全數字地形測圖技術的探討

鄭乃發

摘要:全數字地形測圖是在現代機助制圖技術支持下發展起來的高新測圖技術。隨著GPS、GIS等相關技術的發展,全數字地形測圖得到了迅速的發展和應用。全數字內外業一體化地形測圖,速度快,精度高,為經濟建設、城市發展提供了可靠的數據信息。

關鍵詞:大比例尺;全數字;地形測圖;城市測量

1 全數字地形測圖的基本原理

地形測量包括控制測量和地物、地貌測量兩大內容。傳統的平板儀測圖和經緯儀(或測距經緯儀)測圖通稱白紙測圖,它主要采用解析法和極坐標法,其成果為模擬式的圖解圖。由于其成圖周期長、精度低、勞動強度大等局限逐漸被淘汰。而全數字地形測圖順應現代測繪技術新潮流,利用先進的測量儀器(如GPS接收機、電子全站儀等)和自動化成圖軟件,采用各種靈活的定位方法進行的以數字信息表示地圖信息的測圖工作,它的成果為模型式的數字圖。具體講就是,以傳統的白紙測圖原理為基礎,采用數據庫技術和圖形及數字處理方法,實現地圖信息的獲取、變換、傳輸、識別、存貯、處理、顯示、編輯修改和計算機繪圖。與傳統白紙測圖相比,全數字地形測圖不僅僅是方法的改進,而是技術本質的飛躍。它主要有以下幾個特點:

打破了內外業的界線,從首級控制到最終成圖,實行一體化作業,并且大大減輕了室外作業的強度,縮短了成圖周期。

打破了分級布網、逐級控制的原則。一個測區可一次性整體布網、整體平差,控制網可以是任意混合,所需控制點數目比傳統白紙測圖大大減少,圖根控制的加密可與碎部測量同時進行。

碎部點的記錄要求具有特定的格式,這種格式能被數字測圖軟件所識別,能和數據庫的建立統一起來;碎部點測量時可較多地應用自由設站的方法建立測站點,確定碎部點坐標的方法除極坐標方法外,還可靈活采用方向交會法、距離交會法、直角偏距法、導線法、對稱點法等諸多方法,根據測區情況,可采用無碼作業和編碼作業。

碎部量測時不受圖幅邊界的限制,外業可不分幅作業,由內業成圖時自動進行分幅與接邊處理。

2 實施內外業一體化全數字地形測圖技術路線

城市地形測量工程規模較大,控制面積120m2,且成圖比例尺為1:1000的大比例尺,測區雖然地勢平坦,地貌并不復雜,但地處城區與郊區,地物種類齊全,分布繁雜。城區高層建筑物較多,微波塔架林立,高壓電網縱橫,商貿區與舊城區內房屋密布,道窄巷深,且多死胡同,近郊區群落居民地縱橫交錯?？紤]到以上特點,我們在技術上作了以下設計:

考慮到GPS的點位要求,首級控制網的相對獨立性、重要性以及今后的進一步應用,為保證精度,我們仍沿襲了分級布網的格局。首級基礎平面控制網采用GPS靜態相對定位方法布網,設計60個待定點,相對均勻地分布在120KM2的控制范圍內,下面布設Ⅰ、Ⅱ級電磁波測距導線。高程控制網以三個已知國家水準點組成三等水準網,作為測區首級高程控制,Ⅰ、Ⅱ級導線用四等水準聯測。

根據多年的應用開發經驗,我們選擇了廣州開思公司的“SCS多用途數字地籍測繪與管理系統”作為電子平板。該系統具有成圖方法多、自動化程度高、編輯方法快捷、圖形與數據(包括編碼及屬性信息)自由等價轉換等特點,經實踐證明,是一套十分優秀的自動測圖系統。

