大比例尺数字测图及其质量控制研究 17页

大比例尺数字测图及其质量控制研究目录1引言（1）2大比例尺数字测图的作业过程（1）2.1技术设计（2）2.2图根控制测量（3）2.3碎部点采集（4）2.4内业绘图处理(8)2.5最终成果资料(10)3大比例尺数字测图地形点质量控制(11)3.1地形点的平面精度(11)3.2地形点的高程精度(13)3.3实际作业精度的检测计算(14)3.3.1测点的平面位置中误差(14)3.3.2测点的高程中误差(14)4对大比例尺数字测图未来展望(15)4.1数字测图系统的标准化(15)4.2数字测图的自动化(15)4.3数字地图的信息化(15)4.4数字测图结合GPS技术(16)参考文献(16)第1页共17页\n大比例尺数字测图及其质量控制研究1引言传统的地形测量是利用测量仪器对地球表面局部区域内的各种地物、地貌特征点的空间位置进行测定，以一定的比例尺并按图示符号将其绘制在图纸上，即通常所称的白纸测图。在测图过程中，数字的精度由于刺点、绘图、图纸伸缩变形等影响会大大降低，而且工序多、劳动强度大、质量管理难。在当今的信息时代，纸质地形图以难承载诸多图形信息，更新也极为不便，难以适应信息时代经济建设的需要。随着计算机技术在测绘领域应用的不断深入,大比例尺数字测图已成为测绘技术变革的一个重要内容。多种数据集和处理方法的实现为大比例尺数字测图提供了条件,特别是电子手簿的出现,无疑是测绘技术的一项革新,它不仅能够实现快速、简便的野外数据采集,而且还能及时对采集的数据进行处理。由全站仪和电子纪录手薄组成的野外数据采集系统,记录的数据可直接传输给计算机,在相应的程序系统下进行人机交互处理,形成大比例尺地图图形数据。这种图形数据可以贮存在数据载体(如磁盘)上,也可以用自动绘图仪绘成图。以数据形式贮存在数据载体上的大比例尺地图就是大比例尺数字地图。2大比例尺数字测图的作业过程2.1技术设计根据测量任务书和有关的测量规范，并依据所收集的资料，其中包括测区踏勘等资料来编制技术计划。技术计划的主要内容：任务概述，测区情况，已有资料及其分析，技术方案的设计，组织与劳动计划，仪器配备及供应计划，财务预算，检查验收计划及安全措施等。在编制技术计划之前，应预先收集并研究测区及测区附近已有测量成果资料，扼要说明其施测单位、施测年代、等级、比例尺、规范依据、范围、平面坐标和高程系统、投影代号、标石保存情况及可以利用的程度等。第16页共17页\n大比例尺数字测图的平面坐标系统，采用国家统一平面直角坐标系统。在工程建设中，当没有国家控制点可资利用时，可采用独立坐标系统。高程系统则应与国家高程系统一致。即采用“1985国家高程基准”的高程系统。如测区附近没有国家水准点，或者联测工作量很大，这时可以在已有地形图上求得一个点的高程作为起始数据。对于扩建和改建的工程测图，为保持两次测图的高程一致，可以利用原来的水准点高程。凡影响到测量工作安排和进展的问题，应到测区进行实地调查。踏勘时还应核对旧有的标石和点之记。初步考虑地形控制网的布设方案和必须采取的措施。根据收集的资料及现场踏勘情况，在旧有地形图上拟定地形控制的布设方案，进行必要的精度估算。有时需要提出若干方案进行技术要求与经济核算方面的比较。对地形控制网的图形、施测、点的密度和平差计算等因素进行全面的分析，并确定最后采用的方。本次实践中的起算数据见表1、表2。表1平面控制起算数据序号点名等级X(m)Y(m)H(m)备注1G039D级3095621.503517413.2742G120D级3094968.916525601.2603G121D级3092939.551521894.668南阳城市坐标系,3°带Lo=120°40′。表2高程控制起算数据序号点名等级标石类型H高程(m)备注1灵昆03三等基岩点7.8902HI033三等基岩点7.4192.2图根控制测量　　第16页共17页\n图根控制测量的目的是在高级地形控制测量的基础上再加密一些直接供测图使用的控制点，以满足用于测绘地物地貌的测站点的需要。　　由于采用全站仪，测站点到特征点的距离即使在500米以内也能保证测量精度。一般以在500米以内能测到碎部点为原则，选择通视条件好的地方，图根点可稀疏些；地物密集、通视困难的地方，图根点可密些（相对白纸测图时的密度）。控制测量主要使用导线测量，观测结果（方向值、竖角、距离、仪器高、目标高、点号等）自动或手工输入电子手簿，采用平差软件进行平差计算，各项限差应在允许范围之内，如有不符合要求的情况，应进行补测或重测。