李 紅 孟愛青*

(太原理工大學(xué)建工學(xué)院土木系，山西太原 030024)

0 引言

數(shù)字化測圖作為一種新的技術(shù)，較之傳統(tǒng)測量方法具有無可比擬的優(yōu)點，如:點位精度高;便于成果更新、補測和修測;具有自由比例尺等，因此，越來越廣泛地得到應(yīng)用，尤其在地面測圖方面使得地形圖的精度和現(xiàn)勢性要求越來越高。

因此我們在測量實習(xí)中增設(shè)了地面數(shù)字化測圖相關(guān)內(nèi)容。作為一種教學(xué)改革實踐，就過程中的體會與業(yè)界同仁共同探討。

1 數(shù)字化測圖

數(shù)字化測圖的基本思想:測量學(xué)是一種對地面點位定位的學(xué)科，經(jīng)典的方法是根據(jù)模擬量(比例尺，方向角，距離)作為定位元素，稱為地面模擬法測圖;數(shù)字化測圖則是根據(jù)已知點數(shù)據(jù)和待測點的定位元素，先解算出待測點的坐標，再展點，但測圖的最基本信息仍然是地面點位信息。

數(shù)字化測圖必須采集屬性信息(地理編碼)和關(guān)系信息。測得地圖圖形，具有相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式，以便于計算機識別。

數(shù)字測圖的基本方法:目前在我國獲得數(shù)字地形圖的方法有三種:航測數(shù)字成圖、地面數(shù)字測圖、原圖數(shù)字化。本文只涉及地面數(shù)字測圖。

2 地面數(shù)據(jù)采集主要作業(yè)模式種類

數(shù)據(jù)采集是數(shù)字化測圖的基礎(chǔ)，其方法有:

1)數(shù)字測記模式;2)電子平板模式;3)全數(shù)字化模式;4)人工數(shù)據(jù)記錄模式;5)數(shù)字攝影測量模式;6)人工圖形數(shù)字化模式:就是先用模擬法測出白紙圖，然后在室內(nèi)用數(shù)字化儀將白紙圖轉(zhuǎn)為數(shù)字地圖。

3 數(shù)字化測圖的實施

3.1 實習(xí)程序

地面數(shù)字測圖分為以下三個模塊:

第一模塊:地面點位信息采集;模擬法測圖;碎部測量同時作好數(shù)字成圖的準備工作。

第二模塊:室內(nèi)文件編輯;用Excel表格計算點位數(shù)據(jù);編輯數(shù)據(jù)和引導(dǎo)文件;信息輸入;設(shè)計點之間關(guān)系，圖層設(shè)計。

第三模塊:地形圖的輸出。

3.2 確定外業(yè)數(shù)據(jù)采集的方式

使用全站儀實施大比例尺外業(yè)數(shù)字測圖，根據(jù)所使用的設(shè)備和測圖軟件，確定作業(yè)方式。通常利用全站儀的可選擇的方式有:測記法、電子平板法、一步測量法。

我們的專業(yè)方向是建筑，城市規(guī)劃，土木工程，給排水等，教授對象是沒有任何測量基礎(chǔ)的學(xué)生，既要讓學(xué)生掌握經(jīng)典的方法，而且對現(xiàn)代技術(shù)也應(yīng)涉及，并且根據(jù)我院的儀器設(shè)備等具體條件，選擇了測記法。即:先用模擬法測出白紙圖，理解經(jīng)典的野外測量過程，然后在室內(nèi)編輯相關(guān)文件，將白紙圖轉(zhuǎn)為數(shù)字地圖。

3.3 人員配置

測記法數(shù)據(jù)采集每作業(yè)組一般學(xué)生6人～8人:

