第三章野外地形數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理辦法

1、第三章野外地形數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理辦法主要內(nèi)容主要內(nèi)容 野外數(shù)據(jù)采集原理野外數(shù)據(jù)采集原理 數(shù)字測圖野外作業(yè)新方法數(shù)字測圖野外作業(yè)新方法 外業(yè)數(shù)據(jù)文件的傳輸與格式外業(yè)數(shù)據(jù)文件的傳輸與格式 野外數(shù)據(jù)采集模式野外數(shù)據(jù)采集模式 地形編碼地形編碼 連接信息連接信息遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué) 測繪學(xué)院測繪學(xué)院3.1 野外數(shù)據(jù)采集原理數(shù)字測圖中地形點(diǎn)的描述必需具備數(shù)字測圖中地形點(diǎn)的描述必需具備3 3類信息：類信息： 1. 1. 測點(diǎn)的三維坐標(biāo)；測點(diǎn)的三維坐標(biāo)； 2. 2. 測點(diǎn)的信息，即地形點(diǎn)的特征信息，繪圖時(shí)必須知道該點(diǎn)測點(diǎn)的信息，即地形點(diǎn)的特征信息，繪圖時(shí)必須知道該點(diǎn)是什么點(diǎn)：地貌點(diǎn)？地物（房屋、消

2、火栓、電線桿是什么點(diǎn)：地貌點(diǎn)？地物（房屋、消火栓、電線桿 ) )點(diǎn)？點(diǎn)？有什么特征等等；有什么特征等等； 3. 3. 測點(diǎn)的連接信息，據(jù)此可將相關(guān)的點(diǎn)連成一個(gè)地物。測點(diǎn)的連接信息，據(jù)此可將相關(guān)的點(diǎn)連成一個(gè)地物。前一前一項(xiàng)是定位信息，后兩項(xiàng)是繪圖信息。項(xiàng)是定位信息，后兩項(xiàng)是繪圖信息。測點(diǎn)的點(diǎn)位是用儀器在外業(yè)測量中測得的，最終以X，Y，Z三維坐標(biāo)表示。測點(diǎn)時(shí)要表明點(diǎn)號(hào)，點(diǎn)號(hào)在測圖系統(tǒng)中是唯一的，根據(jù)它可以提取點(diǎn)位坐標(biāo)。VITSJPBAoSJPBAoSJPhhyyxx)tan()sin()cos(坐標(biāo)數(shù)據(jù)：坐標(biāo)數(shù)據(jù)：架儀器（量儀器高I）測站定向立尺（記棱鏡高V）觀測（S、B、T）計(jì)算坐標(biāo)和高程（X，

3、Y，Z）圖形信息碼：圖形信息碼：測點(diǎn)屬性（地形編碼）測點(diǎn)連接信息（連接點(diǎn)和連接線型）大比例尺數(shù)字測圖野外數(shù)據(jù)采集按碎部點(diǎn)測量方法分為兩類：全站儀測量方法和GPS RTK測量方法。全站儀測量方法GPS RTK測量方法 全站儀野外數(shù)據(jù)采集按給以圖形信息碼的方式不同，工全站儀野外數(shù)據(jù)采集按給以圖形信息碼的方式不同，工作程序分為兩種：作程序分為兩種：一種是在觀測碎部點(diǎn)時(shí)，坐標(biāo)數(shù)據(jù)采用無圖形顯示的設(shè)備一種是在觀測碎部點(diǎn)時(shí)，坐標(biāo)數(shù)據(jù)采用無圖形顯示的設(shè)備（電子手簿、全站儀內(nèi)存）記錄，繪制工作草圖，在草圖上（電子手簿、全站儀內(nèi)存）記錄，繪制工作草圖，在草圖上記錄圖形信息碼。記錄圖形信息碼。另一種是在觀測碎部點(diǎn)

