數(shù)字測圖原理與方法

1、1.參考橢球定位 確定參考橢球面與大地水準(zhǔn)面的相關(guān)位置，使參考橢球面在一個(gè)國家或地區(qū)范圍內(nèi)與大地水準(zhǔn)面最佳擬合，稱為參考橢球定位。在一個(gè)國家適合地點(diǎn)選定一地面點(diǎn)P作為大地原點(diǎn)，并對該點(diǎn)進(jìn)行精密天文測量和高程測量。將P點(diǎn)沿鉛垂線方向投影到大地水準(zhǔn)面上得到P點(diǎn)，設(shè)想大地水準(zhǔn)面與參考橢球面在P點(diǎn)相切，橢球面上P點(diǎn)的法線與該點(diǎn)對大地水準(zhǔn)面的鉛垂線重合，令橢球短軸與地球自轉(zhuǎn)軸平行，其赤道面與地球赤道面平行。這樣的定位方法實(shí)際上可用三個(gè)要求表示：大地原點(diǎn)上的大地經(jīng)度和緯度分別等于該點(diǎn)上的天文經(jīng)、緯度；由大地原點(diǎn)至某一點(diǎn)的大地方位角等于該點(diǎn)上同一邊的天文方位角；大地原點(diǎn)至橢球面的高度恰好等于其至大地水準(zhǔn)面的

2、高度。這樣的定位方法稱為單點(diǎn)定位法。2.國家統(tǒng)一坐標(biāo) 我國位于北半球，在高斯平面直角坐標(biāo)系內(nèi)，X坐標(biāo)均為正值，而Y坐標(biāo)值有正有負(fù)。為避免Y坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，規(guī)定將X坐標(biāo)軸向西平移500km，即所有點(diǎn)的Y坐標(biāo)值均加上500km。此外，為便于區(qū)別某點(diǎn)位于哪一個(gè)投影帶內(nèi)，還應(yīng)在橫坐標(biāo)值前冠以投影帶帶號。這種坐標(biāo)稱為國家統(tǒng)一坐標(biāo)。例如，P點(diǎn)的坐標(biāo)Xp=3275611.188m；Yp= -276543.211m，若該點(diǎn)位于第19帶內(nèi)，則P點(diǎn)的國家統(tǒng)一坐標(biāo)表示為：xp=3275611.188m，yp=19223456.789m3.我國的高程基準(zhǔn) 青島驗(yàn)潮站1950-1956年間的驗(yàn)潮結(jié)果推算了黃海平均海面，稱

3、為“1956年黃海高程系”，青島水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.289m，1952-1979年的驗(yàn)潮結(jié)果確定新的黃海平均海面，稱為“1985國家高程基準(zhǔn)”，青島青島水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.260m。4.一二等水準(zhǔn)測量使用尺長更穩(wěn)定的銦瓦水準(zhǔn)尺，這種水準(zhǔn)尺的分劃是漆在銦瓦合金帶上，銦瓦合金帶則以一定的拉力引張?jiān)谀举|(zhì)尺身的溝槽中。這樣銦瓦合金帶的長度不好受木質(zhì)尺身伸縮變形的影響。銦瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺的分格值有10mm和5mm兩種。分格值為10mm的銦瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺，它有兩排分劃，尺面右邊一排分劃注記從0300cm，稱為基本分劃，左邊一排分劃注記從300600cm，稱為輔助分劃。同一高度的基本分劃與輔助分劃讀書相差一個(gè)常數(shù)，稱

4、為基輔差，通常又稱尺常數(shù)，水準(zhǔn)測量作業(yè)時(shí)可以用以檢查讀數(shù)的正確性。5.水準(zhǔn)儀的使用 使用水準(zhǔn)儀的基本操作包括安置水準(zhǔn)儀、粗平、瞄準(zhǔn)、精平和讀數(shù)等操作步驟。 一、安置水準(zhǔn)儀 打開三腳架并使高度適中，目估使架頭大致水平，檢查腳架腿是否安置穩(wěn)固，腳架伸縮螺旋是否擰緊，然后打開儀器箱取出水準(zhǔn)儀，置于三腳架頭上用連接螺旋將儀器牢固地固連在三腳架頭上。 二、粗略整平 粗平是借助圓水準(zhǔn)器的氣泡居中，使儀器豎軸大致鉛垂，從而視準(zhǔn)軸粗略水平。在整平的過程中，氣泡的移動方向與左手大拇指運(yùn)動的方向致。 三、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺 首先進(jìn)行目鏡對光，即把望遠(yuǎn)鏡對著明亮的背景，轉(zhuǎn)動目鏡對光螺旋，使十字絲清晰。再松開制動螺旋，轉(zhuǎn)動望

5、遠(yuǎn)鏡，用望遠(yuǎn)鏡筒上的照門和準(zhǔn)星瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，擰緊制動螺旋。然后從望遠(yuǎn)鏡中觀察；轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋進(jìn)行對光，使目標(biāo)清晰，再轉(zhuǎn)動微動螺旋，使豎絲對準(zhǔn)水準(zhǔn)尺。 當(dāng)眼睛在目鏡端上下微微移動時(shí)，若發(fā)現(xiàn)十字絲與目標(biāo)影像有相對運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為視差。產(chǎn)生視差的原因是目標(biāo)成像的平面和十字絲平面不重合。由于視差的存在會影響到讀數(shù)的正確性，必須加以消除。消除的方法是重新仔細(xì)地進(jìn)行物鏡對光，直到眼睛上下移動，讀數(shù)不變?yōu)橹埂４藭r(shí)，從目鏡端見到十字絲與目標(biāo)的像都十分清晰。 四、精平與讀數(shù) 眼睛通過位于目鏡左方的符合氣泡觀察窗看水準(zhǔn)管氣泡，右手轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使氣泡兩端的像吻合，即表示水準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸已精確水平。這時(shí)，即可用十字