表3图根控制成果表点名等级XYH备注K1图根3093689.002520338.1796.352K2图根3093804.103520130.4826.262K3图根3094163.690519770.8646.581K4图根3094784.589518847.1786.692K5图根3095034.395518422.9106.401K6图根3093048.241521324.1706.184K7图根3092756.599522194.0186.143K8图根3092435.180522676.0345.994K9图根3093853.342520040.6626.365K10图根3093793.395520151.9996.2602.3碎部点采集　　全站仪由于具有自动记录功能，野外采集数据的速度较快。测量人员根据事先的分工，各负其职。数字测图要求测定所有碎部点的坐标及记录碎部点的绘图信息，并记录在全站仪的内存中，而后传输到计算机，并利用计算机辅助成图。但在野外数据采集中，若用全站仪测定所有的碎部点，不仅工作量大，而且根据实际地形无法直接测定。因而，必须灵活运用“测、算法”结合，测定碎部点的坐标。第16页共17页\n表4坐标数据点号坐标x坐标y高程13093689.002520338.1796.35223093804.103520130.4826.26233094163.690519770.8646.58143094784.589518847.1786.69253095034.395518422.9106.40163093048.241521324.1706.18473092756.599522194.0186.14383092435.180522676.0345.99493093853.342520040.6626.365103093793.395520151.9996.260113093874.918520473.2093.31　123094135.006520109.3103.30　133094316.346519887.7533.47　143094479.159519770.8203.32　153095225.877518145.1036.09　163095242.194518189.5653.81　173095211.461518171.4736.17　183095176.689518219.1106.17　193095132.563518280.2916.20　203095073.267518365.4946.48　第16页共17页\n213095001.162518473.9446.28　223094963.058518533.6046.32　233094887.530518655.1766.58　243094834.051518755.8666.63　253094759.451518894.2176.76　263094743.234518924.4406.71　273094673.808519063.7896.72　283094650.186519137.1066.64　293094453.090519257.4406.68　303094417.351519311.7836.49　313094378.902519370.2786.57　323094342.081519430.8306.37　333094295.331519493.5356.52　343094241.704519596.5776.55　353094217.825519645.8346.62　363094189.359519712.5406.62　373094154.867519783.3576.78　383094081.033519865.8636.45　393094040.493519914.2846.31　403093984.972519956.7526.21　413093870.203520014.8186.41　423093672.725520381.0386.25　第16页共17页\n433093636.703520478.7746.23　443093566.321520575.6186.53　453093514.777520629.5776.51　463093433.573520727.1326.41　