4、時(shí)，坐標(biāo)數(shù)據(jù)采用筆記本電腦或另一種是在觀測碎部點(diǎn)時(shí)，坐標(biāo)數(shù)據(jù)采用筆記本電腦或PDA記錄，顯示點(diǎn)位后，對(duì)照實(shí)際地形輸入符號(hào)碼，并連接碎部記錄，顯示點(diǎn)位后，對(duì)照實(shí)際地形輸入符號(hào)碼，并連接碎部點(diǎn)。點(diǎn)。電子手簿記錄電子手簿記錄PDA記錄記錄地形編碼地形編碼是一種人為的約定，是聯(lián)系內(nèi)業(yè)與外業(yè)的一種紐帶，在外業(yè)，人們用編碼來描述地形點(diǎn)的屬性特征，在內(nèi)業(yè)，測圖軟件通過解譯編碼來識(shí)別地形點(diǎn)，決定該點(diǎn)采用什么符號(hào)來繪制，如何進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理。在數(shù)字測圖技術(shù)發(fā)展初期，由于缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，各研究單位均紛紛推出自己的編碼方案，造成地形數(shù)字信息標(biāo)識(shí)與存儲(chǔ)、交換的不一致性。目前，我國已推出了關(guān)于地形圖圖式，地

5、形圖要素分類代碼目前，我國已推出了關(guān)于地形圖圖式，地形圖要素分類代碼等國家標(biāo)準(zhǔn)：如等國家標(biāo)準(zhǔn)：如1：500 1：1000 1：2000地形圖圖式，地形圖圖式，1：5000 1：10000地形圖圖式，地形圖圖式，1：500 1：1000 1：2000地形圖要素分類與代碼，國土基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)分類與地形圖要素分類與代碼，國土基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)分類與代碼等等代碼等等，以上標(biāo)準(zhǔn)是我們制定地形編碼的重要依據(jù)。，以上標(biāo)準(zhǔn)是我們制定地形編碼的重要依據(jù)。按國家標(biāo)準(zhǔn)，1：5001：2000比例尺地形圖要素分為9類：控制點(diǎn)、居民地和垣柵、工業(yè)建筑物及設(shè)施、交通及附屬設(shè)施、管線及附屬設(shè)施、水系及附屬設(shè)施、境界、地貌和土質(zhì)、植

6、被。地形圖要素分類代碼由4位數(shù)字組成，左邊一位是大類，后面依次細(xì)分為小類、一級(jí)、和二級(jí)，均用19表示。例如，一般房屋代碼為2110，簡單房屋代碼為2120，圍墻代碼為2430等。在國土基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)分類與代碼中，在上述編碼基礎(chǔ)上又?jǐn)U充一位，結(jié)構(gòu)如下圖所示：大類碼、小類碼、一級(jí)代碼和二級(jí)代碼分別用數(shù)字順序排列。識(shí)別位由用戶自行定義，以便擴(kuò)充。一般為“0”。盡管目前國內(nèi)有統(tǒng)一的分類編碼，但是由于數(shù)字測圖軟件開發(fā)盡管目前國內(nèi)有統(tǒng)一的分類編碼，但是由于數(shù)字測圖軟件開發(fā)的思想、技術(shù)路線的不同，不同的軟件其編碼也不盡相同，但的思想、技術(shù)路線的不同，不同的軟件其編碼也不盡相同，但都要遵守以下原則：都要遵守以下

7、原則： 符合國標(biāo)、圖式分類，符合測量員的習(xí)慣。符合國標(biāo)、圖式分類，符合測量員的習(xí)慣。 力求簡練，便于操作和記憶，符合測量員的習(xí)慣。力求簡練，便于操作和記憶，符合測量員的習(xí)慣。 便于計(jì)算機(jī)處理。便于計(jì)算機(jī)處理。 編碼要有系統(tǒng)性、科學(xué)性及可擴(kuò)充性。編碼要有系統(tǒng)性、科學(xué)性及可擴(kuò)充性。測圖中的編碼可以不與前面的國標(biāo)編碼一致（主要從簡單、易記的角度出發(fā)），但是可以實(shí)現(xiàn)與國標(biāo)編碼的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，以提高測圖成果的兼容性。 三位整數(shù)編碼三位整數(shù)編碼 四位整數(shù)編碼四位整數(shù)編碼 五位整數(shù)編碼五位整數(shù)編碼 七位整數(shù)編碼七位整數(shù)編碼 八位數(shù)據(jù)編碼法（要素編碼法）八位數(shù)據(jù)編碼法（要素編碼法） 拼音字母編碼拼音字母編碼 “無