6、絲的中絲在尺上讀數(shù)?，F(xiàn)在的水準(zhǔn)儀多采用倒像望遠(yuǎn)鏡，因此讀數(shù)時(shí)應(yīng)從小往大，即從上往下讀。先估讀毫米數(shù)，然后報(bào)出全部讀數(shù)。 精平和讀數(shù)雖是兩項(xiàng)不同的操作步驟，但在水準(zhǔn)測量的實(shí)施過程中，卻把兩項(xiàng)操作視為一個(gè)整體；即精平后再讀數(shù)，讀數(shù)后還要檢查管水準(zhǔn)氣泡是否完全符合。只有這樣，才能取得準(zhǔn)確的讀數(shù)。6.光柵度盤測角系統(tǒng) 在光學(xué)玻璃度盤的徑向上均勻地刻制明暗相間的等角距細(xì)線條就構(gòu)成光柵度盤。將密度相同的兩塊光柵重疊，并使它們的刻線相互傾斜一個(gè)很小的角度，這時(shí)就會產(chǎn)生明暗相間的條紋（莫爾條紋）。夾角越小，條紋越粗。條紋的亮度按正弦周期性變化。若發(fā)光管、指示光柵、光電管的位置固定，當(dāng)度盤隨照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)動時(shí)，發(fā)光管

7、發(fā)出的光信號，通過莫爾條紋落到光電管上。度盤每轉(zhuǎn)動一條光柵，莫爾條紋移動一周期。莫爾條紋的光信號強(qiáng)度變化一周期，光電管輸出的電流也變化一周期。在照準(zhǔn)目標(biāo)的過程中，儀器的接收元件可累計(jì)出條紋的移動量，從而測出光柵的移動量，經(jīng)轉(zhuǎn)換得到角度值。例 平面直角坐標(biāo)的計(jì)算（坐標(biāo)正算）首先是按兩點(diǎn)間的坐標(biāo)方位角和水平距離D計(jì)算兩點(diǎn)間的坐標(biāo)增量x和y，然后按其中一個(gè)已知點(diǎn)A的坐標(biāo)計(jì)算另一個(gè)待定點(diǎn)B的坐標(biāo)。設(shè)已知觀測值和D的中誤差為和，計(jì)算坐標(biāo)增量中誤差x和y。函數(shù)式為： 按誤差傳播定律，對上式求全微分，得到： 化成中誤差的表達(dá)式，并將方位角誤差以角秒表示： A、B兩點(diǎn)的相對點(diǎn)位中誤差可由下式計(jì)算： 上式右端根

8、號內(nèi)第一項(xiàng)為兩點(diǎn)間的縱向誤差，第二項(xiàng)為橫向誤差，即兩點(diǎn)間的距離誤差形成縱向誤差，方位角誤差形成橫向誤差。例如，A、B兩點(diǎn)間的距離、方位角及其中誤差為：D=360.440m+-0.030m， =60°24'30"+-16"代人上式，算得的結(jié)果為：，按觀測值的改正值計(jì)算中誤差在一般情況下，觀測值的真值X是不知道的，真誤差也就無法求得，此時(shí)，就不能用求中誤差。在同樣的觀測條件下對某一量進(jìn)行多次觀測，可以取其算術(shù)平均值作為最或是值，也可以算得各個(gè)觀測值的改正值；并且在觀測次數(shù)無限增多時(shí)將趨近于真值X。對于有限的觀測次數(shù)，以代替X，即相應(yīng)于以改正值代替真誤差。參照上

9、式，得到按觀測值的改正值計(jì)算觀測值的中誤差的公式（該式也稱為白塞爾公式）： 將此式與上式對照可見除了以vv代替之外，還以（n-1）代替n。簡單的解釋為：在真值已知的情況下，所有n次觀測值均為多余觀測值；在真值未知的情況下，則有一次觀測值是必要的，其余（n-1）次觀測值的多余的。因此，n和（n-1）是分別代表真值已知和未知兩種不同情況下的多余觀測次數(shù)。7水準(zhǔn)管上兩相鄰分劃線間的圓?。ɑ￠L為2mm）所對的圓心角，稱為水準(zhǔn)管分劃值（或稱靈敏度）。分劃值的實(shí)際意義，可以理解為當(dāng)氣泡移動2mm時(shí)，水準(zhǔn)管軸所傾斜的角度，設(shè)水準(zhǔn)管的曲率半徑為R（單位為mm），則水準(zhǔn)管分劃值（以秒為單位）定義為： （以秒為單

10、位） 上式說明分劃值與水準(zhǔn)管的曲率半徑R成反比，R越大，越小，水準(zhǔn)管的靈敏度越高，則定平儀器的精度也越高，反之定平精度就低。測量儀器上所用的水準(zhǔn)管的分劃值一般為630秒，對于分劃值為10秒或20秒的水準(zhǔn)管，通常分別用10"/2mm或20"/2mm來表示。8.豎盤指標(biāo)差在推導(dǎo)豎角計(jì)算公式時(shí)，認(rèn)為當(dāng)視線水平且豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，其讀數(shù)為90°的整數(shù)倍數(shù)。但實(shí)際上這個(gè)條件有時(shí)是不滿足的。這是由于豎盤指標(biāo)偏離了正確位置，使視線水平時(shí)的豎盤讀數(shù)大了或小了一個(gè)數(shù)值x，這個(gè)偏離值x稱為豎盤指標(biāo)差。當(dāng)指標(biāo)偏移方向與豎盤注記方向一致時(shí)，則使讀數(shù)增大一個(gè)x值，x取正號；反之，指

