数字化后的地形图精度为什么会提高

数字化后的地形图精度为什么会提高
数字化后的地形图精度为什么会提高

数字化后的地形图精度为什么会提高
数字测图应用研究
字数：3006 字号:大 中 小
：文章从数字化作业方法入手,着重研究了地面数字测图中控制测量、碎步测量的基本方法和技巧；并对目前我国测绘行业中运用较多的数字测绘软件的优缺点进行了分析；以便各个测绘单位根据实际情况选用适合于本单位的数字测图方法和软件,提高工作效率,保证工程质量.
：地面数字测图；控制测量；碎部测量
中图分类号：P2文献标识码：B文章编号：1002-6908(2007)1010031-02

1. 前言

随着科学技术的提高,GPS、全站仪、计算机等测绘硬件设备应运而生,为数字化测图提供了强大的物质基础；各行业对数字化地形图的应用越来越广,对地形图的精度和现势性要求越来越高,从而推动了我国数字测绘事业迅速发展.

2. 作业方法

目前在我国获得数字地形图的方法有三种：原图数字化、航测数字成图、地面数字测图,其主要作业流程均为三个步骤：数据采集、数据处理及地形图的数据输出（打印图纸、提供软盘等）.

2.1 原图数字化
当一个城市（地区）需要用到数字地形图而经费困难、或受到时间等原因的限制时,采用该方法比较合适.它能充分地利用现有的地形图,只要配备计算机、数字化仪(或扫描仪)、绘图仪及数字化软件就可以开展工作,能在很短的时间内获得数字化成果.其作业方法有两种：手扶跟踪数字化及扫描矢量化,其中后一种方法的精度高、效率高；但是利用该方法获得的数字地形图的精度因受原图精度的影响,由于数字化过程中会产生各种误差,因而它的精度比原图的精度差；而且它反映的只是原图成图时的地表地物、地貌,现势性不好.

2.2 航测数字化成图
当一个测区较大时就可以利用航空摄影机在空中摄取地面的影像,通过外业判读,在内业建立地面模型,利用计算机和专业软件在模型上量测,直接获得数字地形图.随着测绘技术的发展,数字摄影测量已在我国部分地区取得了试验性的成功,不久将会全面推广,它是通过在空中利用数字摄影机所获得的数字影像,内业利用航测软件,在计算机上对数字影像进行对像匹配,建立地面数字模型,再采用专业软件获得数字地形图.
该方法的特点是可将大量的外业测量工作移到室内完成,它具有成图速度快、精度高、成本低,不受气候及季节的限制等优点；它特别适合于大面积城市密集区测图；但是该方法的初期投入较大,如果测区较小,它的成本较高.

2.3 地面数字测图
在没有符合要求的大比例尺地形图的地区,可采用地面数字测图法获取,这是目前各测绘单位用得较多的数字测图方法.采用该方法获得的数字地形图的特点是精度高,只要按《城市测量规范》操作,重要地物相对于邻近控制点的精度控制在±3cm以内；但所耗费的人力、物力与财力比较大.根据数据采集所使用的硬件不同可分为以下5种模式.
（1）全站仪＋电子记录簿＋测图软件
这种模式是利用全站仪在野外实地测量各种地形要素数据,在数据采集软件的控制下实时传输给电子手簿,经过预处理后按相应的格式存储在数据文件中,同时绘制草图,以便测图软件编辑成图.其优点是容易掌握,缺点为草图绘制复杂,容易出错,功效不高.
（2）全站仪＋便携式计算机＋测图软件
这是一种将数据采集和数据处理融为一体的数字测量模式,由全站仪在实地采集地形要素数据,将数据实时传输给便携机,数据处理软件实时地处理并显示所测地形要素的符号和图形,原始数据和处理后的数据均记录于相应的数据文件或数据库中.由于现场成图,这种模式具有直观、快速、高效的优点,其缺点是便携式计算机价格昂贵、适应野外环境的能力较差.
（3）全站仪＋掌上电脑＋测图软件
这种模式的作业方式与上一种相同,但掌上电脑价格低廉、操作简便、现场成图、效率高,其前景十分广阔.
（4）GPS-RTK接收机＋测图软件
利用GPS-RTK接收机在野外实地测量各种地形要素数据,经过GPS数据处理软件进行预处理,按相应的格式存储在数据文件中,同时绘制草图,供测图软件进行编辑成图.GPS-RTK接收机是一种实时、快速、高精度、远距离数据采集设备,其显著的优点是控制点大大减少；在复杂地区,也比前三种模式的控制点减少10倍以上,因此测量效率大大提高.其缺点是必须绘制测量草图,且卫星信号死角无法采集数据,必须采用全站仪进行补测.
（5）GPS-RTK接收机＋全站仪＋掌上电脑＋测图软件
这种模式克服了以上几种数字测量模式的缺点,发挥各自的优点,可适应任何地形环境和任意比例尺地形图的测绘,实现全天候、无障碍、快速、高精度、高效率的内外业一体化采集地形信息,是未来发展的必然方向.
以上5种模式中,第一、四种为非电子平板模式,其它3种为电子平板模式.

