1 绪 论

1.1 数字测图发展概述

地形测量是利用测量仪器对地球表面局部区域内各种地物、地貌的空间位置和几何形状进行测定，并按照一定的比例尺缩小，绘制成地形图。

传统的地形测量是用仪器在野外测量角度 、距离、高差，作记录，在室内作计算、处理，绘制地形图等。由于地形测量队主要成果——地形图是由测绘人员利用分度器、比例尺等工具模拟测量数据，按图式符号会知道白纸上，所以又称白纸测图或欧尼测图。 科学技术的进步，信息化测量仪器——全站型电子速测仪的广泛应用，以及微型计算机硬件和软件技术的迅猛发展与渗透，促进了地形测绘的自动化，并成为大比例尺地形测量全面改革最积极、最有火力点因素和最可靠的技术保障，更重要的是提交可供传输、处理、共享的数字地形信息，即以计算机磁盘为载体的数字地形图，这将成为信息时代不可缺少的地理信息的重要组成部分。

数字地图是以数字的形式表达地形特征点的集合形态，数字测图实质是一种全解析、机助测图的方法。与模拟测图相比，具有显而易见的优势和广阔的前景，是地形测绘发展的技术前沿。

1.1.1数字测图使大比例尺测图走向自动化

数字测图的野外测量自动记录,自动解算处理,自动成图、绘图,并向用图者提供可处理的数字地图软盘。数字测图自动化的效率高,劳动强度小,错误(读错、记错、展错) 机率少,绘得的地形图精确、美观、规范。

1.1.2数字测图使大比例尺测图走向数字化

用软盘提供的数字地(形) 图,可以传输、处理和多用户共享;可以自动提取点位坐标、两点距离、方位以及地块面积等等;通过接口,数字地(形) 图可以传输给

工程(计算机辅助设计) 使用;可供(地理信息系统) 建库使用;可依软件的性能,方便地进行各种处理,完成各项任务;只要进行局部更新,便可始终保持数字地图 整体的现势性等等。

1.1.3数字测图使大比例尺测图实现了高精度

1

众所周知,模拟测图方法的比例尺精度,决定了图的精度,无论所采用的测量仪器精度多高、测量方法多精确都无济于事。红外测距仪普及以后,测距精度大大提高,达到厘米级精度,而纸上绘出的地形图却体现不出仪器测量精度的提高,而为其比例尺精度限制住了;若采用全站仪(全站型电子速测仪) 测量,仍采用白 纸测图方式测图,则更是极大的浪费。

数字测图则不然,全站仪测量的数据,在记录、存储、处理、成图的全过程中,原始测量数据的精度毫无损失。数字地形图较好地(无损地) 体现了外业测量精

度。它不仅适应当今科技发展的需要,也适应了现代社会科学管理的需要,如地籍测量、管网测量、房产测量等等,既保证了高精度,又提供了数字化信息,以满足建立各专业管理信息系统的需要。

1.1.4数字测图使大比例尺测图进入了新时期

信息革命浪潮中,电子测绘仪器以及计算机的迅猛发展和广泛应用,突破了传统的测绘技术和方法,数字测图应运而生。数字地形测量的理论和实践不断地得到发展,诸如:大比例尺数字地面模型的建模理论;等高线的插值、拟合理论;数据结构与计算机图形学;数字地形图内外业一体化测绘理论;数字地图应用理论;电子测绘仪器(含计算机) 的原理、检核与使用方法;测绘软件系统的设计理论与实施;以及一些新的作业方法的确立,如图根控制和碎部一次测量的一步测量法、自然地界分组作业法等等。目前,数字测图正处于蓬勃发展的时期,还需不断深入地研究它的理论和方法,使之在广泛的实践中得到创新和完善。数字测图必将成为地形测绘的主流,并逐步替代白纸测图,最后形成新的学科体系。可以说,数字测图标志着大比例尺测图的科学技术理论与实践的进步,标志着地形测绘科技发展的新里程、新时期。

1.2现代数字测图的基本原理与常用方法 1.2.1数字测图的基本原理

目前,利用全站仪测图的基本原理包括极坐标法、后方交会法和前方交会法等,且绝大部分是极坐标法。本文以极坐标法为例,如图1.2所示,利用测站点A站，瞄准定向点B,仪器水平角置0或者利用仪器的定向功能直接置为已知方位角，如果用置0的方法，则可以得出待测点P的方位角计算公式为：

2

待测点P的方位角β= F +左折角α - 360° 其中F是测站点A与定向点B 的方位角。

图 1.1

如果直接置为已知方位角, 则所观测到的待测点P方向的角度即为方位角β。对于采用平距的方法计算待定点P的计算公式为:Xp = Xa + S 3cosβ；Yp = Ya + S 3sinβ如果采用斜距,只需加入垂直改正即可,此处不再赘述。

