徐長宇

（內(nèi)蒙古華地方圓設(shè)計研究有限責任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

大比例尺數(shù)字化測圖技術(shù)淺析

徐長宇

（內(nèi)蒙古華地方圓設(shè)計研究有限責任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

隨著測繪科技的發(fā)展，大比例尺數(shù)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(jié)合野外畫草圖法對如何使用全站儀、RTK的數(shù)字化測圖技術(shù)進行簡要闡述.

大比例尺地形圖；數(shù)字化測圖；全站儀；RTK

科學技術(shù)的進步，信息化測量儀器（全站儀、GPS-RTK）的廣泛應(yīng)用，以及計算機輔助制圖技術(shù)的迅猛發(fā)展，促進了地形測量的自動化、數(shù)字化.地形測量從模擬測圖變革為數(shù)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(shù)字地形圖.數(shù)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(yōu)勢和廣闊的發(fā)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(jù)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(shè)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(yīng)根據(jù)實際的工程需要而定.

2 數(shù)字化測圖

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

圖1 數(shù)字化測圖工作流程

與傳統(tǒng)的測圖方法相比，數(shù)字化測圖有如下優(yōu)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(guī)范、美觀.

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

（3）現(xiàn)實性強.對已經(jīng)測繪完成的數(shù)字化地形圖可據(jù)地貌地物的變化情況及時補測與更新.

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

（5）以數(shù)據(jù)代碼反應(yīng)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(shù)字化測圖

目前，測繪單位運用最多的大比例尺數(shù)字化測圖方法是全野外數(shù)據(jù)采集成圖法.一般分為外業(yè)數(shù)據(jù)采集并繪制草圖和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與成圖兩個工作程序.

3.1 外業(yè)數(shù)據(jù)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(yīng)避開高大建筑、視野開闊，遠離大功率無線電發(fā)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(wěn)定.選好的點位應(yīng)使用雙頻靜態(tài)接收機施測(標稱精度應(yīng)≥5mm+2×10D)，同步靜態(tài)相對定位，每點觀測時段數(shù)≥2，觀測時段長度>60min，及時進行數(shù)據(jù)傳輸和基線處理.外業(yè)全部結(jié)束后，采用GPS后差分數(shù)據(jù)處理軟件對各基線進行基線預(yù)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(xiàn)行行業(yè)標準《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》CJJ73—97的規(guī)定.各GPS控制點的高程數(shù)據(jù)要用三等或四等水準聯(lián)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(huán)節(jié).資料記錄真實可靠，很大程度避免了常規(guī)手工記錄所造成的差、錯、漏.用平差軟件計算平差，實施整網(wǎng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)；

(3)大地測量儀器法,即通過RTK、全站儀、測距儀、經(jīng)緯儀等大地測量儀器實現(xiàn)野外數(shù)據(jù)采集.目前大比例尺數(shù)字化測圖主要使用全站儀與RTK采集野外數(shù)據(jù).

建筑物密集、GPS信號易受干擾的地段多采用全站儀采集數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù).使用全站儀采集數(shù)據(jù)應(yīng)對測區(qū)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(dǎo)線與碎部測量同時作業(yè)，即在一個測站上，先測導(dǎo)線的數(shù)據(jù),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(yè)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(xiàn)場跑點和畫草圖，內(nèi)業(yè)繪圖由跑尺員完成，這樣既可以節(jié)省人力、提高室內(nèi)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(xiàn)錯誤.全站儀作業(yè)員進入測區(qū)后各司其職.觀測員、繪草圖員、跑尺員要密切配合、并勤于聯(lián)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(diào)用于檢查的已知點的點號、坐標是否有誤；儀器、設(shè)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(nèi)業(yè)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(guān)機、搬站,到下一測站進行施測.

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與成圖

在野外數(shù)據(jù)采集工完畢后，要進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與成圖工作.有的測繪單位采用內(nèi)外業(yè)一體工作方法，既白天進行野外數(shù)據(jù)采集，晚上即處理當天的數(shù)據(jù)，如處理不完則留在全部外業(yè)工作完畢后在集中處理內(nèi)業(yè)；也有的測繪單位采取專職外業(yè)和專職內(nèi)業(yè)的工作方式.大比例尺數(shù)字化測圖的內(nèi)業(yè)工作一般應(yīng)首先將存儲在全站儀或RTK中的野外數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上，然后對數(shù)據(jù)進行處理，使其滿足各類內(nèi)業(yè)成圖軟件的格式需求.處理數(shù)據(jù)后打開內(nèi)業(yè)成圖軟件，把處理好的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)在有些地區(qū)的數(shù)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(jù)用戶要求而定.

4 數(shù)字化測圖精度分析

數(shù)字化測圖已成為今后地形圖的主要生產(chǎn)方式，數(shù)字化地形圖是以數(shù)字形式貯存的,即以數(shù)字坐標表示地物和地貌點的空間位置,以數(shù)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(shù)字地圖與成圖過程,如何結(jié)合實際分析地物平面位置和高程的精度,是個重要的現(xiàn)實問題.以1∶500數(shù)字化測圖為例分析地物點精度,以大體了解和完善數(shù)字測圖質(zhì)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(yīng)≤±10cm.

③極坐標法測定的碎部點數(shù)占總點數(shù)的比例應(yīng)大于80%,采用極坐標法進行數(shù)據(jù)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(qū)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(qū)按等高線內(nèi)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(guī)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

〔1〕吳琳，吳珺.大比例尺數(shù)字化測圖系統(tǒng)及其實施［J］.江西測繪,2007(4).

〔2〕周世明.大比例尺數(shù)字化測圖的實踐與探索[J].地礦測繪. 2005（21）.

〔3〕梁桂姬.1∶500數(shù)字化測圖平面和高程精度分析[J].湖南有色金屬,2003（10）.

〔4〕楊德麟.大比例尺數(shù)字測圖概述[J].測繪通報,1997（9）.

〔5〕李喜盼，張安兵，趙玉玲.大比例尺數(shù)字化測圖方法簡析[J].實用技術(shù),2005(2).

P231.5

A

1673-260X（2010）03-0138-02