11、標(biāo)偏移方向與豎盤注記方向相反時(shí)，則使讀數(shù)減小一個(gè)x值，x取負(fù)號。當(dāng)盤左視線水平且豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，其豎盤指標(biāo)讀數(shù)不是90°，而是90°+x；同樣，視線指向目標(biāo)時(shí)的讀數(shù)L也大了一個(gè)x值。此時(shí)，盤左觀測的豎角應(yīng)為： 同樣，盤右觀測的豎角應(yīng)為： 兩者取平均值得豎角： 上式說明用盤左、盤右觀測取平均值計(jì)算豎角a，其角值不受豎盤指標(biāo)差的影響。若將兩式相減，則得 此式為此種豎盤的豎盤指標(biāo)差計(jì)算公式。9.水平角觀測的精度對于水平角觀測的精度，通常以某級經(jīng)緯儀的標(biāo)稱精度作為基礎(chǔ)，應(yīng)用誤差傳播定律進(jìn)行分析，求得必要的數(shù)據(jù)，再結(jié)合由大量實(shí)測資料經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析求得的數(shù)據(jù)，考慮系統(tǒng)誤差的影響來

12、確定。下面僅以標(biāo)稱精度為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。設(shè)J6經(jīng)緯儀室外一測回的方向中誤差為，由于角值是兩個(gè)方向值之差，故一測回角值的中誤差為： 由于一測回方向值是兩個(gè)半測回方向值的平均值，故半測回方向值的中誤差為： 因歸零差是半測回中零方向兩次觀測值之差，故歸零差中誤差為： 取限差為中誤差的2倍，故歸零差限差為。由于同一方向值各測回較差是兩個(gè)一測回一方向值之差，故同一方向值各測回較差的中誤差為： 取限差為中誤差的2倍，則同一方向值各測回較差的限差為。10.鋼尺量距鋼尺是用于直接丈量的工具，它實(shí)際是一卷鋼帶，帶寬1015mm，厚0.20.4mm，長度有20m、30m、50m三種，尺面的基本分劃為厘米、分米及米處

13、均有毫米分劃。鋼尺量距需要測釬、花桿、垂球、溫度計(jì)、拉力器等。鋼尺的尺長方程式是在一定拉力下，鋼尺長度與溫度的函數(shù)關(guān)系，其形式為： 式中，L為鋼尺在溫度t時(shí)的實(shí)際長度；L0為鋼尺的名義長，L為尺長改正數(shù)，即鋼尺在溫度t0時(shí)實(shí)際長度與名義長度之差；為鋼尺膨脹系數(shù)，即溫度每變化1時(shí)單位長度的變化率，其值一般為/1；t為鋼尺量距時(shí)的溫度；t0為鋼尺檢定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)溫度。尺長方程式在已知長度上比對得到，稱為尺長檢定，一般由專業(yè)的檢定部門實(shí)施。鋼尺量距一般包括以下幾方面工作：定線。若丈量距離大于尺段長度時(shí)，應(yīng)在距離兩端點(diǎn)之間用經(jīng)緯儀定向，按尺段長度設(shè)置定向樁，并在樁頂刻畫標(biāo)志。量距，即丈量兩相鄰定向樁頂標(biāo)志

14、之間的距離。丈量時(shí)鋼尺施以檢定時(shí)的拉力。當(dāng)鋼尺達(dá)到規(guī)定拉力、尺身穩(wěn)定時(shí)，司尺員按一定程序、統(tǒng)一口令，前后讀尺員進(jìn)行鋼尺讀數(shù)，兩端讀數(shù)之差即為該尺段的長度li。測量定向樁之間的高差。為將丈量距離改化成水平距離，即距離的高差改正，需用水準(zhǔn)測量方法測定相鄰樁頂間的高差hi。成果整理。對各段觀測值進(jìn)行尺長改正、溫度改正、傾斜改正后相加即得所需距離11.觀測高差中誤差根據(jù)各種不同地理?xiàng)l件的約20個(gè)測區(qū)的實(shí)測資料，對不同邊長的三角高程測量的精度統(tǒng)計(jì)，得出下列經(jīng)驗(yàn)公式 式中，Mh為對向觀測高差中數(shù)的中誤差；s為邊長，以km為單位；P為每公里的高差中誤差，以m/km為單位。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，P值一般

15、在0.0130.022之間變化，考慮到三角高程測量的精度，在不同類型的地區(qū)和不同的觀測條件下，可能有較大的差異，現(xiàn)在從最不利觀測條件來考慮，去P=0.025，即 式說明高差中誤差與邊長成正比例的關(guān)系，對短邊三角高差測量精度較高，邊長愈長精度愈低，對于平均邊長為0.8km時(shí)，高差中誤差為；平均邊長為0.4km時(shí)，高差中誤差為?？梢娙歉叱虦y量用短邊傳遞高程較為有利。12.三角高程測量用水準(zhǔn)測量的方法測定點(diǎn)與點(diǎn)之間的高差，即可由已知高程點(diǎn)求得另一點(diǎn)的高程。應(yīng)用這種方法求地面點(diǎn)的高程其精度較高，普遍用于建立國家高程控制點(diǎn)及測定高級地形控制點(diǎn)的高程。對于地面高低起伏較大的地區(qū)，用這種方法測定地面點(diǎn)的高

