第一章 數(shù)字化測圖概述

第一章數(shù)字化測圖概述第一節(jié)數(shù)字化測圖及系統(tǒng)構(gòu)成第二節(jié)數(shù)字化測圖的作業(yè)過程第三節(jié)數(shù)字化測圖的作業(yè)模式第四節(jié)數(shù)字化測圖的特點(diǎn)及發(fā)展和展望第一節(jié)數(shù)字化測圖及系統(tǒng)構(gòu)成

一、數(shù)字化測圖的概念：

測繪行業(yè)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，形成了一套從野外數(shù)據(jù)采集到內(nèi)業(yè)制圖全過程的、實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和自動(dòng)化的測量制圖系統(tǒng)，稱為數(shù)字化測圖或機(jī)助成圖。（廣義的數(shù)字化測圖包括：全野外數(shù)字化成圖、地圖數(shù)字化成圖、攝影測量和遙感數(shù)字化測圖）二、數(shù)字化測圖的基本思想1、傳統(tǒng)的地形測圖（白紙測圖):將測得的觀測值（數(shù)值）用圖解的方法轉(zhuǎn)換為圖形。

特點(diǎn)：轉(zhuǎn)化過程幾乎在野外進(jìn)行，原圖的室內(nèi)整飾也要在測區(qū)駐地完成，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，這個(gè)轉(zhuǎn)化過程使測得的數(shù)據(jù)所達(dá)到的精度大幅度降低，一紙之圖難以承載諸多的圖形信息，加之變更修改也極不方便，地形測圖已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需要。2、數(shù)字化成圖：實(shí)現(xiàn)豐富的地形信息和地理信息數(shù)字化，作業(yè)過程的自動(dòng)化或半自動(dòng)化?；舅枷耄簩⒌孛嫔系牡匦魏偷乩硪兀ɑ蚍Q模擬量）轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得到內(nèi)容豐富的電子地圖，需要時(shí)由圖形輸出設(shè)備輸出地形圖或各種專題圖。特點(diǎn)：縮短野外測圖時(shí)間，減輕野外勞動(dòng)強(qiáng)度，而將大部分作業(yè)內(nèi)容安排到室內(nèi)去完成，將大量手工作業(yè)轉(zhuǎn)化為電子計(jì)算機(jī)控制下的機(jī)械操作，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高成圖的精度。注：將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量：整個(gè)過程稱為數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集的方法有：野外地面數(shù)據(jù)采集、航片數(shù)據(jù)采集、原圖數(shù)字化。3、數(shù)字化測圖的基本過程通過采集有關(guān)的繪圖信息并記錄在數(shù)據(jù)終端（直接傳輸給便攜機(jī)），然后在室內(nèi)通過數(shù)據(jù)接口將采集的數(shù)據(jù)傳輸給電子計(jì)算機(jī)，并由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再經(jīng)過人機(jī)交互的編輯，形成繪圖數(shù)據(jù)文件，最后由計(jì)算機(jī)控制繪圖儀自動(dòng)繪制所需的地形圖。三、數(shù)字測圖系統(tǒng)的構(gòu)成（1）定義：數(shù)字測圖系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心組成，是在硬件和軟件的支持下，對(duì)地形空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、輸入、處理、輸出及管理的測繪系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。（2）組成：數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出（3）由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成

圖2-1數(shù)字測圖硬件系統(tǒng)示意圖2、數(shù)字測圖軟件數(shù)字測圖軟件的特點(diǎn)１、具備數(shù)據(jù)(圖形)采集、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、圖形生成、圖形編輯、圖形輸出等功能；２、通用性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，圖形界面直觀、簡潔，操作使用要符合測量人員的作業(yè)習(xí)慣；３、數(shù)字圖中使用的注記、地物符號(hào)、制圖規(guī)范以及地物編碼等必須符合國家正在施行的標(biāo)準(zhǔn)；４、應(yīng)包含多種作業(yè)模式，如“電子平板”模式、“測記法”模式、“編碼成圖法”模式等；５、應(yīng)能識(shí)別主要儀器設(shè)備(全站儀)的數(shù)據(jù)格式，能直接與這些設(shè)備進(jìn)行通信，并提供這些儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，以便與其他軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。６、成果的輸出應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、美觀并符合規(guī)范要求。四、地圖圖形的描述：一切地圖圖形都可以分解為點(diǎn)、線、面三種圖形要素。數(shù)字測圖必須采集的繪圖信息就是點(diǎn)的三類信息：