1.2.2数字测图的常见模式及特点

目前常见的有以下两种作业模式：

（1)利用碎部点号与外业草图标记的点号成图这是最早的模式之一,此方法利用仪器内部的流水号以及草图上记录的编号,将全站仪记录的数据传输至电脑,在成图软件的支持下实现数据编辑。缺点是内业工作量很大,效率较低,相对于平板测图的效率提高有限,除测量精度外没有发挥出数字测图的优势。

（2)电子平板模式成图利用全站仪观测数据,同时外接电子平板(如笔记本电脑) ,每观测一个数据处理一个数据,实现野外直接成图。其好处是:由于能直接野外成图,内业不需要进行处理,可以减轻内业劳动强度。缺点是:由于多携带一部笔记本电脑,使设备数增加,不能实现单人测站,必须由多人协作才能完成一组的工作,使工作效率大大降低,另外,笔记本电脑的电池续航能力亦不足坚持长时间工作。所以此方法只适用于对数量与时间要求都不高的场合。

1.3 传统测图方法与数字化测图方法的优缺点

3

1.3.1传统测图方法

（1）概况

作好控制以后,传统的测图方法按使用的仪器不同，一般可分为平板仪测图、小平板仪配合经纬仪测图、经纬仪测图、小平板仪与皮尺配合测图四种。平板仪测图步骤如下： A1在测站上安置仪器，进行对中、整平、定向，并量取仪器高；

B1用照准仪瞄准碎部点上的视距尺,使照准仪的直尺边正确地通过图板上测站点上的刺空,读取测站至标尺的视距和竖角,按下式计算高程H。 H = H0+ h + i - v (1)

式中：H0代表测站点高程; h代表测站点与碎部点之间的测量高差； i代表测站点仪器高； v代表碎部点觇标高。

C1按测图比例尺，用卡规(或叫两脚规)在复式比例尺(或三棱尺)上截取水平距离在图上的长度,沿照准仪的直尺边将碎部点刺于图板上,并在点位旁注记高程； D1重复上述B、C步骤，将测站四周所要测的碎部点全部测完为止；

E1根据所测的碎部点,按规定的图式符号，描绘地物，根据注记的高程按等分内插描绘地貌。并随时和实地对照检查，正确无误完成本站工作后迁至下一测站工作。其它的传统测图方法虽然在实际操作中各有所不同，但它们的原理是一样的,都是测量出所测点与测站点间的距离、水平角、垂直角,通过计算出它们之间的关系，把测点的位置和高程标在图上，再根据高程绘制等高线。 （2）传统测图方法的精度

平面位置精度用地形图上地物点平面位置的点位中误差来表示：

22222m物??m展?m图?m视?m向?m刺

式中：m展为解析图根点的展点误差; m图为图解图 根点的测定误差；m视为测定地物点的视距误差；m向 为测定地物点的方向误差；m刺为地形图上地形点的 刺点误差。

4

高程精度用等高线的高程中误差来表示：

22222m等??m控?m形?m概?m移?m绘

式中：m控为图根控制点的高程误差；m形为测定地物点的高程误差；m概为地形概括误差；m移为地形点平面位移引起的高程误差；m绘为内插和勾绘等高线的误差。 （3）传统测图方法的优点

由于是在现场直接绘图,描绘地物时能够实时的与实地进行对照,及时发现错误并进行纠正。地物的一些细小变化部份也容易发现并描绘在图上。地貌的描绘也能够很直观的进行对比,能把地貌很准确形象的描绘在图上、符号的标注以及地类界的划分都是比较容易及准确的。

（4）传统测图方法的缺点

由于平板仪的对中都是采用锤球对中,所以对中的精度不高,描绘地物地貌时都是人工手工操作, 在其中会带来一定的误差,因此传统测图方法所测得图的精度相对较低。地物地貌的描绘在野外作业,容易受不良天气的影响,给测图带来很多不便。又由于计算机技术的广泛应用,人们用计算机进行工程设计、用微机处理各种地面信息以及建立各种信息系统(如城市、矿山信息系统、地下管线系统等)的需要,必然要求测绘人员提供数字产品(例如存贮在计算机软、硬盘上的数字化地图、既便于保管运输、又易于修测和制作各种比例的用图) ,而不只是白纸图。因此,必须对白纸图进行扫描矢量化,而在这过程中一方面增加内业的工作量,另一方面又会带来一定的误差,使制成的数字产品的精度被降低。由于电子测量技术和计算机技术的迅速发展,大比例尺数字化成图发展很快,数字化测图已经逐渐的被推广使用。

1.3.2数字化测图方法

（1）概况

用于数字化测图的仪器比较多,比如徕卡厂家销售的菜丝、冲翰集团销售的尼康、南方集团销售的索佳等。成图软件也比较多,比如深圳市勘测院编写的测绘e、清华大学编写的清华山维、南方公司编写的南方开思(CASS)等。尽管测量仪器与成图软件比较多,但是它们的原理都是一样的。在这里选取中翰集团的测量仪器尼康520与南方公司的开思

5