16、程進(jìn)程緩慢，有的甚至非常困難。這時(shí)在地面高低起伏較大或不便于水準(zhǔn)測量的地區(qū)，常采用三角高程的測量方法傳遞高程。三角高程測量的基本思想是根據(jù)由測站向照準(zhǔn)點(diǎn)所觀測的豎角（或天頂距）和它們之間的水平距離，計(jì)算測站點(diǎn)與照準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差。這種方法簡便靈活，受地形條件的限制較少。13.三角高程測量的基本原理在地面上A、B兩點(diǎn)間測定高差，A點(diǎn)設(shè)置儀器，在B點(diǎn)豎立標(biāo)尺。量取望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)軸中心I至地面點(diǎn)上A點(diǎn)的儀器高i，用望遠(yuǎn)鏡中的十字絲的橫絲照準(zhǔn)B點(diǎn)標(biāo)尺上的一點(diǎn)M，它距B點(diǎn)的高度稱為目標(biāo)高v，測出傾斜視線IM與水平視線IN間所夾的豎角a，若A、B兩點(diǎn)間的水平距離已知為S，則可得兩點(diǎn)間高差為： 若A點(diǎn)的高程已知，

17、則B點(diǎn)高程為： 具體應(yīng)用上式時(shí)要注意豎角的正負(fù)號，當(dāng)為仰角時(shí)取正號，相應(yīng)的Stana也為正值，當(dāng)為俯角時(shí)取負(fù)號，相應(yīng)的Stana也為負(fù)值。若在A點(diǎn)設(shè)置全站儀（或經(jīng)緯儀+光電測距儀），在B點(diǎn)安置棱鏡，并分別量取儀器高i和棱鏡高v，測得兩點(diǎn)間斜距D與豎角a以計(jì)算兩點(diǎn)間的高差，稱為光電測距三角高程測量。A、B兩點(diǎn)間的高差可按下式計(jì)算： 凡儀器設(shè)置在已知高程點(diǎn)，觀測該點(diǎn)與未知高程點(diǎn)之間的高差稱為直覘；反之，儀器設(shè)在未知高程點(diǎn)，測定該點(diǎn)與已知高程點(diǎn)之間的高差稱為反覘。14.GPS定位基本模式 GPS定位模式包括靜態(tài)定位、動態(tài)定位、絕對定位和相對定位。1按照用戶接收機(jī)天線在定位過程中所處的狀態(tài)，分為靜態(tài)定

18、位和動態(tài)定位。靜態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)天線的位置是固定的，處于靜止?fàn)顟B(tài)。其特點(diǎn)是觀測的時(shí)間較長，有大量的重復(fù)觀測，其定位的可靠性強(qiáng)、精度高。主要應(yīng)用于測定板塊運(yùn)動、監(jiān)測地殼形變、大地測量、精密工程測量、地球動力學(xué)及地震監(jiān)測等領(lǐng)域。動態(tài)定位：在定位過程中，接收機(jī)天線處于運(yùn)動狀態(tài)。其特點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)地測得運(yùn)動載體的位置，多余觀測量少，定位精度低。目前廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、船舶、車輛的導(dǎo)航中。2.按照參考點(diǎn)的不同位置，分為絕對定位和相對定位兩類。絕對定位（也稱單點(diǎn)定位）：是以地球質(zhì)心為參照點(diǎn)，只需一臺接收機(jī)，獨(dú)立確定特定點(diǎn)WGS-84坐標(biāo)系中的絕對位置。其組織實(shí)施簡單，但定位精度較低（受星歷誤差、星鐘

19、誤差及衛(wèi)星信號在大氣中傳播中的延遲誤差的影響比較顯著）。該定位模式在船舶、飛機(jī)的導(dǎo)航，地質(zhì)礦產(chǎn)勘探，暗礁定位，建立浮標(biāo)，海洋捕魚及低精度測量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。相對定位：以地面某固定點(diǎn)位參考點(diǎn)，利用兩臺以上接收機(jī)，同時(shí)觀測同一組衛(wèi)星，確定各觀測站在WGS-84坐標(biāo)系中的相對位置或基線向量。其優(yōu)點(diǎn)：由于各站同步觀測同一組衛(wèi)星，誤差對各站觀測量的影響相同或大體相同，對各站求差（線性組合）可以消除或減弱這些誤差的影響，從而提高了相對定位的精度；缺點(diǎn)：內(nèi)外業(yè)組織實(shí)施較復(fù)雜。主要應(yīng)用于大地測量、工程測量、地殼形變監(jiān)測等精密定位領(lǐng)域。15.工作草圖在數(shù)字測圖野外數(shù)據(jù)采集中，繪制工作草圖是保證數(shù)字測圖質(zhì)量的一項(xiàng)措

