談數字化測圖的數據獲取

佟林

（遼寧省自然資源事務服務中心 遼寧 沈陽 110032）

數字化測圖指利用全站儀、GPS等測量儀器結合掌上電腦等記錄設備，在外業測量圖形時把空間坐標等信息以數字的形式記錄在存儲設備上，內業工作把數據輸入計算機，利用相應的成圖軟件編輯處理，成為數字地圖的測量成圖方式。GIS數據源，這里指的是GIS系統中的空間圖形數據獲取的來源，它主要有幾種類型：原有的數字化地圖，航空攝影測量數據，遙感圖像測量數據和野外測量數據。目前測繪技術的發展很快，電子信息技術在測繪領域得到廣泛應用[1]。

一、數據采集方式

1.全站儀采集方式

先設定測站點的三維坐標。設定后視點的坐標或設定后視方向的水平度盤讀數為其方位角。當設定后視點的坐標時，全站儀會自動計算后視方向的方位角，并設定后視方向的水平度盤讀數為其方位角。再設置棱鏡常數量，儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。照準目標棱鏡后，全站儀開始測距并計算顯示測點的三維坐標。

這種方式的優點是野外操作作業簡單方便，利用全站儀內存進行數據采集是一個可行有效的方法[2]。在減少人員和工序、提高效率等方面都有明顯的優勢；數據的安全可靠性有了很大的提高，也提高了外業采集數據的速度，不需要帶外業記錄手簿，不需要每站的電纜連接，能夠節省人力物力。但缺點是由于全站儀的微處理器程序簡單，存儲的坐標信息單一，不夠靈活，需要繪制草圖輔助內業成圖。

2.GPS數據采集方式

利用GPS接收機配合相應的記錄設備和軟件進行快速靜態、動態測量也可以進行空間數據的采集。

綜合考慮系統的數據量與作業效率，動態GPS測量無疑是最適合的作業方式。動態GPS測量一般包括3種方式：單機定位、事后差分、實時差分（RTD）與實時動態（RTK）定位。本文介紹實時差分（RTD）與實時動態（RTK）定位的方式，此方式對接收機的要求相對較高，一方面需要接收機對RTD/RTK功能的支持，另一方面需要額外的數據鏈設備。RTD的精度與事后差分的精度相當，RTK的精度可以達到厘米級。二者在作業時都需要基準站，其最大優點在于實時性，可以在野外得到定位結果乃至成圖。數據鏈對環境的要求是限制其應用的主要因素，RTD/RTK適用于實時性要求較高或工期要求較緊的應用。其中RTK更適用于大比例尺成圖的應用。

二、數字化測圖簡介

數字化測圖不同于模擬法測圖，數字化測圖具有其自身的特點，下面從數字化測圖的外業工作、內業工作、測量成果表現形式和質量評價方面進行詳細分析。

1.數字化測圖外業工作的特點

（1）自動化程度高

模擬法測圖在外業基本完成地形圖的繪制，外業工作內容較多，手工記錄，手工計算，自動化程度低，勞動強度大。數字化測圖在外業主要完成數據的采集，繪圖工作主要在內業繪圖軟件完成，數字化測圖采用先進的電子儀器，自動記錄，自動計算，自動存貯，自動化程度高，勞動強度較小。

（2）作業周期短

模擬法測圖必須嚴格遵循“先控制后碎部”的原則。數字化測圖則允許圖根控制測量，即采用“一步測量法”，即使在未知點上設站也可以采用“自由設站”方法，利用電子手簿的計算功能進行測圖工作。這樣便于同時大面積展開測圖工作，縮短作業周期。

（3）測站覆蓋范圍大

數字化測圖采用全站儀，能自動地同時測定角度和邊長，所以一般用“極坐標法”測定地形碎部點。由于全站儀具有很高的測距精度，因此在通視良好、定向邊較長的情況下，可以放寬測站點到碎部點間的距離，擴大測站點的覆蓋范圍。模擬法測圖由于受到測距精度和成圖方法的限制，測站點的測量范圍較小。

（4）工作范圍易于劃分

模擬法測圖是以圖板為工具，以圖幅為單元進行組織測量。數字化測圖的外業而是以自然界線（河流、道路等）來劃分作業組的工作范圍。這樣便可自然地組織施測工作，更為重要的是可以減少地物接邊問題帶來的麻煩。

（5）對測點依賴性強

模擬法測圖的外業工作可以較多地溶入人的經驗，例如線狀地物的轉折和地形起伏方面，可以利用人的觀察和判斷來減少碎部點個數。數字化測圖則不然，它完全依賴所觀測的點數。因此，一般情況下，數字化測圖比常規測圖需要較多的觀測點數和較好的點位分布。