依據測區特點,結合SCS軟件的功能,經過具體的測圖實踐,我們選擇了外業無碼作業,在室內作引導文件,然后進入編輯的成圖方法,提高了工作效率。值得注意的是,外業采點不可能也沒必要點點俱到,利用野外采點的框架,輔以細部的丈量信息,然后直接按草圖編輯是以上方法的重要補充。

在數據的組織與管理上,向GIS靠攏,為以后建立UGIS(城市地理信息系統)打下了堅實基礎。按相關地類組織地物數據,分成10個大層,多邊形保持一個整體,等高線賦高程值,地物數據具有基本的屬性信息。另一方面,所有的線型、符號等宣傳符合最新的規 范、圖式要求。

3 全數字城市地形測量的幾點體會

將傳統的逐級控制方法與現代測量技術手段相結合,既保證了成果的高精度,又保證了作業的高速度。據統計,GPS首級控制點中誤差(80坐標系)最大為1.48cm(點位中誤差允許±5.0cm),Ⅰ、Ⅱ級導線最大測角中誤差4.23秒(108個點),四等水準網最弱點中誤差最大為1.673cm。經實地檢查,地形圖中相鄰地物點間距中誤差為0.09m,主要街道兩邊各地物點相對于鄰近圖根點的點位中誤差為0.18m。如此高精度是傳統測繪技術手段無法達到的。

即用即測,急用先測,邊測邊用,高科技成果即刻轉化為生產力,為城市規劃建設提供了科學可靠的保證。

先進的測量技術在諸多方面打破了傳統的觀念與局限,使整個作業流程方便快捷,作業人員得心應手。電子全站儀,操作簡便,觀測迅速,精度高,可自由設站,靈活采用多種方法求得碎部點坐標;作業人員根據各自的作業經驗,針對實地狀況,采用不同的作草圖方式,有詳有略,相形得益;作業小組可相對成片作業,內部不存在接邊問題;計算機制圖編輯,方便快捷,隨意操作,刪除改動,不留“痕跡”等等。

高科技數字產品在今后的應用、管理、更新、維護、交換以及資源共享等方面,具有無限的“生命力”,精度永遠保持不變,可謂“一勞永逸”,充分體現出一圖多用的優勢,避免了重復測繪,節約了資金。由于這項工程采用與國家平面與高程系統統一的基礎控制系統,1:1000的大比例尺具有足夠的表現粒度,因而其成果為以后的進一步應用打下了堅實的基礎。而且,可隨時更新,修改方便,隨著網絡技術的發展,可進行交換和共享,是一筆寶貴的技術、資源“財富”。

計算機輔助制圖,精度高、速度快、線劃飽滿流暢,可單色、可彩色,具有藝術美。

4 城市1:1000全數字地形圖進一步應用導向

100km2千分之一數字地形圖圖庫,是整個城市基本地表景觀的縮微。它提供了一個基礎框架,只要針對特殊的用途進行一些改動和轉換,或者輔補一些專題信息,那么它的應用前景就非常廣闊,本文就以下幾個方面,作一簡單的探討:

可以全自動地轉換為各種比例尺的地形圖,利用SCS的比例尺自動轉換功能,可以進行任意比例尺的轉換,可宏觀也可微觀,小到某個街區、某個單位甚至某個院落,大到整個測區。比例尺的變換不影響數學精度。

略加編輯,可以轉換為地籍用圖,SCS具有自動展點、自動量算、自動裁圖(宗地圖)等諸多功能。

略加編輯,輔助一些專題信息,可以轉換為房產地籍圖,可以自動計算各類建筑面積及展繪地下、地面管線網圖等。

通過縮編和渲染,可制成更小比例的全市(或某轄區)的平面掛圖、工商企業掛圖、中遠期規劃圖、交通旅游圖、文物古跡分布圖等等,不僅僅為示意圖,而且有可靠的精度保證。

是建立城市GIS及其它專題系統的基礎數據。這些成果圖不僅僅是電子地圖,而且還具有基本的屬性信息,是進入GIS的基礎數據,輔以專題性信息,可建立各種專題系統。