(1)點(diǎn)的定位信息：（即點(diǎn)的三維坐標(biāo)）

(2)點(diǎn)的屬性信息：告訴計(jì)算機(jī)這個(gè)點(diǎn)是什么點(diǎn)（地物點(diǎn)，還是地貌點(diǎn)，…）；

(3)點(diǎn)的連接關(guān)系：與哪個(gè)點(diǎn)相連，連實(shí)線或虛線，從而得到相應(yīng)的地物。在外業(yè)測量時(shí)，將上述信息記錄存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件處理（自動(dòng)識(shí)別、檢索、連接、調(diào)用圖式符號(hào)等），最后得到地形圖。一幅圖的各種圖形都是以數(shù)字形式來存儲(chǔ)。根據(jù)用戶的需要，可以輸出不同比例尺和不同圖幅大小的地形圖。除基本地形圖外，還可輸出各種專題地圖，例如交通圖、水系圖、管線圖、地藉圖、資源分布圖等。五、地圖圖形的數(shù)據(jù)格式1、矢量數(shù)據(jù)：圖形的離散點(diǎn)坐標(biāo)（X,Y）的有序集合，它以X、Y坐標(biāo)來精確地表示點(diǎn)位，能精確地定義位置、長度、大小等。它由野外采集的數(shù)據(jù)，解析測圖儀獲得的數(shù)據(jù)，手扶跟蹤數(shù)字化儀采集的數(shù)據(jù)。2、柵格數(shù)據(jù)：它是像元陣列結(jié)構(gòu)(網(wǎng)格的最小單元稱像元或像素)，每一像元的位置由行號(hào)和列號(hào)確定，其精度取決于像元的大小，它由掃描儀和遙感獲得的數(shù)據(jù)。①矢量數(shù)據(jù)特點(diǎn)：現(xiàn)實(shí)可行、方便；精確度高，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，數(shù)據(jù)量小，顯示、輸出的圖形精確美觀。此外，相互連接的線形網(wǎng)絡(luò)和多邊形網(wǎng)絡(luò)的生成和處理，只有矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式才能進(jìn)行，有利于網(wǎng)絡(luò)(如交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，上水、下水管網(wǎng)等)的分析等。②柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，但圖形數(shù)據(jù)量大；其空間數(shù)據(jù)的疊置和組合十分簡便，一些空間分析也易于進(jìn)行；圖像表現(xiàn)比較真切，易于與遙感數(shù)據(jù)匹配應(yīng)用和分析。因此在GIS中，它與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并用。在數(shù)字測圖中，對(duì)原圖(矢量圖)掃描數(shù)字化，獲得柵格圖形數(shù)據(jù)后，還必須將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)，而至今柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量圖的效率還較低，一些技術(shù)問題的解決尚不盡人意，由于掃描數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后，還要通過屏幕人機(jī)交互，做矢量轉(zhuǎn)換及屏幕數(shù)字化的工作，所以又稱為掃描屏幕數(shù)字化。盡管掃描屏幕數(shù)字化目前尚未完全成熟，但它意味著高速高效及勞動(dòng)強(qiáng)度較輕，所以它還是原圖數(shù)字化的發(fā)展方向。隨著掃描矢量化軟件的不斷完善，掃描屏幕數(shù)字化的方法將因優(yōu)于手扶數(shù)字化而得到廣泛的應(yīng)用。六、數(shù)字化測圖需要解決的問題1、使采集的圖形信息和屬性信息為計(jì)算機(jī)所識(shí)別；2、由計(jì)算機(jī)按照一定的要求對(duì)這些信息進(jìn)行一系列的處理；3、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形；4、按照一定的要求自動(dòng)實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的應(yīng)用問題。第二節(jié)數(shù)字測圖的作業(yè)過程數(shù)字測圖包括以下三個(gè)基本階段：數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)輸出數(shù)字化測圖的基本作業(yè)過程(1)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集方法有：①攝影測量法②對(duì)現(xiàn)有地圖進(jìn)行數(shù)字化法③野外地面測量法(2)數(shù)據(jù)處理在數(shù)據(jù)采集到成果輸出之間要進(jìn)行的各種處理(3)成果輸出生成的圖形文件存貯在磁盤上通過自動(dòng)繪圖儀打印出紙質(zhì)地圖一、數(shù)據(jù)采集1、野外測量數(shù)據(jù)采集：使用測量儀器直接在野外進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。