3. 测绘软件的选择

选择合适的绘图软件对于测绘单位是非常重要的.衡量测绘软件的标准是：首先了解它的功能是否适合于本单位；二要看其可操作性、界面是否友好. 各测绘单位所使用的软件种类繁多,大体分为两种：一是本系统自行开发的；另一种是由测绘软件开发商开发的,这是各测绘单位用得比较多的.文章着重讨论后一种软件.
目前市场上测绘软件主要有3种：一是清华山维公司与清华大学土木系联合开发的测霸EPSW系列；二是武汉瑞得测绘自动化公司开发的RDMS系列；三是广州南方测绘仪器公司和开思公司开发的CASS系列和SCS系列.

3.1 EPSW系列
主要用于实测与自动绘制各种大比例尺数字地形图、地籍图、管线图、地物平面图、断面图等,但它的这几个功能是在不同的专门软件中的.它的主要特点如下：(1) 实时成图 充分发挥了原来的平板测图优势,即测即显,所显即所测,直接生成地形图,真正达到了内外业一体化；(2) 具有多种碎部测量方法；(3) 界面友好,操作方便快捷,简单易学；(4) 独创的一步测量法,可以边测图根,边测碎部,最后再平差.
该软件的最大优点:既符合老测量员的工作经验与习惯,又能高效地完成工作,应该说是我国现在电子平板测图系统中最好的,因此,深受广大测绘人员的喜爱,也占据了大部分电子平板测图市场.它开创了数字测图的新局面,对我国数字测图技术的推广起到极大的推动作用.
尽管该软件提供了诸如图形缩放、移动、删除等功能,但从内业的角度来考虑,这些功能还不能满足内业编缉的需要,而且它将原本在外业的工作依旧在外业完成,似乎有悖于数字化测图减轻外业工作的初衷.

3.2 RDMS系列
它是在GIS图形平台上开发的测绘用软件,也提供了电子平板方式,也可利用电子手簿或全站仪存储的测量数据传到计算机上再以人机交互编缉的方式成图.它提供的功能与原来的测量习惯基本上能保持一致,简单易学,测量人员可以很快熟悉并上手操作.

3.3 CASS和SCS系列
对于熟悉AUTOCAD的用户,CASS系列与SCS系列则是一个不错的选择,因为它们是基于AUTOCAD平台开发的,AUTOCAD的所有功能它都可以用,而AUTOCAD是全世界所共认的绘图平台,其编辑功能是非常强大.
CASS与SCS的功能差不多,它们均提供了三种作业方式：电子平板方式、原图数字化方式及内外业一体化.

