內外業一體數字化測圖在土地整理項目中的應運與研究

摘要：數字化測繪是測繪技術的重大革新，內外業一體作業極大地縮短了成圖周期，具有精度高，作業靈活等特點。土地整理是近年來的一項重要測繪工程，本文結合實際工作，對數字化測繪作業提出一些見解和經驗。

關鍵字：數字化 內外業一體 土地整理 GPS RTK 數字編輯

數字化測圖主要是指地面數字測圖、航測數字測圖、計算機地圖制圖。在實際工作中，大比例尺數字化測圖主要指野外實地測量即地面數字測圖，也稱野外數字化測圖。土地整理需要大比例尺地形圖作為設計底圖，數字化測圖有以下幾個主要步驟。

一、控制部分

控制測量是測圖的基礎環節，平面控制測量按GPS D級點的精度要求施測。埋石點可以在堅固的水泥地面打鋼釘為標志，這樣埋石與GPS靜態觀測同步進行。每個點觀測大于或等于1.6個時段，每個時段長度大于等于一個小時。相鄰點基線連接后，再聯測高一級GPS控制點或三角點2到3個，如果儀器數量足夠，可以同時進行，縮短了觀測時段。如有n個觀測點，每點的設站次數為m，觀測的儀器數為N，則所需觀測時段總數為n*m/N。觀測數據經專業軟件下載，由GPS處理軟件解算。經基線解算、無約束平差滿足限差要求后，引入一個已知參照系下的平面坐標成果（80西安坐標），即約束平差，最后解算得到控制點的平面坐標。高程控制測量采用四等水準施測，土地整理對地形高程精度要求較高，地形點高程按1︰500地形圖的精度要求施測，測注至0.01米。

二、測圖具體實施

1. GPS RTK 測圖法

RTK測圖中，一人一臺GPS流動站作業，基準站架設在地形至高點或房頂上，較高的地形位置有利于GPS的信號接收，流動站接收來自基準站的差分改正數據，所以制高點架設基準站更有利于改正信號的播發，流動站在與基準站連接后，還需要加入所在測區的2套坐標，即WGS84參照系下的經緯度大地坐標成果，另一套80西安平面直角坐標，加入兩套坐標進行坐標轉換參數的求解，解算殘差小于1cm的情況下，即可用于測圖。如果基準站架設在未知點，還需要作點校正。南方公司的GPS可以在未知點架站，這樣靈活架站，方便測圖。TRIMBLE公司生產R8系列GPS接收機，基準站必須架設在已知點上，基準站啟動后，還需輸入測站的80坐標與WGS84大地坐標作點校正。流動站在基準站播發改正信號的有效范圍內可以正常作業，RTK測繪大比例尺地形圖，單人作業，邊采集邊繪草圖，田地中的地物，如田埂，水渠拐角，電桿等，采集一個地物點只需3秒，效率非常高。流動站不僅需與GPS衛星同步觀測，還不間斷接收基準站發出的觀測改正數據，所以在大樹下，高大建筑物旁影響RTK的正常作業，這種時候可以離開采集點1到2米，內業編輯將點位按偏移距離改正回去。RTK測定地物點碎部點速度快，流動站有海量數據存儲能力，配有可充電備用電池，單機作業有非常高的優越性?，F在用的流動站，接收機在手持桿的頂部，手簿操控作業及碎部點的編輯存儲，手簿與接收機之間通過藍牙連接，早期的RTK需要電纜連接，在樹林等地物密集處經常發生連接中斷的情況，現在的RTK作業精度高，省時，省力，勞動強度降低，作業效率成倍提高，現場繪制草圖便于內業的地圖編輯，但邊采集邊繪制草圖有時較忙碌，RTK采集碎部點時還可以輸入采集點的編碼，同類現狀地物的編碼可以很快識別。如采集道路中心，電桿等可以不繪制草圖，內業按編碼直接編輯，碎部點之間連接關系較雜亂時，繪制草圖可以清楚易讀，方便內業編輯。如采集地類界時，順路采集了別的地物點，田埂，田埂端點需一一對應連接，而編碼只能識別地物類型，相關地物連接關系不如草圖直觀，明了。野外采集數據時，通常的做法是草圖與編碼相結合，兩者各取所長。大大提高工作效率。