2、原圖數(shù)字化采集：充分利用已有的測繪成果，可以利用原圖在室內(nèi)采集數(shù)據(jù)。3、航片數(shù)字采集1、野外測量數(shù)據(jù)采集：根據(jù)使用的儀器的不同分為：（1）大地測量儀器法：用全站儀或測距儀、經(jīng)緯儀等大地測量儀器實(shí)現(xiàn)野外碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。（2)GPS接收機(jī)采集法：通過GPS接收機(jī)采集野外碎部點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)。2、原圖數(shù)字化采集方法：（1）用數(shù)字化儀采集：可對(duì)原圖的地形特征點(diǎn)逐點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)曲線采用手扶跟蹤數(shù)字化，此法得到的數(shù)字化圖的精度一般低于原圖，加上使用數(shù)字化儀數(shù)字化時(shí)，作業(yè)員的眼睛易疲勞，效率低，這種數(shù)字化法逐漸被掃描矢量化取代。（2）用掃描儀數(shù)字化：儀器沿x方向掃描，沿y方向走紙，圖在掃描儀上走一遍，就將圖形數(shù)字化。（掃描儀獲得的是柵格數(shù)據(jù)）3、航片數(shù)據(jù)采集：利用測區(qū)的航空攝影測量獲得的立體像對(duì)，在解析測圖儀上或在經(jīng)過改裝的立體量測儀上采集地形特征點(diǎn)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信息。二、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理包括：（1）數(shù)據(jù)傳輸（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理（3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（4）數(shù)據(jù)計(jì)算（5）圖形生成（6）圖形編輯與整飾（7）圖形信息的管理與應(yīng)用數(shù)據(jù)預(yù)處理：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、各種數(shù)據(jù)資料的匹配、測圖比例尺的統(tǒng)一、不同結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：將野外采集的帶簡碼的數(shù)據(jù)文件或無碼數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為帶簡碼的數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)計(jì)算：地貌關(guān)系進(jìn)行插值模型建立，插值計(jì)算，等高線光滑處理數(shù)據(jù)處理還包括：對(duì)“原始”圖形進(jìn)行修改、編輯、整理、加漢字注記、填充各種面狀地物符號(hào)、測區(qū)圖形拼接、圖形分幅、圖廓整飾等。對(duì)圖形信息的全息保存、管理、使用。三、成果輸出磁盤、磁帶（作為永久性保存）轉(zhuǎn)換為地理信息系統(tǒng)的圖形格式，建立GIS圖形數(shù)據(jù)庫第三節(jié)、數(shù)字測圖的作業(yè)模式數(shù)字測圖的作業(yè)模式有兩種：一、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(diǎn)的點(diǎn)位，用電子手簿（或ＰＣ卡）記錄測點(diǎn)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?jì)算機(jī)，經(jīng)人機(jī)交互編輯成圖。特點(diǎn)：測記式外業(yè)設(shè)備輕便，操作方便，野外作業(yè)時(shí)間短。由于是“盲式”作業(yè)，對(duì)于較復(fù)雜的地形，通常要繪制草圖。二、電子平板測繪模式：就是全站儀十便攜機(jī)十相應(yīng)測圖軟件，實(shí)施外業(yè)測圖的模式。這種模式將便攜機(jī)的屏幕模擬測板在野外直接測圖，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正測量錯(cuò)誤，外業(yè)工作完成，圖也就出來了，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外業(yè)一體化。