473093404.167520762.9396.45　483093370.409520802.5376.39　493093296.986520897.8396.35　503093308.085521042.0256.32　513093279.666521089.1416.20　523093247.884521139.7716.28　533093166.541521231.8056.36　543093101.186521261.8176.44　553093066.116521392.4376.30　563093002.427521444.6636.19　573092939.860521467.6246.28　583092819.397521567.1746.13　593092813.368521629.1676.14　603092835.937521728.4926.02　613092839.846521806.9056.09　623092872.594521946.4126.02　633092818.801522005.0916.00　643092813.374522048.4336.00　第16页共17页\n653092800.793522110.5746.16　663092751.959522157.1336.29　673092726.112522242.9536.22　683092671.036522322.5306.17　693092625.468522387.3996.08　703092535.385522472.4266.17　713092496.175522536.8516.07　723092479.380522588.8446.08　733092476.189522632.5285.93　743092401.826522712.6915.78　753092309.492522817.6805.52　763092296.451522761.4865.51　773094892.529518877.1552.59　783094675.291519261.0402.66　793095623.942517962.0084.70　803095569.320517764.0225.18　813095544.364517707.6875.59　823095506.726517626.5586.14　833095341.542518224.9773.21　843095318.769517996.0076.28　853095151.101518419.7832.91　863095193.141518446.7372.99　第16页共17页\n873094922.040518753.2992.70　883094920.113518700.4033.97　893094967.142518634.8322.61　903095091.875518670.1962.73　913094786.613518990.4713.10　923094859.955518997.2772.87　933094499.212519766.4313.34　943094379.005519836.2713.28　953094339.840519819.7442.98　963094223.691519790.6433.63　973094568.549519730.4633.34　983094227.106519995.6803.44　993094149.674520091.8683.36　1003094031.630520237.0623.25　1013094086.585520177.4133.40　1023093969.894520340.5063.26　1033093897.271520434.5093.26　1043095369.354517545.9194.32　第16页共17页\n2.4内业绘图处理2.4.1数据传输、数据处理　　（1）CASS数字测图软件的草图法数字测图　　将外业采集数据按一定的格式传输入计算机内，并将数据格式转换成图形编辑系统要求的格式（生成内部码），即可展绘点号点位，然后根据测量草图对外业数据进行分幅处理、绘制平面图，再进行等高线处理，即自动建立数字地面模型（DTN）、自动生成等高线等。经过数据处理后，未经整饰的地形图即可显示在计算机屏幕上。　　