（6）對記錄要求高

數字化測圖所獲得的有關地物、地貌的數字信息，無法顯示圖形信息及其相互關系，直觀性較差；對于一些有關實體的屬性（如地理名稱、房屋結構與用途等）也無法在野外注記。因此，碎部點記錄要準確記錄觀測點點號、連線關系與地物屬性信息。在復雜測區，通常采用野外繪制草圖和地物屬性注記的方法來進行內業注記和圖形及相對關系的檢查。

（7）測量精度高

數字化測圖一般采用全站儀或電子速測儀進行碎部點數據采集，由于采用光電測距技術，距離測量精度高，因此碎部點測量具有較高的精度。模擬法測圖采用視距測量的方法測量距離，由于視距測量的精度只有1／300，不僅影響測站測量覆蓋的范圍，而且碎部點的測量精度較低。

2.數字化測圖內業工作的特點

數字化測圖內業工作主要依靠計算機及成圖軟件，其內業工作與模擬法測圖方法相比也有其顯著的特點。

（1）成圖周期短

數字化測圖在內業工作中充分利用現代技術手段，利用計算機和地形圖成圖軟件對野外測量采集的數據與地形信息進行處理，提高了內業成圖的速度，縮短了成圖周期。模擬法測圖的內業工作主要是利用三角尺、圓規等工具，手工對外業繪制的白紙圖進行清繪、整飾、拼接，相對數字化測圖，內業處理速度較慢，勞動強度高。

（2）成圖規范化

數字化測圖的內業處理使用的繪圖軟件，能夠使繪制的地形圖的點、線、符號、文字注記等規范美觀，符合國家地形圖的成圖規范。模擬法測圖內業處理是手工繪制地形圖的點、線、符號，及文字注記，顯然線條難以均勻，繪制的符號難以規范，文字注記即手寫字體更難以規范化。

（2）成圖精度高

數字化測圖的內業處理是依據外業測量的點位信息和地形的屬性信息進行圖形的編輯，可以利用軟件的功能對量取的幾何圖形進行精確的繪制，精度上無損失，成圖的精度高。模擬法測圖的內業處理，不僅難以做到點、線、符號和文字注記等地形圖圖面信息的規范化，而且會造成點位精度的損失，降低地形圖的質量。

（4）分幅、接邊方便

內業數字化測圖首先進行圖形編輯，將編輯好的圖形按坐標拼接一體，然后可以根據國家地形圖分幅標準統一分幅，這種方法分幅方便、規范，精度高。模擬法測圖一般是先分幅，然后逐幅測量，圖幅接邊不方便，相對數字化測圖精度低，尤其白紙測圖更不方便。

（5）易于修改和更新

數字化測圖內業處理是將處理結果儲存在計算機內存上，對圖形編輯中出現的問題易于修改和更新。模擬法測圖方法的內業處理結果體現在圖紙上，發現錯誤必須擦掉，重新繪制，修改很不方便。

（6）對外業記錄依賴性強

數字化測圖的內業處理是根據外業測量的地形信息進行圖形編輯、地物定性。如果外業采集的地形信息不全面，內業編輯時就得分析地形、地貌，邊繪圖、邊注記，內業只進行定位處理。因此，數字化測圖內業完成后，一般要輸出到圖紙上，到野外檢查、核對。模擬法測圖是在外業完成地形圖的繪制，繪圖員可以邊地物定位邊定性，模擬法測圖的內業處理只是在外業成圖的基礎上進行整飾、清繪，技術要求相對較低。

3.數字化測圖成果形式的特點

數字化測圖的成果是數字地圖，它是用數字形式（而不是在紙上或其它介質上以圖解形式）存貯全部地圖信息的“地圖”。它是用數字形式描述地圖要素的屬性、定位和關系信息的數據集合，是存貯在具有直接存取性能介質上的關聯數據文件。數字化測圖與模擬法測圖相比，從測量成果的形式和應用上也有明顯的差異，經對比分析有如下特點：

（1）信息的載體不同

數字化測圖的成果即數字地圖的載體不是紙張，而是適合于計算機存取的磁帶、磁盤和光盤；數字地圖永不變形。模擬法測圖的成果體現在白紙或聚脂薄膜上，存在圖紙變形等問題。

（2）信息的表達形式不同

數字地圖不像傳統地圖那樣以線劃、顏色、符號、注記來表示地物類別和地形信息，而是以一定的計算機可識別的數字代碼系統來反映地表各類地理屬性特征。

（3）比例尺概念的內涵不同

數字地圖所記錄的地表地理信息，雖往往能滿足一定的地圖投影關系，并經過一定的制圖綜合處理可以得到所需大小的地形圖，但沒有比例尺的限定。而白紙圖的比例尺是固定的，信息綜合處理和比例尺更改不方便。