20、施。工作草圖是圖形信息編碼碎部點(diǎn)間接坐標(biāo)計(jì)算和人機(jī)交互編輯修改的依據(jù)。在進(jìn)行數(shù)字測圖時(shí)，如果測區(qū)有相近比例尺的地圖，則可利用舊圖或影像圖并適當(dāng)放大復(fù)制，裁成合適的大小作為工作草圖。在這種情況下，作業(yè)員可先進(jìn)行測區(qū)調(diào)查，對照實(shí)地將變化的地物反映在草圖上，同時(shí)標(biāo)出控制點(diǎn)的位置，這種工程草圖也起到工作計(jì)劃圖的作用。在沒有合適的地圖可作為工作草圖的情況下，應(yīng)在數(shù)據(jù)采集時(shí)繪制工作草圖。工作草圖應(yīng)繪制地物的相關(guān)位置、地貌的地性線、點(diǎn)號、丈量距離記錄、地理名稱和說明注記等。草圖可按地物相互關(guān)系一塊塊地繪制，也可按測站繪制，地物密集處可繪制局部放大圖。草圖上點(diǎn)號標(biāo)注應(yīng)清楚正確，并和電子手簿記錄點(diǎn)號一一對應(yīng)。1

21、6.野外數(shù)據(jù)采集模式大比例尺數(shù)字測圖野外數(shù)據(jù)采集按碎部點(diǎn)測量方法，分為全站儀測量方法和GPS RTK測量方法。目前，主要采用全站儀測量方法，在控制點(diǎn)、加密的圖根點(diǎn)或測站點(diǎn)上架設(shè)全站儀，全站儀經(jīng)定向后，觀測碎部點(diǎn)上放置棱鏡，得到方向、豎直角（或天頂距）和距離等觀測值，記錄在電子手簿或全站儀內(nèi)存；或者是由記錄器程序計(jì)算碎部點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，記入電子手簿或全站儀內(nèi)存。如果觀測條件可能，也可采用GPS RTK測定碎部點(diǎn)，將直接得到碎部點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。野外數(shù)據(jù)采集除碎部點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)外還需有與繪圖有關(guān)的其他信息，如碎部點(diǎn)的地形要素名稱、碎部點(diǎn)連接線型等，以由計(jì)算機(jī)生成圖形文件，進(jìn)行圖形處理。為了便于計(jì)算機(jī)識

22、別，碎部點(diǎn)的地形要素名稱、碎部點(diǎn)連接線型信息也都用數(shù)字代碼或英文字母代碼來表示，這些代碼稱為圖形信息碼。根據(jù)給以圖形信息碼的方式不同，野外數(shù)據(jù)采集的工作程序分為兩種：一種是在觀測碎部點(diǎn)時(shí)，繪制工作草圖，在工作草圖記錄地形要素名稱、碎部點(diǎn)連接關(guān)系。然后在室內(nèi)將碎部點(diǎn)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，根據(jù)工作草圖，采用人機(jī)交互方式連接碎部點(diǎn)，輸入圖形信息碼和生成圖形。另一種是采用筆記本電腦和PDA掌上電腦作為野外數(shù)據(jù)采集記錄器，可以在觀測碎部點(diǎn)之后，對照實(shí)際地形輸入圖形信息碼和生成圖形。大比例尺數(shù)字測圖野外數(shù)據(jù)采集除硬件設(shè)備外，需要有數(shù)字測圖軟件來支持。不同的數(shù)字測圖軟件在數(shù)據(jù)采集方式、數(shù)據(jù)記錄格式、圖形文件格

23、式和圖形編輯功能等方面會有一些差別。17.大比例尺數(shù)字地形圖平面和高程精度的檢查和質(zhì)量評定1.檢測方法和一般規(guī)定野外測量采集數(shù)據(jù)的數(shù)字地形圖，當(dāng)比例尺大于1:5000時(shí)，檢測點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程采用外業(yè)散點(diǎn)法按測站點(diǎn)精度施測，每幅圖一般各選取2050個(gè)點(diǎn)。用鋼尺或測距儀量測相鄰地物點(diǎn)間距離，量測邊數(shù)每幅圖一般不少于20處。平面檢測點(diǎn)應(yīng)均勻分布、隨機(jī)選取的明顯地物點(diǎn)。2.檢測點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程中誤差計(jì)算 地物點(diǎn)的平面坐標(biāo)中誤差按下式計(jì)算： 式中，為坐標(biāo)X的中誤差，為坐標(biāo)Y的中誤差，為坐標(biāo)X的檢測值，為坐標(biāo)的原測值。為坐標(biāo)Y的檢測值，為坐標(biāo)Y的原測值，n為檢測點(diǎn)個(gè)數(shù)。相鄰地物點(diǎn)之間間距中誤差計(jì)算：

24、式中，為相鄰地物點(diǎn)實(shí)測邊長與圖上同名邊長較差，n為量測邊條數(shù)。 高程中誤差計(jì)算： 式中，為檢測點(diǎn)的實(shí)測高程，為數(shù)字地形圖上相應(yīng)內(nèi)插點(diǎn)高程。n為高程檢測點(diǎn)個(gè)數(shù)。18.碎部點(diǎn)高程的計(jì)算在地形測圖中，通常采用普通三角高程測量（傳統(tǒng)測圖）或電磁波測距三角高程測量（地面數(shù)字測圖）測定碎部點(diǎn)的高程。在采用經(jīng)緯儀或大平板儀進(jìn)行傳統(tǒng)測圖時(shí)，計(jì)算碎部點(diǎn)高程的公式為： 式中：H0為測站點(diǎn)高程，i為儀器高，v為中絲在碎部點(diǎn)地形尺上的讀數(shù)，k為視距乘常數(shù)（通常取k=100），l、a分別為相應(yīng)的尺間隔和垂直角。在采用全站儀進(jìn)行地面數(shù)字測圖時(shí)，計(jì)算碎部點(diǎn)高程的公式為： 式中：H0為測站點(diǎn)高程，i為儀器高，v為鏡高，D為斜

