野外數(shù)字化測(cè)圖的一種新方法

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

2、在某些測(cè)量方法上有一些改進(jìn)，以更大限度的發(fā)揮數(shù)字化測(cè)圖的優(yōu)勢(shì)，提高工作效率。下面重點(diǎn)介紹一種數(shù)字化測(cè)圖中數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn)及測(cè)量方法。一、控制測(cè)量數(shù)據(jù)采集1、2大比例尺地面數(shù)字測(cè)圖的控制與傳統(tǒng)的白紙測(cè)量控制相比有其明顯的不同：1、打破了分級(jí)布網(wǎng)、逐級(jí)控制的原則，一般一個(gè)測(cè)區(qū)一次性整體布網(wǎng)、整體平差，所需的少量已知控制點(diǎn)可以用gps確定。這就保證了測(cè)區(qū)各控制點(diǎn)精度比較均勻。 作者簡(jiǎn)介：孫海山（1961-），男，呼倫貝爾學(xué)院工程分院，副教授，高級(jí)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(cè)量教學(xué)和研究工作。 2、由于目前與大比例尺數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)相匹配的都有一套地面控制數(shù)字測(cè)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(cè)繪自動(dòng)化公司聯(lián)合研制的（cosa）系統(tǒng)，epsw的控制測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（nasew）等，從而使得地面控制測(cè)量的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、平差、精度評(píng)定及分析、成果輸出與管理等全部實(shí)現(xiàn)了一體化和自動(dòng)化?？刂凭W(wǎng)的網(wǎng)形可以是任意混合、如測(cè)邊網(wǎng)、測(cè)角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、線形鎖、多邊形等。3、測(cè)區(qū)控制點(diǎn)的密度與傳統(tǒng)白紙測(cè)圖相比可以大大減少，圖根控制的加密可以與碎步測(cè)量同步進(jìn)行，隨時(shí)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(cè)圖常用的建立測(cè)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(gè)未知坐標(biāo)的測(cè)站上25個(gè)

4、控制點(diǎn)進(jìn)行方向和距離進(jìn)行觀測(cè)，便可自動(dòng)計(jì)算出測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)，接著即進(jìn)行地形點(diǎn)的測(cè)量工作。自由設(shè)站的優(yōu)點(diǎn)在于：自由設(shè)站要求的控制點(diǎn)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(jì)算，具有較高的平面坐標(biāo)精度，其高程可按測(cè)距三角高程測(cè)量方法求得。設(shè)在一個(gè)自由設(shè)站點(diǎn)p上觀測(cè)了n個(gè)控制點(diǎn)，（觀測(cè)方向數(shù)受電子手簿提供的程序限制，一般不超過(guò)5個(gè)方向）根據(jù)觀測(cè)值（方向值及距離）和控制點(diǎn)坐標(biāo)先計(jì)算出設(shè)站點(diǎn)p的近似坐標(biāo)，然后列出方向和邊長(zhǎng)的誤差方程式，再組成法方程結(jié)算法方程式，計(jì)算坐標(biāo)。進(jìn)行自由設(shè)站時(shí)，根據(jù)連測(cè)控制點(diǎn)數(shù)目的不同，分為三種情況：一是用方向和距離兩個(gè)控制點(diǎn)；二是用方向連測(cè)三個(gè)控制點(diǎn)；三是用多

5、余觀測(cè)進(jìn)行自由設(shè)站（如圖1）。只連測(cè)三個(gè)控制點(diǎn)的方向進(jìn)行自由設(shè)站和通常的后方交會(huì)相同，沒(méi)有多余觀測(cè)和檢查條件，一般不宜采用。（二）一步測(cè)量法圖1 自由設(shè)站法示意圖在電子平板測(cè)圖中提出了圖根控制與碎步測(cè)量同步進(jìn)行的測(cè)量方法，稱(chēng)為“一步測(cè)量法”。在一個(gè)測(cè)站上，先測(cè)導(dǎo)線的數(shù)據(jù)（角度、邊長(zhǎng)等）緊接著在該測(cè)站進(jìn)行碎步測(cè)量。一步測(cè)量法也同時(shí)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)成圖的需要，如圖2?，F(xiàn)以附和導(dǎo)線為例加以說(shuō)明。圖2中j,k,q,t為已知點(diǎn)，m,n,o,p為圖根點(diǎn)，1，2，3為碎步點(diǎn)，其作業(yè)步驟如下：圖2 一步測(cè)量法示意圖1、全站儀安置在k點(diǎn)（已知坐標(biāo)），后視j點(diǎn)，前視m點(diǎn)，測(cè)水平角k及前視天頂距、斜距和站標(biāo)高。由k點(diǎn)坐