儀器觀測員1名，記錄員1名，繪草圖領(lǐng)鏡(尺)員2名，立鏡(尺)員2名～3名。

其中，繪草圖領(lǐng)鏡員是作業(yè)組的指揮者，需技術(shù)全面有責(zé)任心的人擔(dān)任。

3.4 實習(xí)計劃和要求

實習(xí)計劃和要求見表1。

表1 實習(xí)計劃和要求

3.5 外業(yè)測圖

1)控制測量。

根據(jù)任務(wù)要求，每組在測區(qū)選擇4個～6個圖根點，組成圖根控制導(dǎo)線。所使用全站儀標稱精度2″±5 ppm，需要強調(diào)的是:由于學(xué)生沒有實際工作經(jīng)驗，課堂知識還不能與實際結(jié)合起來，因此在控制點的選擇及線路組成上要加強輔導(dǎo)，使其真正理解控制點的作用及優(yōu)化線路。與此同時，教會學(xué)生組織協(xié)調(diào)測繪生產(chǎn)的經(jīng)驗，安排工作程序。

導(dǎo)線測量中要注意:a.連接角的觀測精度與導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角精度的不同;b.距離測量的往返測比較，因為測量條件限制，有忘記返測或距離測量值混淆的情況。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗，每當(dāng)導(dǎo)線計算不能閉合，都是基于以上原因。高程控制測量應(yīng)注意要求測站檢核，部分學(xué)生往往沒有真正明白三項檢核的意義。

2)碎部測量。

在傳統(tǒng)的地面模擬法測量中，地面點的相對位置都是通過測量點與點之間的方位(角度)、距離和高差，根據(jù)幾何圖形來確定，它們實質(zhì)是極坐標法。因此地面測量的幾何要素就是方位、距離和高差。

野外數(shù)據(jù)采集原理仍舊是測點的三維坐標，只是每個地面點是用數(shù)字形式表述的，除此之外，為了使計算機識別，還應(yīng)知道該點的屬性，即地形點的特征信息，繪圖時必須知道該點是什么點:地貌點，地物點(屋角、電線桿…)，有什么特征等等;該點的連接關(guān)系，據(jù)此將相關(guān)的點連成一個地物。

因此，每一個地面點要命名一個點號，并通過相關(guān)關(guān)系式建立聯(lián)系。外業(yè)完成各碎部點的編碼后，回到室內(nèi)把碎部點信息傳輸?shù)接嬎銠C并展繪出來。

這一環(huán)節(jié)要求觀測者和司鏡者配合默契，一點測完后下一點測什么應(yīng)心知肚明;司鏡者擔(dān)負著建立連接信息和屬性信息工作，是測圖中的主要人員，對于地物(貌)的選擇等要按相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

3.6 內(nèi)業(yè)編輯

1)數(shù)據(jù)地理編碼概念。外業(yè)數(shù)據(jù)采集僅用全站儀或其他大地測量儀器測定碎部點的位置(坐標)是不能滿足計算機自動成圖要求的，還必須將地物點的連接關(guān)系和地物屬性信息(地物類別等)記錄下來。一般用按一定規(guī)則構(gòu)成的符號串來表示地物屬性和連接關(guān)系等信息，這種有一定規(guī)則的符號串稱為數(shù)據(jù)編碼。

2)數(shù)據(jù)編碼的基本內(nèi)容包括:地物要素編碼(或稱地物特征碼、地物屬性碼、地物代碼);連接關(guān)系碼(或連接點號、連接序號、連接線型);面狀地物填充碼等。

3)數(shù)據(jù)處理:控制測量數(shù)據(jù)計算編制表格，并計算出地形點的三維坐標;碎部點測量的電子文檔有兩個:a.數(shù)據(jù)文件;b.引導(dǎo)文件。

3.7 測繪軟件的選擇

目前市場上測繪軟件主要有清華大學(xué)土木系開發(fā)的測霸EPSW系列和武漢瑞得測繪公司開發(fā)的RDMS系列;以及南方測繪公司開發(fā)的CASS系列和SCS系列。

其中CASS系列市場占有率、更新速度在行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先。而且由于CASS是基于AutoCAD平臺開發(fā)的相關(guān)軟件，AutoCAD的所有功能它都可以用，其編輯功能非常強大。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過該軟件，應(yīng)用起來更容易上手，所以選擇了CASS系列。