25、距，a為垂直角。19.地面數(shù)字測圖地面數(shù)字測圖是指對利用全站儀、GPS接收機(jī)等儀器采集的數(shù)據(jù)及其編碼，通過計(jì)算機(jī)圖形處理而自動繪制地形圖的方法。地面數(shù)字測圖基本硬件包括：全站儀或GPS接收機(jī)、計(jì)算機(jī)和繪圖儀等。軟件基本功能主要有：野外數(shù)據(jù)的輸入和處理、圖形文件生成、等高線自動生成、圖形編輯與注記和地形圖自動繪制。與傳統(tǒng)測圖作業(yè)相比，地面數(shù)字測圖具有以下特點(diǎn)：傳統(tǒng)測圖經(jīng)過坐標(biāo)格網(wǎng)繪制，控制點(diǎn)手工展繪、碎部點(diǎn)手工刺繪等工序，且距離通常用視距法測取，而地面數(shù)字測圖直接利用碎部點(diǎn)坐標(biāo)在計(jì)算機(jī)上自動成圖，且距離用電磁波測距法測取，因此，與傳統(tǒng)測圖相比，地面數(shù)字測圖具有較高的測圖精度。傳統(tǒng)測圖在野外基本完

26、成地形原圖的繪制，在獲得碎部點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程后，還需手工繪制地形圖，而地面數(shù)字測圖外業(yè)測量工作實(shí)現(xiàn)自動記錄、自動解算處理，自動成圖，因此，地面數(shù)字測圖具有較高的自動化程序。傳統(tǒng)測圖先完成圖根控制測量，經(jīng)計(jì)算獲得圖根控制點(diǎn)坐標(biāo)，并展繪到圖板上，而后進(jìn)行碎部測圖。地面數(shù)字測圖的圖根控制測量與碎部測量可同時(shí)進(jìn)行，即在進(jìn)行圖根控制測量的同時(shí)，可在圖根控制點(diǎn)上同步測量本站的碎部點(diǎn)，再根據(jù)圖根控制點(diǎn)的平差后坐標(biāo)，對碎部點(diǎn)坐標(biāo)重新計(jì)算，以提高碎部點(diǎn)坐標(biāo)的精度，而后進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理并自動生成圖形（這種方法稱為“一步測圖法”）。地面數(shù)字測圖主要采用極坐標(biāo)法測量碎部點(diǎn)，根據(jù)電磁波測距的精度，在幾百米范圍內(nèi)誤差均在

27、1cm左右，因此在通視良好、定向邊較長的情況下，碎部點(diǎn)到測站點(diǎn)的距離與傳統(tǒng)測圖相比，可以放得更長一些。傳統(tǒng)測圖是以一幅圖為單元組織施測，這種規(guī)則的劃分測圖單元給圖幅邊緣測圖造成困難，并帶來圖幅接邊問題。地面數(shù)字測圖在測區(qū)內(nèi)可不受圖幅的限制，作業(yè)小組的任務(wù)可按河流、道路等自然分界線劃分，以便于碎部測圖，也減少了圖幅接邊問題。在傳統(tǒng)測圖中，測圖員可對照實(shí)地用簡單的幾何作圖法測繪規(guī)則的地物輪廓，用目測繪制細(xì)小地物和地貌形態(tài)，而地面數(shù)字測圖必須有足夠的特征點(diǎn)坐標(biāo)才能繪制地物符號；有足夠而又分布合理的地形特征點(diǎn)才能繪制等高線，因此，地面數(shù)字測圖中直接測量碎部點(diǎn)的數(shù)目比傳統(tǒng)測圖有所增加，且碎部點(diǎn)（尤其是地

28、形特征點(diǎn)）的位置選擇尤為重要。20.測定碎部點(diǎn)的基本方法主要有極坐標(biāo)法、方向交會法、量距法、方向距離交會法、直角坐標(biāo)法等。21.例1.某點(diǎn)經(jīng)度為114°33'45"，緯度為39°22'30"，計(jì)算其所在的圖幅的編號。 該點(diǎn)所在1:100萬地形圖圖幅的圖號為J50。已知圖幅內(nèi)某點(diǎn)的經(jīng)、緯度或圖幅西南圖廓點(diǎn)的經(jīng)、緯度，也可按下式計(jì)算所求比例尺地形圖在1:100萬地形圖圖號后的行、列號： 式中：（）表示商取余；【】表示商取整；c表示所求比例尺地形圖在1:100萬地形圖圖號后的行號；d所求比例尺地形圖在1:100萬地形圖圖號后的列號；表示圖幅內(nèi)某

29、點(diǎn)的經(jīng)度或圖幅西南圖廓點(diǎn)的經(jīng)度；表示圖幅內(nèi)某點(diǎn)的緯度或圖幅西南圖廓點(diǎn)的緯度；表示所求比例尺地形圖分幅的經(jīng)差；表示所求比例尺地形圖分幅的緯差。例2.仍以經(jīng)度為114°33'45"，緯度為39°22'30"的某點(diǎn)為例，計(jì)算其所在1:1萬地形圖的編號。 1:1萬地形圖的圖號為J50G015010。已知圖號可計(jì)算該圖幅西南圖廓點(diǎn)的經(jīng)、緯度。也可在同一副1:100萬比例尺地形圖圖幅內(nèi)進(jìn)行不同比例尺地形圖的行列關(guān)系換算，即由較小比例尺地形圖的行、列號計(jì)算所含各較大比例尺地形圖的行、列號或由較大比例尺地形圖的行、列號計(jì)算它隸屬于較小比例尺地形圖的行、列

