數字化測圖技術在水利工程測量中的發展及精度分析思考

【摘 要】文章介紹了數字化測圖的原理和數字化地形圖成果的優點，概述了數字地圖在水利工程測量工作中的發展進程，并對數字化測圖的精度進行了分析，展望了今后數字化測圖的發展方向。

【關鍵詞】數字化測圖技術；原理；發展；精度分析

隨著現代科技的發展以及計算機輔助設施AutoCAD技術的廣泛應用，數字化測圖技術也在不斷地發展，有關圖的概念也發生了深刻的變化，數字測圖的成果已不僅僅僅是一張白紙圖，數字技術賦予地形圖更豐富內涵，它是有關地形的空間信息組合，以計算機硬盤、軟盤等為存貯介質，以圖形文件的形式提交給設計人員。

1.數字化測圖的基本原理及優點

（1）數字化測圖是以傳統的白紙測圖原理為基礎，以全站儀、計算機及外圍設備為工具，采用數字庫技術和圖形處理方法，實現一套野外數據采集到內業制圖的全過程的自動化測量制圖系統，稱為數字化測圖系統。它的實質是解析測圖，它實現了將圖形的模擬量（地面模型）轉化為數字量，經計算機對數字量進行處理，得到內容豐富的電子地圖。

（2）在傳統的白紙測圖方法中，地面點平面位置的誤差主要受圖根點的展繪誤差、測定地物點的視距誤差、測定地物點的方向誤差、地形圖上的地物點的刺點誤差以及清繪誤差等綜合因素的影響，而在數字測圖中，全站儀強制照準棱鏡，測量數據自動記錄到手簿或全站儀內部存儲器中，展點又是計算機自動展點，所以圖根點的展繪誤差與地物點的展繪誤差可忽略不計，其余各項誤差也比普通經緯儀測圖時大大減小，所以點位精度非常高，經過實踐表明，數字化測圖很容易達到《水利水電工程測量規范》規定的點位誤差小于圖上0.2mm的精度指標。同時數字地圖容易存貯，是地理信息系統（GIS）的重要信息來源。另外數字化測圖還大大提高了工作效率，縮短了成圖的周期。經實踐表明：一個作業組在正常情況下用白紙測圖的方法一個工作日能測量200個地形點，而采用數字化測圖的方法則可以測量400個地物點以上，工作效率提高1倍。

2.數字地圖在水利工程測量工作中的發展進程

2.1利用Mapscan微機地圖掃描矢量化系統軟件掃描矢量化原地形圖

利用Mapscan軟件首先將地形原圖用掃描儀掃成柵格圖像，然后再對柵格圖像進行旋轉校準，矢量化、編輯、整飾，最終得到數字化地形圖。換句話說，這就是計算機上進行的一次描圖工作。由于地形圖原圖在被掃描生成*.CAL影像文件的過程中會有一定的偏移和旋轉，在數字化的第一步就要對影像文件進行旋轉和校準，在這一過程中關于旋轉基準點及校準基準點的拾取過程中，操作人員會產生一定的誤差，同時在矢量化地形、地物的過程中同樣有人為因素的影響。所以說，以這種方式形成的數字化地圖的精度比后來內外業一體化所測繪的數字化地圖精度偏低。但它的優點就是利用了原有的圖紙，它是原有測繪成果向數字化成果轉換的必經之路。

2.2利用南方CASS4.0地形成圖軟件實現內外業一體化測繪數字化地形圖

南方公司CASS4.0測量成圖軟件，采用的作業模式為全站儀+電子手簿野外采用數據，利用軟件完成對電子地圖的編輯與輸出，是真正意義上的數字上化測圖。

在數字測圖系統中，計算機要處理幾何數據（測站坐標）、屬性數據以及點與點之間的拓樸關系。而屬性數據的拓樸關系是很難像幾何數據那樣直接用數字來描述的，所以必須按一定的規則構成一些符號（串）來表示它們，這種用來表示地物屬性和連接關系的符號（串）就是CASS4.0軟件中所稱的編碼。

