大比例尺數字化測圖技術淺析

徐長宇

（內蒙古華地方圓設計研究有限責任公司，內蒙古 赤峰 024000）

大比例尺數字化測圖技術淺析

徐長宇

（內蒙古華地方圓設計研究有限責任公司，內蒙古 赤峰 024000）

隨著測繪科技的發展，大比例尺數字化測圖以其成圖精度高、成圖周期短、即用即測等特點被各測繪單位使用.本文結合野外畫草圖法對如何使用全站儀、RTK的數字化測圖技術進行簡要闡述.

大比例尺地形圖；數字化測圖；全站儀；RTK

科學技術的進步，信息化測量儀器（全站儀、GPS-RTK）的廣泛應用，以及計算機輔助制圖技術的迅猛發展，促進了地形測量的自動化、數字化.地形測量從模擬測圖變革為數字化測圖，測量的成果不僅是繪制在紙上的地形圖（模擬地圖），更重要的是以計算機為載體，提供可傳輸、處理、共享的數字地形圖.數字化測圖是一種全解析、機助測圖的方法，與模擬測圖相比，具有明顯優勢和廣闊的發展前景.

1 地形圖比例尺

通常把1：500、1：1000、1：2000和1：5000比例尺地形圖稱為大比例尺地形圖；1：1萬、1：2.5萬、1：5萬、1：10萬的圖稱為中比例尺地形圖；1：20萬、1：50萬、1：100萬的圖稱為小比例尺地形圖.

按照正常的分辨能力，人眼在圖上能分辨出的最小距離為0.1mm.因此，繪圖或者實地測繪時，最多只能達到圖上0.1mm的精度.我們把圖紙上.1mm長度所代表的實際水平距離稱為比例尺精度.例如要測繪1:1000的地形圖，其比例尺精度為0.1m，根據比例尺精度的定義可知，實際測圖時，距離精度只要達到0.1m就足夠了.因為若測得再精細，圖上也是表示不出來的.又如工程設計中，為了能反映地面上0.1m的精度，所選地形圖的比例尺就不能小于1:1000.（表1）

表1 地形圖比例尺精度

所以說，比例尺精度愈高，其表示的地形地貌就愈詳細，精度亦愈高，但其測繪工作量因此會成倍地增加.所以，采用何種比例尺，應根據實際的工程需要而定.

2 數字化測圖

數字化測圖（digital surveying and mapping,簡稱DSM）系統是以計算機為核心，在外連輸入輸出設備硬件、軟件的支持下，對地形空間數據進行采集、輸入、成圖、繪圖、輸出、管理的測繪系統.其基本思想是將采集的各種有關的地物和地貌信息轉化為數字形式，通過數據接口傳輸給計算機進行處理，得到內容豐富的電子地圖，需要時由計算機圖形輸出設備繪出地形圖或各類專題地圖.(工作流程見圖1)

圖1 數字化測圖工作流程

與傳統的測圖方法相比，數字化測圖有如下優點：

（1）自動化程度高.自動記錄、解算、處理和成圖，效率高、勞動強度小，錯誤幾率小，圖面規范、美觀.

（2）精度高.因為它是用全站儀或RTK來記錄關鍵點坐標，故其能直接體現外業測量精度，且應用時無精度損失.

（3）現實性強.對已經測繪完成的數字化地形圖可據地貌地物的變化情況及時補測與更新.

（4）適應性強.不固定比例尺，可根據需要在繪圖軟件上調繪出各種比例尺的數字化地形圖.

（5）以數據代碼反應各類地理屬性特征，以磁盤、光盤等為信息載體，便于傳輸和共享.

3 大比例尺數字化測圖

目前，測繪單位運用最多的大比例尺數字化測圖方法是全野外數據采集成圖法.一般分為外業數據采集并繪制草圖和內業數據處理與成圖兩個工作程序.

3.1 外業數據采集包括控制測量和地形特征點 (碎部點)采集

3.1.1 控制測量一般本著用戶使用方便、利于保護的思想，所選點位應避開高大建筑、視野開闊，遠離大功率無線電發射源，障礙物高度角小于15°，通視良好，相鄰點至少有兩點相互通視，且要求地基穩定.選好的點位應使用雙頻靜態接收機施測(標稱精度應≥5mm+2×10D)，同步靜態相對定位，每點觀測時段數≥2，觀測時段長度>60min，及時進行數據傳輸和基線處理.外業全部結束后，采用GPS后差分數據處理軟件對各基線進行基線預處理，進行約束平差，求出各GPS控制點的平面坐標.精度符合現行行業標準《全球定位系統城市測量技術規程》CJJ73—97的規定.各GPS控制點的高程數據要用三等或四等水準聯測，觀測時采用往返觀測，利用電子水準儀或電子手簿實地記錄，盡可能減少觀測記錄的中間環節.資料記錄真實可靠，很大程度避免了常規手工記錄所造成的差、錯、漏.用平差軟件計算平差，實施整網平差計算，求出各GPS控制點的高程值.