CASS的坐標數(shù)據(jù)文件:CASS的坐標數(shù)據(jù)文件擴展名是“DAT”，無論是從電子手簿傳輸?shù)接嬎銠C還是用電子平板在野外直接記錄數(shù)據(jù)，都生成一個坐標數(shù)據(jù)文件。其文件格式為:

N(總點數(shù))

點號，編碼，Y(東)坐標，X(北)坐標，高程(回車)

………

點號，編碼，Y(東)坐標，X(北)坐標，高程(回車)

說明:文件內(nèi)除第一行是總點數(shù)外，每一行代表一個點;每個點Y坐標、X坐標、高程的單位是m;編碼內(nèi)不能含有逗號，即使編碼為空，其后的逗號也不能省略。所有的逗號不能在全角方式下輸入。

CASS的數(shù)據(jù)引導(dǎo)文件:CASS的數(shù)據(jù)編碼引導(dǎo)文件擴展名是“.YD”;編碼引導(dǎo)文件是用戶根據(jù)“草圖”編輯生成的，文件的每一行描繪一個地物;數(shù)據(jù)編碼引導(dǎo)文件的格式為:

Code，N1，N2，…，Nn

說明:Code為該地物的地理編碼;

Ni為構(gòu)成該地物的第i點的點號;

引導(dǎo)文件是對無碼坐標數(shù)據(jù)文件的補充，二者結(jié)合即可完備地描述地圖上的各個地物。

值得注意的是:N1，N2，…，Nn的排列順序應(yīng)與地物特征點的實際順序一致。

此階段應(yīng)注意數(shù)據(jù)輸入正確，因數(shù)據(jù)龐雜，往往容易出錯，使得成圖困難。

3.8 圖形輸出

1)測量坐標系到計算機屏幕坐標系的換算。坐標變換:大比例尺數(shù)字測圖中的測量坐標系采用高斯—克呂格坐標系或者是獨立坐標系。計算機屏幕坐標系的坐標原點在屏幕的左上角，Y軸向下為正，且屏幕坐標都為正值。因此，測量坐標系到計算機屏幕坐標系的換算和測量坐標系到繪圖儀坐標系的換算，在地形圖輸出時需要注意。

2)圖形顯示的分層處理。對于大量測量數(shù)據(jù)可以采取數(shù)據(jù)分割的手段來處理，減少工程數(shù)據(jù)量負荷和有限內(nèi)存的占用，提高數(shù)據(jù)處理效率。常用的數(shù)據(jù)分割手段有分片和分層兩種方法。我們是按地物的屬性編碼分層，在某一地物出現(xiàn)錯誤時，只要調(diào)出該圖層修改，免去了牽一發(fā)而動全身的狀況。

3)地形圖整飾。根據(jù)地形圖圖式，檢查地物符號;文字大小，字體(要強調(diào)文字表述的不同層次，字體);地物點的連接是否正確，圖廓外注記是否完整等。

4 結(jié)語

地面數(shù)字化測量是當(dāng)前應(yīng)用日趨廣泛的先進技術(shù)，是測量實習(xí)中的重要組成部分，因此，作為必須掌握的課程，在此過程中，我們的體會是:

1)測量開始前，組織學(xué)生學(xué)習(xí)并熟悉軟件的特點和使用非常重要，了解數(shù)字測圖必需采集的測圖信息;2)在模擬測量階段應(yīng)考慮數(shù)字測圖的因素，作好點號標記，并強調(diào)一幅圖中點號的唯一性，連貫性;3)輸入計算機時教會學(xué)生分層設(shè)計內(nèi)容;4)熟悉地形圖的表示方法和相關(guān)規(guī)定;5)學(xué)會對于不能達到要求及不美觀的地物修改。

[1] 楊德嶙.大比例尺數(shù)字測圖原理及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，1998.

[2] 潘正風(fēng)，楊正堯.數(shù)字測量原理與方法[M].武漢:武漢大學(xué)出版社，2002.

[3] 賀麗娟，曹振一.數(shù)字化測繪技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用[J].西北水電，2002(3):27-28.

[4] 郭宗河.測量學(xué)實用教程[M].北京:中國電力出版社，2006.