野外采集數據分為有碼作業和無碼作業。兩種作業方式比較而言，有碼作業方式自動化程度高，內業工作量小，但外業工作中，觀測量在測站每點都要輸入編碼，同時還要考慮點與點之間的連接關系，所以外業速度慢。無碼作業方式直觀、可靠，提高了外業速度，但是內業工作量稍有增加，自動化程度略有降低。由于兩種數據采集的方式各有利弊，所以在實際工作中會根據實際情況選取不同的作業方式。在地形、地貌簡單，開闊的地區，利用有碼作業方式，連接各地性線之間的關系，簡化內業的編輯修改量；在地物繁多、地貌特殊的測區，必須勾繪草圖，采用無碼作業方式，記錄清楚每個點的屬性及連接關系，內業對測點進行編輯成圖。

2.3利用捷創力600全站儀自定義用戶程序實現野外數據采集

捷創力600全站儀具有一個內部存儲器，用來存儲原始數據、點信息，存儲空間完全是自我管理而不需要連接外部控制設備，存儲文件分區域（Area）文件和工作（Job）文件。根據野外測圖時所要記錄的信息，在全站儀上自定義用戶程序P2為測圖時使用的程序。

利用這個程序便可以在野外采集數據，并利用全站儀上P54程序完成工作文件從全站儀內存傳輸到計算機的工作。

全站儀采集數據與南方電子手簿采集數據相比，優點在于它是利用內存記錄數據，有著多層保護，具有較高的安全性，不會像手簿有時由于低電而造成數據丟失。缺點是輸入地物編碼時，在全站儀鍵盤上切換至ASCII碼狀態，比電子手簿輸入編碼繁瑣。

2.4 RTK實時動態定位測量技術在數字化測圖中的應用

RTK（Real-Time Kinematics）實時動態定位測量技術是GPS定位技術的又一重大突破，它使GPS定位技術向更深、更新、更廣的方面發展，它可以在幾秒鐘內獲得厘米級的三維坐標。它是由1臺基準站、1臺或多臺流動站、數據傳輸電臺以及軟件系統組成。PTK技術的出現突破了常規的GPS控制測量工作領域，利用它能夠非常方便地進行放樣和定線；通過流動站控制器可以進行野外數據采集，打破了傳統的“先控制，后測圖”測量方式，工作效率大大提高。在懷柔應急備用水源工程1：2000地形圖測量、齋堂水庫庫區1：2000地形圖測量、馬草河1：500地形圖測量中，利用RTK技術進行數字化測圖工作，充分感受到先進技術所帶來的巨大生產力。

3.數字化測圖精度分析

數字化測圖將圖紙精度轉變為數字精度，采集的數據在后處理上不會有什么問題，其精度主要受儀器本身的精度以及一些外界因素的影響。點位的觀測精度的誤差來源主要有：

3.1控制點的誤差影響ma

3.2儀器本身的誤差影響mb

此項誤差主要受測角中誤差mo與測距誤差ms的影響。假設測站點為A1，定向點為A2，待測點為A3，坐標分別為（x1，y1）、（x2，y2）、（x3，y3），天頂距為L，距離為S，觀測角為α，根據坐標計算公式有：

x3=x1+S×sinL×cosα （1）

y3=y1+S×sinL×sinα （2）

3.3儀器對中誤差的影響mc

在實際測量中，由于全站儀精確對中，其對點誤差能達到1mm，其影響可減少到忽略不計。

3.4棱鏡偏移誤差的影響md

棱鏡偏移誤差是影響觀測點位精度的主要因素，當棱鏡置于待測點時，儀器并沒有真正瞄準待測點，會產生左右偏移和前后偏移對觀測精度的影響，如果待測點距全站儀很近時，產生的誤差就越大。

由以上誤差分析可知，點位的觀測精度主要受控制點的精度、儀器本身的誤差和棱鏡偏移誤差的影響。

所以在外業測繪時，為了提高野外數字化測繪圖精度，減少棱鏡偏移誤差的影響，應盡量使棱鏡立到點位與跟蹤桿立直，避免由于傾斜而帶來的誤差影響。

4.結語

數字化測圖技術在北京市水利規劃設計研究院已經走過了從無到有以至多種方式并存的過程，在科技飛速發展的今天，傳統意義的工程測量已發生了巨大的變革。新儀器、新技術的應用，使測量行業具有了更高的科技含量，同時對測繪人員綜合素質的要求也越來越高。

【參考文獻】

[1]李青岳主編.工程測量學.北京：測繪出版社，1995.

[2]地形圖數字化規范，GB/T17160—1997.

[3]水利水電工程測量規范（規劃設計階段），SL197—97.