（2）CASS数字测图软件的电子平板法数字测图　　电子平板数字测图的作业流程：通讯电缆安装了CASS数字测图软件的笔记本电脑与测站上安置的全站仪连接，全站仪测得的碎部点坐标自动传输到笔记本电脑并展绘在绘图区。2.4.2图形绘制和编辑　　要完成图形的绘制与编辑工作，主要与有关的菜单、对话框及文件打交道。绘图人员根据测量的点以及勘丈的距离和绘制的草图对数据处理后所生成的图形数据文件进行编辑、整理。要想得到一幅规范的地形图，除要对数据处理后生成的“原始”图形进行修改、整理外，还需要加上汉字注记、高程注记，进行图幅和图廓整饰，并填充各种面状地物符号等，最后编辑后的成果即为我们所需要的地形图。　　针对电子平板法数字测图图形绘制和编辑，全站仪测得的碎部点坐标自动传输到笔记本电脑并展绘在绘图区，完成一个地物的碎部点测量工作后，采用与草图法相同的方法进行现场实时绘制地物。它是一种在野外作业现场实时连线的成图方法，其特点是野外现场直观性强，“所测的数据即所得”；可以及时发现错误，立即修改。2.5最终成果资料第16页共17页\n图1最终成果图3大比例尺数字测图地形点质量控制3.1地形点的平面精度3.1.1水平角观测精度水平角观测的误差主要来源于以下几方面，即：望远镜照准误差、读数误差、仪器误差、目标偏心误差、测站偏心误差及外界条件的影响等。1)望远镜照准误差该误差与望远镜的放大倍率有关，取v=30则=±（60/v）=±60/30=±2″2）读数误差全站仪读数系统采用液晶显示，当照准目标后可自动重复显示，显示的读数可设成1″，也可设置成5″，但多次重复显示读数差一般不超过5″，故读数误差为=±5″3）仪器误差第16页共17页\n由于只采用半测回观测，所以仪器误差主要是垂直轴误差，而全站仪因结构合理，管水准器分划值小，仪器置平精度较高，由仪器结构而引起的误差据有关资料介绍，不超过±1.5″，故取=±1.5″4）目标偏心误差在野外作业中采集测点数据时，镜站常采用手持式对中花杆棱镜，由它引起的误差约为±0.01m，若设测距长度为s（单位为米），则目标偏心=±0.01ρ/s（ρ=206265″，下同）5）测站偏心误差即测站点仪器对中时所产生的误差。采用光学对点器一般其误差不超过±3㎜，同样设边长为s，则由此引起的测角误差为=±0.003ρ/s6）外界条件的影响外界条件的影响主要是温度变化对视准轴的影响，据资料介绍，一般外界温度变化1℃，测角误差的变化范围在0.27″—0.85″之间，故取=0.5″。综合上述因素的影响，半测回方向中误差为（3-1）由此推算出半测回测角中误差为3.1.2测距精度测距误差主要来源于仪器误差、对中杆偏心误差、棱镜误差等。1）仪器误差仪器误差可取其标称精度值，即=2）对中杆偏心误差对中杆偏心可产生约10mm左右的误差，故取=3）棱镜误差由于棱镜拧在标杆上的，棱镜头比对中杆的半径大约20mm左右，从而使对中杆靠近垂直地物点（如房角、电杆等）的误差可达15—20mm左右，这里取综合考虑上述因素，则测距中误差为（3-2）3.1.3地形点的平面位置中误差极坐标法测定地形点平面位置，是将全站整置于图根控制点上，测出测站与置镜点之间的水平角、垂直角与距离，从而求得所测地形点的坐标。如图3所示：第16页共17页\nAPSO图3极坐标法图A为后视图根点，O为测站点，P为待测定的地形点。现设测站O的坐标为（，），测站O到后视图根点A的方位角为，P点的坐标为（，），为测定的水平角，S为测出的距离，则有：（3-3）（3-4）从而有（3-5）从上式中可以看出，影响测定点P的点位精度，跟测距中误差、测角中误差及测点与测站间的距离S有关.将各项误差代入式，取不同的S值求得点位中误差。3.2地形点的高程精度地形点的高程精度就是EDM三角高程测量的精度。在EDM三角高程测量中，单向观测的高差公式为（3-6）由于“规范”规定，评定地面高程点的高程中误差也是相对与临近图根水准点的，因此可不考虑测站点本身的高程误差影响，则单向高差误差可视作单向高程的测量误差，对上式微分得（3-7）1）则垂直角半测回观测值中误差使用全站仪作业时，垂直角观测误差的主要来源有：照准误差读数误差外界条件影响及仪器自动补偿误差等。其中前三项的误差来源及影响值与水平角观测的误差来源及大小相同，即″全站仪的垂直度盘读数指标由倾斜传感器通过液体补偿器提供正确位置，在仪器基本置平的情况下，补偿器的精度在1″第16页共17页\n范围内，故可取仪器自动补偿误差″根据上述分析，则垂直角半测回观测值中误差为（3-8）2）仪器高和目标高的量取误差作业中一般用2m（或3m）小钢尺量取仪器高和棱镜高，可分别产生约的误差，即3）边长误差边长误差同前面分析一般地，在城市中测量时，取值范围在0—45°，根据不同的值和不同的S值，求得地形点的高程中误差不同。