8、編碼無編碼”系統(tǒng)系統(tǒng) “無記憶編碼無記憶編碼”系統(tǒng)系統(tǒng)連接信息連接信息可分為連接點(diǎn)和連接線型。當(dāng)測點(diǎn)是獨(dú)立地物時(shí)，只要用地形編碼來表明它的屬性，即知道這個(gè)地物是什么，應(yīng)該用什么樣的符號(hào)來表示。如果測的是一個(gè)線狀或面狀地物，這時(shí)需要明確本測點(diǎn)與哪個(gè)點(diǎn)相連，以什么線型相連，才能形成一個(gè)地物。所謂線型就是指直線、曲線或圓弧線等。在實(shí)際的數(shù)字測圖過程中，連接信息一般很難在編碼中全部給定，大多數(shù)都是在內(nèi)業(yè)處理時(shí)通過參照外業(yè)觀測時(shí)繪制的草圖交互式繪出，其中連接線型一般用一位數(shù)字表示。例如1表示直線相連，2表示曲線，3為圓弧，0或空白表示一個(gè)獨(dú)立點(diǎn)。對(duì)于一個(gè)測點(diǎn)，有了其三維坐標(biāo)、編碼和連接信息，就具備了計(jì)算

9、機(jī)自動(dòng)成圖的必要條件。如上圖所示：6、7、1、2、3、4必須是直線相連，而4、5、6則是圓弧相連。 概述概述 控制測量數(shù)據(jù)采集控制測量數(shù)據(jù)采集 碎部測量數(shù)據(jù)采集碎部測量數(shù)據(jù)采集遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué) 測繪學(xué)院測繪學(xué)院3.2 數(shù)字測圖野外作業(yè)新方法數(shù)字化測圖與傳統(tǒng)白紙測圖的野外作業(yè)過程基本相同，都是先控制測量，后碎部測量，先整體后局部。碎部測量都是在圖根點(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)字測圖中，測繪儀器及內(nèi)業(yè)處理手段先進(jìn)，因此，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。本章內(nèi)容著重介紹數(shù)字測圖中數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn)及新的測量方法。大比例尺地

10、面數(shù)字測圖控制大比例尺地面數(shù)字測圖控制與傳統(tǒng)白紙測圖控制傳統(tǒng)白紙測圖控制的區(qū)別：1、打破了分級(jí)布網(wǎng)、逐級(jí)控制的原則，一般一個(gè)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(diǎn)可以用GPS確定。這就保證了測區(qū)各控制點(diǎn)精度比較均勻。2、由于目前與大比例尺數(shù)字測圖系統(tǒng)相配套的都有一套地面控制測量數(shù)據(jù)采集與處理一體化自動(dòng)系統(tǒng)，從而使得地面控制的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理（包括測站平差與粗差檢核，近似坐標(biāo)自動(dòng)推算、概算等）、平差、精度評(píng)定與分析、成果輸出與管理等全部實(shí)現(xiàn)了一體化和自動(dòng)化。控制網(wǎng)的網(wǎng)形可以是任意混合，如測邊網(wǎng)、測角網(wǎng)、邊角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、線性鎖、多邊形等。3、測區(qū)控制點(diǎn)的密度與傳統(tǒng)白紙測圖相比可以大大減

11、少，圖根控制的加密可以與碎部測量同時(shí)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。自由設(shè)站是大比例尺地面數(shù)字測圖常用的建立測站的一種方法，自由設(shè)站是大比例尺地面數(shù)字測圖常用的建立測站的一種方法，使用全站儀及具有自由設(shè)站程序功能的電子手簿，在一個(gè)未知使用全站儀及具有自由設(shè)站程序功能的電子手簿，在一個(gè)未知坐標(biāo)的測站上對(duì)坐標(biāo)的測站上對(duì)25個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行方向和（或）距離觀測，便個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行方向和（或）距離觀測，便可自動(dòng)計(jì)算出測站點(diǎn)的坐標(biāo)，接著即進(jìn)行地形點(diǎn)的測量工作。可自動(dòng)計(jì)算出測站點(diǎn)的坐標(biāo)，接著即進(jìn)行地形點(diǎn)的測量工作。自由設(shè)站的優(yōu)點(diǎn)：自由設(shè)站的優(yōu)點(diǎn)： 自由設(shè)站要求的控制點(diǎn)