（能完成即測即顯）實(shí)際作業(yè)模式很多，目前我國數(shù)字測圖作業(yè)模式有：1、全站儀+電子手?。鹤鳂I(yè)自動(dòng)化程度高，地物屬性和連接關(guān)系的采集困難。2、普通經(jīng)緯儀+電子手?。簺]有條件購買全站儀的用戶，采用手工鍵入觀測數(shù)據(jù)到電子手薄，數(shù)據(jù)的可靠性及工作效率都存在一定的問題。3、平板儀測圖+數(shù)字化儀：數(shù)字地圖的精度較低，不能用于地籍管理等精度要求較高的工作。4、舊圖數(shù)字化成圖模式：先掃描得到柵格數(shù)據(jù)，再用掃描矢量化軟件將柵格圖形轉(zhuǎn)換成矢量圖形。5、測站電子平板測圖模式：現(xiàn)測現(xiàn)畫，對(duì)設(shè)備要求較高，起碼要求每個(gè)作業(yè)小組具備一臺(tái)便攜機(jī)，便攜機(jī)在野外易壞。6、鏡站遙控電子平板測圖模式：了解7、航測像片量測成圖模式：了解第四節(jié)

數(shù)字測圖特點(diǎn)

1、測圖作業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化2、測圖的精度高

3、測圖作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度小4、圖形實(shí)現(xiàn)數(shù)字化5、便于地形圖內(nèi)容的更新與修補(bǔ)

6、避免圖紙伸縮引起各種誤差

7、可以多種形式輸出成果8、便于成果的深加工利用

9、便于保存與管理10、易于發(fā)布和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸

11、可作為GIS的重要信息源一、測圖作業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化傳統(tǒng)測圖作業(yè)方式：野外落后的測量手段、復(fù)雜的測量程式、沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)、內(nèi)業(yè)大量低效的手工計(jì)算及作圖方式，導(dǎo)致所有過程基本上都由人工參與完成。數(shù)字測圖作業(yè)方式：手工作業(yè)向自動(dòng)化、系統(tǒng)化作業(yè)方向發(fā)展，數(shù)據(jù)采集、記錄、計(jì)算、處理、制圖有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化，整個(gè)作業(yè)過程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理，使內(nèi)外業(yè)界限不再明顯。二、測圖的精度高傳統(tǒng)的測圖技術(shù)：以光學(xué)儀器和視距測量方法為基礎(chǔ)，地物點(diǎn)平面位置的誤差受解析圖跟點(diǎn)的測量誤差、展繪誤差、測定地物點(diǎn)的視距誤差、方向誤差、地形圖上地物點(diǎn)的刺點(diǎn)誤差；控制測量采用從整體到局部、逐級(jí)布設(shè)的方式、等級(jí)和環(huán)節(jié)過多，成果造成一定的精度損失，限制了地形圖的精度數(shù)字測圖技術(shù)：采用內(nèi)外業(yè)一體化成圖模式，全部碎步點(diǎn)均用全站儀測量，避免了傳統(tǒng)測圖方法中影響地形圖精度的各種環(huán)節(jié)，控制層次也相對(duì)減少，數(shù)字測圖的精度明顯高于白紙測圖三、測圖作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度小傳統(tǒng)測圖作業(yè)：地形原圖在野外繪制，工作繁瑣、效率低、費(fèi)時(shí)費(fèi)力。數(shù)字測圖作業(yè)：用全站儀觀測碎部點(diǎn)時(shí)，觀測范圍受視距的限制較小，碎部點(diǎn)觀測可以在很大范圍內(nèi)進(jìn)行，減少了搬站工作量，電子測量儀器配合電子記錄手薄使用，省去記錄工作，快捷、方便、準(zhǔn)確，在不同程度上減輕了測繪工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。四、圖形實(shí)現(xiàn)數(shù)字化數(shù)字地圖存儲(chǔ)了具有特定含義的數(shù)字、文字、符號(hào)等各類數(shù)據(jù)信息，可方便地傳輸、處理和供多用戶共享。數(shù)字圖形可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)提取點(diǎn)位坐標(biāo)、兩點(diǎn)距離、方位以及地塊面積，供工程、規(guī)劃、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和地理信息系統(tǒng)建庫使用。

數(shù)字地形圖的管理節(jié)省空間，操作方便。五、便于地形圖內(nèi)容的更新與修補(bǔ)數(shù)字測圖軟件具有“圖形編輯”功能，如：增加、刪除、修改等，其調(diào)用、顯示和進(jìn)行圖形處理都十分方便，并且這些功能能滿足地形圖修測和補(bǔ)測的要求。修改方法：只要輸入變化信息的坐標(biāo)、代碼，進(jìn)過編輯處理，很快得到更新圖形，可以確保成果的可靠性和現(xiàn)勢性。六、避免圖紙伸縮引起各種誤差紙質(zhì)圖紙：隨著時(shí)間的推移，會(huì)出現(xiàn)變形就會(huì)產(chǎn)生變形誤差