30、號。22.控制測量分為平面控制測量和高程控制測量。平面控制測量確定控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)，高程控制測量確定控制點(diǎn)的高程。在傳統(tǒng)測量工作中，平面控制網(wǎng)與高程控制網(wǎng)通常分別單獨(dú)布設(shè)。目前，有時(shí)候也將兩種控制網(wǎng)合起來布設(shè)成三維控制網(wǎng)。平面控制測量 在傳統(tǒng)測量工作中，平面控制通常采用三角測量、導(dǎo)線測量和交會測量等常規(guī)方法建立，必要時(shí)，還進(jìn)行天文測量。目前GPS控制測量以成為建立平面控制網(wǎng)的主要方法。三角網(wǎng)測量 三角網(wǎng)測量是在地面上選定一系列的控制點(diǎn)，構(gòu)成相互連接的若干個(gè)三角形，組成各種網(wǎng)狀圖形。通過觀測三角形的內(nèi)角或邊長，在根據(jù)已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)、起始邊的邊長和坐標(biāo)方位角，經(jīng)解算三角形和坐標(biāo)方位角推算可得到三

31、角形各邊的邊長和坐標(biāo)方位角，進(jìn)而由直角坐標(biāo)正算公式計(jì)算待定點(diǎn)的平面坐標(biāo)。三角形的各個(gè)頂點(diǎn)稱為三角點(diǎn)，各三角形連成網(wǎng)狀的稱為三角網(wǎng)，連成鎖狀的稱為三角鎖。按觀測值的不同，三角網(wǎng)測量可分為三角測量、三邊測量和邊角測量。導(dǎo)線測量 將控制點(diǎn)用直線連接起來形成折線，稱為導(dǎo)線，這些控制點(diǎn)稱為導(dǎo)線點(diǎn)，點(diǎn)間的折線邊稱為導(dǎo)線邊，相鄰導(dǎo)線邊之間的夾角稱為轉(zhuǎn)折角（又稱導(dǎo)線折角，導(dǎo)線角）。另外，與坐標(biāo)方位角已知的導(dǎo)線邊（稱為定向邊）相連接的轉(zhuǎn)折角，稱為連接角（又稱定向角）。通過觀測導(dǎo)線邊的邊長和轉(zhuǎn)折角，根據(jù)起算數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算而獲得導(dǎo)線點(diǎn)的平面坐標(biāo)，即為導(dǎo)線測量。導(dǎo)線測量布設(shè)簡單、每點(diǎn)僅需與前、后兩點(diǎn)通視，選點(diǎn)方便，特別是

32、在隱蔽地區(qū)和建筑物多而通視困難的城市，應(yīng)用起來方便靈活。交會測量 交會測量即利用交會定點(diǎn)法來加密平面控制點(diǎn)。通過觀測水平角確定交會點(diǎn)平面位置的稱為測角交會；通過側(cè)邊確定交會點(diǎn)平面位置的稱為測邊交會；通過邊長和水平角同測來確定交會點(diǎn)平面位置的稱為邊角交會。天文測量 天文測量是在地面點(diǎn)上架設(shè)儀器，通過觀測天體（如恒星、太陽）并記錄觀測瞬間的時(shí)刻來確定地面點(diǎn)的天文經(jīng)度、天文緯度和該點(diǎn)至相鄰點(diǎn)的方位角。天文經(jīng)度的觀測結(jié)果，可以用來推算天文大地垂線偏差，用于將地面上的觀測值歸算到天文橢球面上。由天文經(jīng)度、天文緯度和方位角的觀測成果，可以推算大地方位角，用來控制地面大地網(wǎng)中方位誤差的積累。GPS控制測量

33、GPS控制測量是以分布在空中的多個(gè)GPS衛(wèi)星為觀測目標(biāo)來確定地面點(diǎn)三維坐標(biāo)的定位方法。20世紀(jì)80年代末，GPS控制測量開始在我國用于建立平面控制網(wǎng)。目前，GPS已成為建立平面控制網(wǎng)的主要方法。應(yīng)用GPS定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)稱為GPS控制網(wǎng)，按其精度分為A、B、C、D、E五個(gè)不同精度等級的GPS控制網(wǎng)。在全國范圍內(nèi)，已建立了國家（GPS）A級網(wǎng)27個(gè)點(diǎn)、B級網(wǎng)818個(gè)點(diǎn)。23.RTK的工作原理RTK的工作原理是在兩臺接收機(jī)間加上一套無線電通信系統(tǒng)，將相對獨(dú)立的接收機(jī)連成一個(gè)有機(jī)的整體；基準(zhǔn)站把接收到的偽距、載波相位觀測值和基準(zhǔn)站的一些信息都通過通信系統(tǒng)傳送到流動站；流動站在接收衛(wèi)星信號的同時(shí)，

34、也接收基準(zhǔn)站傳送來的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理：將基準(zhǔn)站的載波信號與自身接收到的載波信號進(jìn)行差分處理，即可實(shí)時(shí)求解出兩站間的基線向量，同時(shí)輸入相應(yīng)的坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換參數(shù)和投影參數(shù)，即可求得實(shí)用的未知點(diǎn)坐標(biāo)。在RTK的動態(tài)定位中，要實(shí)時(shí)確定流動接收機(jī)所在位置的坐標(biāo)，其計(jì)算程序如下：流動站首先進(jìn)行初始化：靜態(tài)觀測若干歷元，快速確定整周未知數(shù)，這一過程即為初始化過程；流動站將接收到的載波相位觀測值和基準(zhǔn)站的載波相位觀測值進(jìn)行差分處理，類似靜態(tài)觀測的數(shù)據(jù)處理，即將求出的整周未知數(shù)代人雙差模型，實(shí)時(shí)求解出基線向量；由傳輸?shù)玫降幕鶞?zhǔn)站的WGS-84地心坐標(biāo)（），就可求得流動站的地心坐標(biāo)：利用當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系與WGS-84地心坐標(biāo)