12、數(shù)目少，設(shè)站基本不受圖形限制；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，具有較高的平面精度，自由設(shè)站的平面坐標(biāo)按間接平差計(jì)算，具有較高的平面精度，其高程可按測距三角高程測量方法求得。其高程可按測距三角高程測量方法求得。自由設(shè)站的步驟：自由設(shè)站的步驟： 設(shè)在一個(gè)自由設(shè)站點(diǎn)設(shè)在一個(gè)自由設(shè)站點(diǎn)P上觀測了上觀測了N個(gè)控制點(diǎn)（觀測方向數(shù)受個(gè)控制點(diǎn)（觀測方向數(shù)受電子手簿提供的程序限制，一般不超過電子手簿提供的程序限制，一般不超過5個(gè)方），根據(jù)觀測值個(gè)方），根據(jù)觀測值（方向值和距離）和控制點(diǎn)坐標(biāo)先計(jì)算出設(shè)站點(diǎn)（方向值和距離）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)，

13、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，解算法方然后列出方向和邊長的誤差方程式，再組成法方程，解算法方程式，計(jì)算坐標(biāo)。程式，計(jì)算坐標(biāo)。自由設(shè)站的分類（根據(jù)連測控制點(diǎn)數(shù)的不同）：自由設(shè)站的分類（根據(jù)連測控制點(diǎn)數(shù)的不同）： 用方向和距離連測兩個(gè)控制點(diǎn)；用方向和距離連測兩個(gè)控制點(diǎn)；用多余觀測進(jìn)行自由設(shè)站；用多余觀測進(jìn)行自由設(shè)站；用方向連測三個(gè)控制點(diǎn)，該方法和通常的后方交會(huì)相同，沒用方向連測三個(gè)控制點(diǎn)，該方法和通常的后方交會(huì)相同，沒有多余觀測和檢查條件，一般不宜采用。有多余觀測和檢查條件，一般不宜采用。概念：概念： 在電子平板中提出了圖根控制與碎部測量同步進(jìn)行的測量在電子平板中提出了

14、圖根控制與碎部測量同步進(jìn)行的測量方法，稱為一步測量法。方法，稱為一步測量法。一步測量法步驟：一步測量法步驟： 在一個(gè)測站上，先測導(dǎo)線的數(shù)據(jù)（角度、邊長等），緊接在一個(gè)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)行碎部測量。著在該測站進(jìn)行碎部測量?！耙徊綔y量法一步測量法”也同時(shí)滿足現(xiàn)場實(shí)也同時(shí)滿足現(xiàn)場實(shí)時(shí)成圖的需要。時(shí)成圖的需要。以附合導(dǎo)線為例，說明一步測量法。如下圖所示，以附合導(dǎo)線為例，說明一步測量法。如下圖所示，J、K、Q、T為已知點(diǎn)，為已知點(diǎn)，m、n、o、p為圖根點(diǎn)，為圖根點(diǎn)，1、2、3為碎部點(diǎn)。為碎部點(diǎn)。大比例尺地面數(shù)字測圖大比例尺地面數(shù)字測圖與傳統(tǒng)白紙測圖相比，在碎部測量方