2. 全站儀極坐標測圖法

數字化測圖較多時候要用到全站儀施測，在GPS衛星信號不好的地區，用全站儀測繪，可以同樣完成測圖的工作。全站儀測圖需要有足夠的圖根點，采用導線或支導線的方法，靈活方便。土地整理在一個區域布設幾個首級控制點，但點的密度及通視性不能滿足全站儀測圖的要求，這時用RTK先做幾個兩兩通視的臨時性的圖根控制點，圖根點標志不需要做長期保存的標志，釘鋼釘或木樁，全站儀測完本區域后，就失去作用。一個全站組至少需要2人才能工作，打棱鏡的人同時繪碎部點草圖，點號隨時與觀測員保持聯絡，由于土地整理對地形點高程要求較高，所以全站儀測距不超500米。通視要求較為苛刻，只有在測站視野范圍內的區域測繪，看不到的地方可以支站，支導線邊數不超三條，以保障測圖精度。土地整理項目在農村，居民地只測外圍界線，主要測繪對象是田間地物，交通設施，水系設施，管線設施等。全站儀的傳統作業模式能較好進行，不受衛星信號的制約，布設了圖根點的地方就能施測，作業靈活。RTK測圖只能在基準站信號覆蓋范圍內，工作前先架基站，收測后及時收回基站，全站儀不受這些條件制約，經濟條件達不到的時候，全站儀測圖也是一種不錯的選擇。

內外業一體數字化測圖作業，外業完成了原始數據的采集，接下來的數據編輯則是數字化測圖的內業部分，地圖編輯根據外業采集的各類地物點繪制各類地物，根據外業草圖繪制各類地物要素，土地整理要求測繪大比例尺地形圖，編輯好地物要素的同時，植被符號按照外業草圖配置，外業采集的多為地物點，地形點較少，平整的地塊根據地角的高程點，加密地形點，達到每個方格網15個地形點的測圖要求。地形方面的要素主要是等高線的繪制，由外業采集的高程點自動生成。生成的等高線需要人工編輯，軟件自動生成等高線以一個較大的區域為單位，而不是以圖幅為單位生成。比如一個5平方公里的測圖區域為一個生成等高線的范圍。作業人員分片劃分測圖范圍，一般是線狀地物作為分界線，內業編輯好每個分區，拼接成總圖，總圖按標準圖幅劃分為若干幅1︰1000的地形圖，地形圖采用正方形分幅，規格為50×50cm，圖幅號采用項目名稱加流水號表示。居民點在內部標注村莊名稱，交通要素，各種等級的道路寬度，路面高程，路面材料要表示，公路等級和編碼，有名稱的需注記。水系要素是土地整理的表示重點，溝、渠應測注溝底、渠底的高程;池塘、河道應測注塘底、河道底的高程，河道每隔30米測注一個高程點，同時，要能反映塘、河的斷面形狀。溝渠的轉彎處必須測注一個高程，有鋪裝材料的溝渠需注記材料性質，水閘和涵洞要標注孔徑，或寬度及高度，注記在旁邊。各類管線詳盡表示，不能取舍，電力線區分高壓與低壓，并注電壓伏數。各類地物的圖層及顏色按CASS數字化成圖軟件的標準執行。內業編輯是數字化成圖的重要組成部分，整合所有的外業測繪資料及成果，控制點及高程引測點在圖上用相應符號展繪，內外業一體化測繪能夠做到內外業無縫銜接，編圖時發現的問題隨時反饋到外業，得到及時解決。如果是自測自編，對草圖及點位相關信息熟悉，內業編圖速度大大提高。地形圖的編輯還包括圖面及圖外的整飾，高程注記壓蓋地物及其他要素影響讀圖，需要調整注記的位置，使圖面清晰。等高線的合理性修改，是通過道路，溝渠的等高線需修剪等。圖面整飾直接影響地形圖的美觀及方便使用，一幅測制完好的地形圖是數學精度與整飾完美的和諧統一。