3.1.2 地形特征點(碎部點)采集的常用方法有：

(1)GPS法,即通過GPS接受機進行野外數據信息采集；

(2)航測法，即通過航空攝影測量和遙感手段采集地形點的信息數據；

(3)大地測量儀器法,即通過RTK、全站儀、測距儀、經緯儀等大地測量儀器實現野外數據采集.目前大比例尺數字化測圖主要使用全站儀與RTK采集野外數據.

建筑物密集、GPS信號易受干擾的地段多采用全站儀采集數據，建筑物稀少、地勢變化較大且GPS信號較好的地段多采用RTK采集數據.使用全站儀采集數據應對測區進行圖根點的加密，圖根點加密，可采用“輻射法”和“一步測量法”.輻射法就是在某一通視良好的等級控制上,按全圓方向觀測方式一次測定幾個圖根點,無須平差計算便可直接測出坐標.一步測量法就是將圖根導線與碎部測量同時作業，即在一個測站上，先測導線的數據,接著就測碎部點.這是一種少安置一輪儀器、少跑一輪路，大大提高外業工作效率的測量方法.

全站儀法一般需要1名觀測員、2名跑尺員和1名繪草圖員，也可以不用繪草圖人員，每組只需1名觀測員和幾名跑尺員，觀測員僅負責儀器操作，跑尺員負責現場跑點和畫草圖，內業繪圖由跑尺員完成，這樣既可以節省人力、提高室內繪圖效率，又可以減少一名組員，同時畫多名跑尺員的草圖容易出現錯誤.全站儀作業員進入測區后各司其職.觀測員、繪草圖員、跑尺員要密切配合、并勤于聯系.一般來講，施測的第一點選在某已知點上(全站儀中要事先輸入).測后從以下幾方面進行檢查：已知點、定向點的點號是否正確；坐標是否正確；所調用于檢查的已知點的點號、坐標是否有誤；儀器、設備是否存在故障等.繪草圖時必須把所測點的屬性顯示出來.草圖的繪制要遵循清晰、易讀、相對位置準確、比例一致的原則.在野外采集時，能測到的點要盡量測到,實在測不到的點可利用皮尺或鋼尺量距，利用內業繪圖軟件的間接量算功能生成這些點的坐標.在一個測站上所有的碎部點測完后，還要找一個已知點重測，以檢查施測過程中是否存在因誤操作、儀器碰動或出故障等原因造成的錯誤.檢查確定無誤后，才能關機、搬站,到下一測站進行施測.

3.2 內業數據處理與成圖

在野外數據采集工完畢后，要進行內業數據處理與成圖工作.有的測繪單位采用內外業一體工作方法，既白天進行野外數據采集，晚上即處理當天的數據，如處理不完則留在全部外業工作完畢后在集中處理內業；也有的測繪單位采取專職外業和專職內業的工作方式.大比例尺數字化測圖的內業工作一般應首先將存儲在全站儀或RTK中的野外數據傳輸到計算機上，然后對數據進行處理，使其滿足各類內業成圖軟件的格式需求.處理數據后打開內業成圖軟件，把處理好的數據展點號到軟件的操作界面，然后對照草圖先繪制房屋、道路等地物，繪制完地物后利用野外數據的高程信息繪制等高線.最后對已繪制好的地形圖進行修飾語分幅，現在有些地區的數字化地形圖為了使用方便不需要分幅，對于這類情況要根據用戶要求而定.

4 數字化測圖精度分析

數字化測圖已成為今后地形圖的主要生產方式，數字化地形圖是以數字形式貯存的,即以數字坐標表示地物和地貌點的空間位置,以數字代碼表示地形符號、說明注記和地理名稱注記.面對高度自動化的數字地圖與成圖過程,如何結合實際分析地物平面位置和高程的精度,是個重要的現實問題.以1∶500數字化測圖為例分析地物點精度,以大體了解和完善數字測圖質量.

4.1 平面精度

①圖根點

相對于圖根起算點的點位中誤差不得大于實地±5cm (圖上±0.1mm).

②地物點相對于鄰近圖根控制點的平面位置中誤差應≤±10cm.

③極坐標法測定的碎部點數占總點數的比例應大于80%,采用極坐標法進行數據采集時,每個測站上除了觀測一個后視已知點作為起始方向外,還須觀測另一已知點作為方向和距離的檢查值.

④極坐標法測定的地物點,角度施測半測回,距離單次測定,2c值不得大于20″,i值不得大于26″.

4.2 高程精度

平坦地區的高程注記點對于鄰近圖根控制點的高程中誤差不得超過7cm.一般高程注記點相對于鄰近圖根點的高程中誤差不得超過15cm.其余地區按等高線內插點相對于鄰近圖根點的高程中誤差來衡量,按地形類別劃分不得超過表2的規定.

表2 不同地形類別高程中誤差標準地形類別平坦地丘陵地山地高山地

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P231.5

A

1673-260X（2010）03-0138-02