6、標(biāo)即可算得m點(diǎn)的坐標(biāo)(xm,ym,zm)。2、儀器不動(dòng)，后視j點(diǎn)作零方向，施測(cè)k測(cè)站周?chē)乃椴近c(diǎn)1、2、3，并根據(jù)k點(diǎn)坐標(biāo)，算得各碎步點(diǎn)的坐標(biāo)。根據(jù)碎步點(diǎn)的坐標(biāo)、編碼及連接信息，顯示屏上實(shí)時(shí)展繪碎步點(diǎn)并連接成圖。3、儀器搬至m點(diǎn)，此測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)已知（xm，ym，zm），后視k點(diǎn)，測(cè)得水平角及前視天頂距、斜距和站標(biāo)高，可算得n點(diǎn)坐標(biāo)（xn，yn，zn），緊接著后視k點(diǎn)做為零方向，進(jìn)行本站的碎步測(cè)量，如施測(cè)碎步點(diǎn)8，9，10，并根據(jù)m點(diǎn)的坐標(biāo)，算得各碎步點(diǎn)的坐標(biāo)，實(shí)時(shí)展繪碎步點(diǎn)成圖。同理，依次測(cè)得各導(dǎo)線點(diǎn)和碎步點(diǎn)坐標(biāo)。一步測(cè)量法的步驟歸結(jié)為：先在已知坐標(biāo)的控制點(diǎn)上設(shè)測(cè)站，在該測(cè)站上先測(cè)出下一導(dǎo)線點(diǎn)（

7、圖根點(diǎn)）的坐標(biāo)，然后再施測(cè)本測(cè)站的碎步點(diǎn)坐標(biāo)，并可實(shí)施展點(diǎn)繪圖。搬到下一測(cè)站，其坐標(biāo)已知，測(cè)出下一導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)，再測(cè)本站碎步點(diǎn)。4、待導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)到p測(cè)站，可測(cè)得q點(diǎn)坐標(biāo)，記做q點(diǎn)。q坐標(biāo)與q點(diǎn)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(jì)算出各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)。為提高測(cè)圖精度，可根據(jù)平差后的坐標(biāo)值，重新計(jì)算各碎步點(diǎn)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(cuò)誤之處，返工重測(cè)，直到閉合為止。但這個(gè)返工工作量?jī)H限于圖根點(diǎn)的返工，而碎步點(diǎn)原始測(cè)量的數(shù)據(jù)仍可以用，重算碎步點(diǎn)坐標(biāo)即可。一步測(cè)量法對(duì)圖根控制測(cè)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(cè)

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

9、外業(yè)工作是記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)或計(jì)算坐標(biāo)。在記錄中，點(diǎn)的編號(hào)和編碼是不可缺少的信息，編碼的記錄可在觀測(cè)時(shí)輸入記錄器或在內(nèi)業(yè)根據(jù)草圖輸入。數(shù)字測(cè)圖對(duì)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(cè)圖軟件所識(shí)別，能和數(shù)據(jù)庫(kù)的建立統(tǒng)一起來(lái)。2、數(shù)字測(cè)圖中，電子記錄器多數(shù)具有測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算功能，可進(jìn)行自由設(shè)站。同時(shí)測(cè)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(diǎn)的密度相對(duì)于白紙測(cè)圖的要求可減少。3、碎步測(cè)量時(shí)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(shí)由軟件根據(jù)內(nèi)業(yè)圖幅分幅表及坐標(biāo)范圍自動(dòng)進(jìn)行分幅和接邊處理。4、白紙測(cè)圖時(shí)在圖根加密后進(jìn)行碎步測(cè)量。數(shù)字測(cè)圖的碎步測(cè)量可在圖根控制加密后進(jìn)