4. 数字测图外业工作的实施

4.1 控制测量
随着GPS技术的发展成熟及全站仪的普及,三角测量已基本上退出了控制测量这个舞台,大大地减轻了工作强度；去掉了三角测量的种种误差限制,取而代之的是更为灵活的GPS网及导线（网）测量.在文章中,仅对图根控制测量及图根加密进行探讨.
目前各测绘单位所使用的全站仪的精度一般为2〃、5〃,相对于光学经纬仪就更具优势.在传统测图中地面点平面位置的误差受下列误差的影响:(1)图根点的展绘误差M展 ；(2) 测定地物点的距离误差M距 ；(3) 测定地物点的方向误差M向 ；(4) 地形图上地物点的刺点误差M刺 ；(5) 清绘时所造成的误差
M绘 .则地形图上地物点平面位置的误差可式表示为：
M2物＝M2展+M2距+M2向+M2刺+M2绘
在数字测图中,图根点与地物点的M展、M刺、M绘不存在,仅有M距、M向.因为采用半测回测角,所以方向误差为±6〃；假如碎部点至测站的距离为300m,则M向＝6÷206265×300＝0.009m ,测距仪的标称精度取2±5ppm.考虑测量中棱镜不到位等各项因素的影响,取经验值0.020m.则实测出的该平面点相对于图根点的误差为0.0022m.
由此可见,在视线良好的情况下,采用全站仪测角、测距精度高,测量碎部点的距离可以适当放大,图根点的密度可作相应降低；在城市建筑密集区和通视不好的条件下,考虑今后地形图修测或工程放样的要求,图根点的密度应增加.

4.2 碎部测量
数字测图中碎部测量的主要采用非电子平板数字测图和电子平板数字测图两种方法,它们实质是极坐标法.文章仅非电子平板数字测图方法进行研究.
在非电子平板数字测图中所采用的方法为：①外业草图＋室内交互编缉方式.这种方法工作效率,操作比较繁琐；在测图中绘制草图不容易,特别是在建筑密集区更困难,如果采用专人画草图,在人力上也是一种浪费.②编码方式.编码一般可以采用6至7位,为（0至9）（XX）（XXX）,第一位为连接关系,如0表示独立点,不与前面的其它点发生联系；1与前面的点为同一地物（貌）,与前点连；2表示与前一点为隔一点连关系；3表示有三个方向,4表示该地物（貌）到此结束；5曲线连；等等.第二到第三位为地物（貌）的代码,如2层砖房为F2,简易房为F0,在建房为FJ,围墙为WQ,加固陡坎为K2,不加固陡坎为K1,高压线为D2,输电线为D1,通讯线为D3,地类界为DL等等.最后三位为全站仪的自动增加的点号.下面是采用这种编码方法所得到的部分碎部点的点号和编码.


当在外业完成各碎部点的编码后,回到室内把碎部点传输到计算机并将碎部点展绘出来,再根据司镜员所走过的线路和碎部点的编码,可较快地把这些点连接起来；或者通过编制编码引导文件,实现自动连线,获得测区基本的数字地形图.然后把图打印为白纸图,到实地检查核对,对漏测、错测、重测的地物、地貌在白纸图上作好记号；对它迅速进行补测和重测,补测和重测完后再在计算机上进行交互编缉,从而获得高质量、高精度的数字地形图.
数字测图对测量员及司镜员的要求比较高：第一、 配合要默契,一点测完后下一点应测什么应心灵相通；对测量员的输入数字及字母的熟练程度要求较高,要求在10秒内完成.第二 、司镜员担负着室内绘图工作,是测图中的主要人员,对于地物（貌）的综合取舍等要按《城市测量规范》执行.实践表明,利用该法测图较草图法省事、快捷.

5. 结论和讨论

(1) 我国目前获得数字地形图的方法有三种：原图数字化、航测数字成图和地面数字测图.三种方法各有优缺点,测绘单位可根据实际工程灵活运用.
(2) 地面数字测图有5种作业模式,前四种已在测绘行业中广泛运用,第五种模式是我国测绘未来发展的必然方向.
(3) 我国常用测绘软件主要有3种：测霸EPSW、 RDMS； CASS和SCS.每种软件各具优势,各测绘单位可选用适合于本单位的软件,提高工作效率.
(4) 地面数字测图中控制测量和碎步测量必须遵从《城市测量规范》,提高数字测图的速度和精度,更好地为我国现代化建设服务.

参考文献
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