15、面?zhèn)鹘y(tǒng)白紙測圖相比，在碎部測量方面具有以下特點(diǎn)：具有以下特點(diǎn)：1、白紙測圖通常是在外業(yè)直接成圖；數(shù)字測圖的外業(yè)工作是記錄觀測數(shù)據(jù)或計(jì)算的坐標(biāo)。2、數(shù)字測圖中，碎部測量時(shí)可較多地應(yīng)用自由設(shè)站方法建立測站點(diǎn)。一般地圖圖根點(diǎn)的密度相對(duì)于白紙測圖的要求可減少。 3、碎部測量時(shí)不受圖幅邊界的限制，外業(yè)不再分幅作業(yè)，內(nèi)業(yè)圖形生成時(shí)由軟件根據(jù)內(nèi)業(yè)圖幅分幅表示及坐標(biāo)范圍自動(dòng)進(jìn)行分幅和接邊處理。大比例尺地面數(shù)字測圖大比例尺地面數(shù)字測圖與傳統(tǒng)白紙測圖相比，在碎部測量方面?zhèn)鹘y(tǒng)白紙測圖相比，在碎部測量方面具有以下特點(diǎn)：具有以下特點(diǎn)：4、白紙測圖是在圖根加密后進(jìn)行碎部測量。數(shù)字測圖的碎部測量可在圖根控制加密后進(jìn)行，也可

16、在圖根控制點(diǎn)觀測同時(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)行碎部點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算。 5、數(shù)字測圖由數(shù)控繪圖機(jī)繪制地形圖，所有的地形輪廓轉(zhuǎn)點(diǎn)都要有坐標(biāo)才能繪出地物的輪廓線來。對(duì)必須表示的細(xì)部地貌也要按實(shí)測地貌點(diǎn)才能繪出。因此數(shù)字測圖直接測量地形點(diǎn)的數(shù)目比白紙測圖會(huì)有所增加。 測站設(shè)置與檢核 測站設(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站點(diǎn)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)置功能，要求用戶在對(duì)話框中輸入測站點(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，必須要選擇其他已知點(diǎn)做檢核，不通過檢核不能繼續(xù)測量

17、。 碎部點(diǎn)測量 地面數(shù)字測圖最常用的碎部測量方法是極坐標(biāo)法，分別觀測碎部點(diǎn)的方向值、垂直角、斜距、給出鏡高（對(duì)全站儀來講，可直接顯示出碎部點(diǎn)的坐標(biāo)），此時(shí)用戶輸入點(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，或直接傳輸給便攜機(jī)（電子平板測圖），或記錄到電子手簿等記錄器中。 數(shù)字測圖由繪圖儀繪制地形圖，需要繪制的地物輪廓特征點(diǎn)必須有坐標(biāo)，但由于受到地形和通視條件的影響，實(shí)際測量中將有部分點(diǎn)不能用儀器在測站上直接進(jìn)行觀測，因此碎部點(diǎn)測量除主要采用極坐標(biāo)法外，還要采用其它一些測量方法測定碎部點(diǎn)的坐標(biāo)。在大多數(shù)的測圖軟件中都具有此功能。 極坐標(biāo)法 視距法 延長量邊法 垂直量邊法 垂足法 直線方向交會(huì)

18、 直線距離交會(huì) 兩直線求交 平行線交會(huì) 兩點(diǎn)前方交會(huì) 后方交會(huì) 距離交會(huì)已知：P1（x1，y1，z1），P2（x2，y2，z2);待求：PQ點(diǎn)的坐標(biāo)（xQ，yQ，zQ);測法：測站在P1點(diǎn)后視P2，后視方向方位角為H0，量得儀器高為Hi;測得PQ點(diǎn)的水平角H、天頂距Z和斜距S及覘標(biāo)高Th。算法：xQx1+SsinZcos(H0+H)yQy1+SsinZsin(H0+H)zQz1+ScosZ+Hi-Th當(dāng)使用經(jīng)緯儀施測時(shí)，采用極坐標(biāo)法測量的數(shù)據(jù)項(xiàng)與全站儀不同，同時(shí)數(shù)據(jù)要由人工鍵入。其中水平角：水平角：H豎直角：豎直角：V視距切尺讀數(shù)（上下絲讀數(shù)）：視距切尺讀數(shù)（上下絲讀數(shù)）：M，N中絲讀數(shù)：中絲讀數(shù)：Th 為已知。算法：算法：D=100|M-N|cosVxQx1+Dcos(H0+H)yQy1+Dsin(H0+H)zQz1+DtgV+Hi-Th已知：起始點(diǎn)P1，方向點(diǎn)P2；測法：丈量邊長D；待求：P