10、行，也可和圖根控制點(diǎn)觀測(cè)同時(shí)進(jìn)行，然后在內(nèi)業(yè)計(jì)算圖根點(diǎn)坐標(biāo)后再進(jìn)行碎步點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算。5、數(shù)字測(cè)圖由數(shù)控繪圖機(jī)繪制地形圖，所有的地形輪廓點(diǎn)都要有坐標(biāo)才能繪出地物的輪廓線來(lái)。對(duì)必須表示的細(xì)部地貌也要按時(shí)測(cè)地貌點(diǎn)才能繪出。因此數(shù)字測(cè)量直接測(cè)量地形點(diǎn)的數(shù)目比白紙測(cè)圖會(huì)有所增加。(一)碎步測(cè)量的步驟1、測(cè)站設(shè)置與檢核測(cè)站設(shè)置即安置儀器，包括對(duì)中、整平、定向，如果是全站儀的話，要輸入測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)，高程和儀器高等。有的測(cè)圖軟件本身具有測(cè)站設(shè)置的功能，要求用戶(hù)在對(duì)話窗中輸入測(cè)站點(diǎn)號(hào)、后視點(diǎn)號(hào)以及安置儀器的高度，由程序自動(dòng)提取測(cè)站點(diǎn)及后視點(diǎn)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(diǎn)做檢核，

11、不通過(guò)檢核不能繼續(xù)測(cè)量。2、碎步測(cè)量地面數(shù)字測(cè)圖最常用的方法是極坐標(biāo)法，分別觀測(cè)碎步點(diǎn)的方向值，垂直角、斜距、給出鏡高（對(duì)全站儀來(lái)講，可直接顯示出碎步點(diǎn)的坐標(biāo)），此時(shí)用戶(hù)輸入點(diǎn)號(hào)和編碼后，數(shù)據(jù)可直接存儲(chǔ)在全站儀的pc卡中或記錄到點(diǎn)子手簿等記錄器中。（二）碎步點(diǎn)測(cè)量方法與坐標(biāo)計(jì)算數(shù)字測(cè)圖由繪圖儀繪制地形圖，需要繪制的地物輪廓其特征點(diǎn)必須有坐標(biāo)，但是由于受到地形和通視條件的限制，實(shí)際測(cè)量中將有部分點(diǎn)不能用儀器在測(cè)站點(diǎn)上直接進(jìn)行觀測(cè)，因此碎步點(diǎn)測(cè)量除主要采用極坐標(biāo)法外，還要采用其他一些測(cè)量方法測(cè)定碎步點(diǎn)的坐標(biāo)，最常見(jiàn)的方法是：視距法、延長(zhǎng)量變法、垂直量變法、垂足法、直線方向交會(huì)法，直線距離交會(huì)法、兩點(diǎn)前方交會(huì)法、后方交會(huì)法等方法。無(wú)論采用何種方法都有現(xiàn)成的計(jì)算軟件，測(cè)量后立即結(jié)算出坐標(biāo)，如果使用電子平板則可實(shí)施展點(diǎn)繪圖。三、外業(yè)作業(yè)人員的組織外業(yè)作業(yè)是對(duì)數(shù)字測(cè)圖而言，著重指碎步測(cè)量及其人員組織。1、測(cè)記法施測(cè)時(shí)，作業(yè)人員一般配置為：觀測(cè)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(cè)時(shí)，作業(yè)人員一般配置為：觀測(cè)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(gè)觀測(cè)員，還負(fù)責(zé)操作電子平板，一個(gè)跑尺員。只要電子平板配置的測(cè)圖軟件所提供的操作十分方便，而且操作人員對(duì)它的操作又很熟練，這個(gè)方案是可以實(shí)現(xiàn)的。用電子平板進(jìn)行