（4）信息管理方式不同

數字地圖的地圖要素實現了分層管理，地圖信息顏色豐富、層次分明，為工程使用與設計提供了方便。而白紙圖是白紙黑字，所有信息在一個層面上，無法分層管理，使用不方便。

（5）信息的使用手段不同

數字地圖的使用必須借助于計算機及其配套的外部設備，而白紙圖只能借助于圖紙與常規計算工具。

（6）信息的使用范圍不同

數字地圖不僅要滿足工程建設的規劃、設計，而且是GIS數據庫信息的重要來源，是國民經濟各行業智能化管理的基礎信息。而要想使白紙圖滿足GIS應用的需要，必須進行數字化處理。

（7）應用時精度無損失

數字地圖的使用必須借助于計算機及其配套的外部設備，在使用上精度無損失；而白紙圖需要使用圓規和三角板在圖紙上量取點的坐標、直線的長度、區域的面積，由于存在量取誤差，造成地形圖精度有損失。

（8）便于傳輸與共享

數字地形圖實現了數字化，數字化測圖的地形圖信息易于保存、復制、傳輸與共享；而白紙圖復制困難，無法實現信息的傳輸與共享。

可見，數字化測圖無論在外業數據采集、內業編輯成圖，還是在測量成果的表現形式上，都與模擬法測圖有較大不同。數字地圖改變了人們對地圖本質、地圖功能、成圖方法以及成圖工藝等諸多方面的認識，為地圖制圖領域帶來了新的生機。

三、數字測圖數據源與其他GIS數據源的比較

1.地圖掃描矢量化

按照地圖數字化的方式又分為手扶跟蹤式地圖數字化和自動掃描地圖數字化兩種。

手扶跟蹤式地圖數字化是指對已有地形圖借助數字化儀，用手扶跟蹤的方法對地圖要素的特征點逐個進行采集的方法。一般數字化板的分辨率可以達到0.123mm，手扶跟蹤精度一般在0.15mm左右，輸入時如果采用薄膜底圖則與圖紙伸縮率相比較小，對精度影響不大，

自動掃描地圖數字化，是利用掃描儀根據圖紙情況確定范圍（圖紙的長和寬）、色度類型值（二值、灰度和彩色）、亮度和對比度、分辨率后對地圖進行掃描獲取柵格形式的數字化地圖，然后利用適當的矢量化軟件從中提取必要的矢量化的空間數據信息。這種方法與手扶跟蹤式地圖數字化方法相比，成圖的速度與精度都有所提高，因為它可以對掃描獲取的柵格數據進行糾正、定向，使用的數字化軟件自動化程度高。

2.航空攝影數字化成圖

是利用航空像片解析為GIS圖形數據的方法，也是傳統地圖制圖的主要手段。目前，大多數測繪工作者都采用航測數字化成圖的方法獲取數字化成圖，它的優勢在于成圖速度快，現勢性好，精度高，省錢省力。更重要的是可以獲取三維空間數據，是以后數字化成圖發展的方向。

它的成圖方法與手段是對航片進行掃描，獲取*.tif文件，通過外業控制測量、內業加密、建立立體模型，在全數字攝影測量工作站上對地物、地貌全方位的三維立體采集。再進行外業調繪，內業編輯，提供最終的GIS圖形數據。

3.遙感圖像

遙感圖像是以衛星遙感得到的地面影像作為數據源。由于衛星遙感觀測范圍大，重復周期短，可以取得現勢性很高的地面數字圖像。但這種數字圖像也是柵格圖像，要獲得GIS常用的矢量圖形也需要進行轉化處理，或是直接以柵格數據與其他的矢量數據源進行疊加運用。目前只能作為區域GIS 的數據源。

4.全野外數字化測圖成果

全野外數字化測圖是專業測繪單位目前經常使用的主要方法，它利用全站儀、GPS接收機、掌上電腦和筆記本電腦等設備直接在野外采集各種控制成果、地物、地形的特征點等，以編碼加坐標的形式記錄，經編輯處理直接生成GIS空間數據，取代了平板儀等常規儀器的模擬測圖方式。這種方法精度高、速度快，尤其適用于大比例尺地圖測量及各種工程測量或局部修測等，

四、結語

隨著地理信息系統應用的普及，對數據源的要求越來越廣泛，對數據源的精度和實效性要求也越來越高。而數字化測圖技術的不斷提高，其空間圖形數據采集的效率越來越高，和GIS的接口技術也趨于完善，數字化測圖必然會在GIS數據源中占有重要的地位。