種作業(yè)模式相同平板儀測圖+數(shù)字化儀數(shù)字化測圖模式v先用平板測圖方法測出白紙圖，然后在室內(nèi)用數(shù)字化儀將白紙圖轉(zhuǎn)為數(shù)字地圖。舊圖數(shù)字化成圖模式 我國早期的數(shù)字測圖的主要作業(yè)模式。20世紀80年代末、90年代初。 8797年主要用手扶跟蹤數(shù)字化儀數(shù)字化舊圖。測站電子平板測圖模式 平板模式，它的基本思想是用計算機屏幕來模擬圖板，用軟件中內(nèi)置的功能來模擬鉛筆、直線筆、曲線筆，完成曲線光滑、符號繪制、線性生成等工作。鏡站遙控電子平板測圖模式；v將現(xiàn)代化通訊手段與電子平板結(jié)合起來，又持便攜式電腦的作業(yè)員在跑點現(xiàn)場指揮立鏡員跑點，并發(fā)出指令遙控驅(qū)動全站儀觀測，觀測結(jié)果通過無線傳輸?shù)奖銛y機，并在屏幕上自動展點。航測像片量測成圖模式用解析測圖儀或經(jīng)過改造的立體坐標量測儀量測像片點的坐標，并將量測結(jié)果傳送到計算機，形成數(shù)字化測圖軟件能支持的數(shù)據(jù)文件。三、大比例尺數(shù)字測圖技術要求 大比例尺地形圖機助制圖規(guī)范、 1:500、l:1000、1:2000地形圖要素分類與代碼； 1:500、1:1000、l:2000地形圖圖式； 1:50