35、系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，就可得到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的空間直角坐標(biāo)： 當(dāng)然，也可將流動站的WGS-84地心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為實(shí)用的二維平面直角坐標(biāo)。一般轉(zhuǎn)換參數(shù)未知，則可利用公共點(diǎn)的兩套坐標(biāo)代人上式，反求出轉(zhuǎn)換參數(shù)，再用上式求出非重合點(diǎn)的坐標(biāo)。24.RTK測量的基本工作方法（1）在基準(zhǔn)站安置GPS接收機(jī)，進(jìn)行基準(zhǔn)站設(shè)置；（2）進(jìn)行流動站設(shè)置；（3）在至少3個(gè)公共點(diǎn)上，求GPS坐標(biāo)與實(shí)用坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)（有點(diǎn)稱為點(diǎn)校正）；（4）實(shí)測流動點(diǎn)坐標(biāo)，將其與檢測點(diǎn)的已知坐標(biāo)進(jìn)行對比，之差應(yīng)在允許范圍內(nèi)；（5）流動接收機(jī)繼續(xù)進(jìn)行未知點(diǎn)的測量工作。25.普通視距測量的原理（1）視準(zhǔn)軸水平時(shí)的視距公式內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡的物鏡系統(tǒng)是由物鏡和調(diào)

36、焦透鏡兩部分組成，當(dāng)標(biāo)尺R在不同的距離時(shí)，為使它的像落在十字絲平面上，必須移動。因此，物鏡系統(tǒng)的焦距是變化的。設(shè)望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸水平，并瞄準(zhǔn)一豎立的視距尺R，右上、下視距絲在尺面的兩個(gè)讀數(shù)之差，即得到視距間隔。由透鏡的成像原理可得下式： 即 式中，l作為物的視距尺上的間隔，p'為l經(jīng)過透鏡之后的像。由透鏡成像原理可得 式中，p'為物像（實(shí)際是l經(jīng)過透鏡后的像），p為p'的像，a為物距，b為像距。因?yàn)榘纪哥R，而且作為物的p'是在光線的出射光的一方，根據(jù)透鏡成像的公式得 即 從而 即 由上式可得 標(biāo)尺至儀器中心的距離S為： 令 式中，為當(dāng)S為無窮大時(shí)b的值。代人上式得

37、 令 則 式中，和l均隨S而變，通常設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，適當(dāng)選擇有關(guān)參數(shù)后，可使K=100，且使與基本相等，即c可忽略不計(jì)，于是有：（2）視準(zhǔn)軸傾斜時(shí)的視距公式當(dāng)視準(zhǔn)軸傾斜時(shí)，如尺子仍豎直立著，則視準(zhǔn)軸不與尺面垂直，此時(shí)，水平距離的公式為26.間接平差計(jì)算實(shí)例已知，選取B、C、D三點(diǎn)高程為參數(shù)，觀測高差及各條路線的距離如下： 列出各個(gè)高差的平差值與各點(diǎn)高程之間的關(guān)系式為： 這就是平差值方程，其誤差方程為： 為了便于計(jì)算，選取參數(shù)的近似值： 令 則得 設(shè)10km的觀測高差為單位權(quán)觀測值，即按 來定權(quán)，得各觀測值的權(quán)分別為：。由此組成法方程為： 解之得 把求出的代人誤差方程得各觀測值的改正數(shù)為：以此加在

38、相應(yīng)的觀測值上，即得各高差的平差值： 可計(jì)算出單位權(quán)中誤差為：1.在半徑為10km的范圍內(nèi)進(jìn)行距離測量工作時(shí)，用水平面代替水準(zhǔn)面所產(chǎn)生的距離誤差可以忽略不計(jì)2.由1956年黃海平均海水面起算的青島水準(zhǔn)點(diǎn)高程為72.289米，由1985國家高程基準(zhǔn)起算的青島原點(diǎn)高程為72.260米3.水準(zhǔn)管上兩相鄰分劃線間的圓弧（弧長為2mm）所對的圓心角，稱為水準(zhǔn)管的分化值t(或稱靈敏度)，分劃值的實(shí)際意義，可以理解為當(dāng)氣泡移動2mm時(shí)，水準(zhǔn)管所傾斜的角度，設(shè)水準(zhǔn)管分劃值t（以秒為單位）的計(jì)算公式為t=2 þ /R4.銦瓦水準(zhǔn)尺有兩排分劃，尺面右一排分劃注記從0到300cm,稱基本分劃，左邊一排分劃注從300到600cm，稱為輔助分劃。5.鋼尺的尺長方程式是在一定拉力下（如對30m鋼尺，拉力為10kg），鋼尺長度與溫度的函數(shù)關(guān)系為L=L。+L+(t-t。)L。6.三角高程測量的基本思想是根據(jù)自由測站向照準(zhǔn)點(diǎn)，所觀測的傾斜角和它們之間的水平距離S，計(jì)算測站點(diǎn)和照準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差7.GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號包含三種信號衛(wèi)星，分別是載波、測