在數字化測量的過程中，碎部點的取舍和測量至關重要，不必要測過多的點位，測點太多，造成點位密集，后期內業編輯還得刪除，且有可能把一些不必要的點位包含在其中；當然也不能測點太少，測點太少則有可能沒有把握到該地形的基本要素，特征點位必須采集，其他的順帶就測了。某些重要的無法通視或衛星信號不好的觀測點，應當利用一定的位移來替代觀測或者需要通過舉高支桿來觀測，這樣的點非常重要，需要測繪人員在草圖上詳細注記。數字化測圖時，應當加強數據的檢驗和備份。特別是在測區遠離內業作業地點時，必須制定相關措施，保證外業數據的一致與完整。外業作業對數據進行采集時，對一些需要內業改正的數據，如點號錯位，高程需減的點，應在草圖上記錄，避免內業數據處理時產生問題。數字化測圖的外業任務分配，應盡可能利用當地環境中的自然分界作為劃分界線。例如在土地整理項目中，可利用道路、河流，溝渠等進行地形圖的測繪，這樣做既明確了各作業組的范圍，不致于測重或多測，又減少了內業編輯接邊的工作量。

內外業一體數字化測圖在土地整理方面的應用不斷加強，數字化測圖的高精度、高效率廣為人們接受，土地整理在農村地區，地勢平坦，高程精度要求較高，地物多，地形少，這些特點正好適合數字化作業，即大比例尺野外數字化測圖。丘陵山地或者地形凌亂的地區測圖時，對于不規則的地貌在測設中應盡量多測一些點，因為傳統白紙測圖時可由手工來更改或表述地形細節的變化，而計算機的模擬則無法做到真實并且全面的反映這些實際的地形。測繪面積是幾個平方或幾十平方的小測區，更加適合一體化數字測圖。這樣的小測區如果航測成圖，飛片成本高，還需要內業數字攝影測量，外業調繪，再內業數字編輯，生產周期長，花費大，內外業一體數字測圖能克服這些缺點。數字化測圖便于圖件的更新?，F代社會發展日新月異，人口密集的城鎮建筑物和生活設施以及交通設施在不斷的變化，采用數字化測圖能克服大比例尺白紙測圖連續更新的不便。實地房屋的改建擴建、地籍或房產的變更測繪，新增道路的補測，只須在原圖的數據上增刪，經過數據處理就能方便地做到更新和修改，始終保持圖面整體的可靠性和現勢性。數字化測圖可作為GIS的重要信息源，地理信息系統具有方便的信息查詢功能、空間分析功能以及輔助決策功能，在國民經濟、辦公自動化及人們日常生活中都有廣泛的應用。數字化測圖能及時地提供各類基礎數據，以更新GIS的數據庫。

21世紀是科學技術的世紀，是信息社會的世紀。隨著計算機技術的飛速發展，信息數字化時代以驚人的速度向我們走來，由此也產生了大量的新技術新方法。數字化成圖技術進步很大、發展很快，取得了顯著成績。充分利用GPS技術、數字化技術、攝影測量技術，讓測繪向智能化、自動化方向發展，把越來越多的新科技、新理論應用于測繪工程。

參考文獻：

[1] 朱洪禧.馬鄂吉.《測量學》.中國礦業大學出版社.

[2] 楊得麟.《大比例尺數字測圖的原理方法與應用》.清華大學出版社.

[3] 高井詳.楊世清.《數字化成圖原理與方法》.中國礦業大學出版社.

作者簡介：王志明，工程師；郭廣田，航測外業分院副院長；劉建軍，航測外業分院副院長。以上都長期從事測繪工作，有較強的理論與實際經驗。