3.3实际作业精度的检测计算为了对野外采集的数据进行精度检测和计算，利用全站仪（垂直角<15°）进行两次数据采集，然后利用同名测点的两组坐标的比较差进行统计计算。3.3.1测点的平面位置中误差（3-9）（3-10）（3-11）式中：为地形点平面位置中误差；分别为地形点在x、y方向上的中误差分量；为检测坐标值；为数字化地形图中同位点的坐标值；n为检测的地形点个数。3.3.2测点的高程中误差（3-12）式中：为高程中误差；为检测坐标值；为数字化地形图中同位点的高程值；n为高程点检测个数。第16页共17页\n根据上面的计算分析和比较，我们可以看出理论估算值与实际作业的精度基本一致。在实际作业中，特别是在地形起伏较大的地区，误差的主要来源是对中杆本身结构带来的误差和对中杆倾斜误差，如果在实际工作中能注意削弱这些误差，则实际的作业精度还有望进一步提高。除了对图根点的密度另行规定外，其它的均未变动，而这些规定都是根据大平板、经纬仪等常规测图方法所能达到的精度所规定的，有些规定项目与目前的大比例尺数字测图作业实际精度不适应，如对最大测距长度的要求，如果按现行规范的最大测距长度的要求作业，将造成精度浪费。在实际作业中，可以根据不同的仪器精度选择适当的测距长度和图根点密度数。当采用标称精度为5″和5+的全站仪进行作业时，对城市建筑物密集的地区，视具体情况确定图根点的密度和视距长度；对于郊区或建筑物稀少的地区，可直接在Ⅰ、Ⅱ级导线点（或更高级点）上直接设站进行数据采集，若通视条件许可，甚至可以“跳站”作业，最大测距长度以不超过1km为宜。但是，在测点数据采集中，应结合测图比例尺进行（尤其是在地形复杂地区），以避免地形“失真”。4对大比例尺数字测图未来展望4.1数字测图系统的标准化目前数字测图方法,软件和规格越来越多,数据格式各不相同,标准化非常重要。标准化主要是数字地图成果数据格式的标准与统一:使用标准的符号库和点,线,区文件格式;具有通用性的要素编码与分层规则;通过友好,可靠的转换模块,能将所测绘的地图成果数据基本无损地与AutoCAD,ArcInto,Maplnfo等流行CIS软件平台进行数据交换。数据结构按照GIS标准架构,为多种GIS应用软件提供前端数据;根据国家标准制作多比例尺,多用户群的地图要素符号库;编码尽可能采用先进的,符合目前需要和今后发展方向的国标(国标也在不断更新)进行分类并兼顾用户的使用需要;对于符号和编码表实行灵活的管理机制,用户可以根据使用情况编辑符号库,修改编码表。4.2数字测图的自动化随着测量超站仪、机器人、无线遥控等技术在数字测图中的应用,可望在今后更大幅度的减轻工作强度,提高作业效率。4.3数字地图的信息化第16页共17页\n随着科技的进步,信息时代的到来,地图作为信息载体的作用日益重要。而数字地图为与空间有关的信息系统提供了基础数据,能够用电子数据处理系统进行管理和处理,使更多的用户共享地图数据资源。因此,数字地图的信息化将是测量工作者今后努力的方向。4.4数字测图结合GPS技术目前GPS测量模式以其定位方法灵活方便,精度高等优势,得到了非常广泛的应用。近些年推出的GPS实时动态定位技术(RTK),能够实时提供测点在指定坐标系的三维坐标成果。在RTK作业模式下,精度可达厘米级，测程可达到10km～30km。若现场连接电子平板测图系统就可实时成图,及时解决图中的问题,实现一步测图,这将极大的提高开阔地区野外测图的准确性和劳动效率。随着科学技术的进一步发展,新产品价格不断下降,产品性能的不断提高,野外测图系统必将发展为更自动化的模式。(1)全站仪自动跟踪测量模式。测站为自动跟踪式全站仪,可以无人操作,棱镜站有司镜员和电子平板操作员。全站仪自动跟踪照准立在测点上的棱镜,测量的数据由测站自动传输给棱镜站的电子平板纪录,成图。(2)GPS测量模式。GPS是全球定位系统的简称。近几年推出的载波相位差分技术,能够实时提供测点在指定坐标系的三维坐标成果,在测程20公里以内可达到厘米级精度。因此,将GPS接收机与电子平板相结合,在开阔地获取高精度的地形信息,这在目前是可以做到的。随着GPS技术的不断发展和系列化产品的不断出现,将生产出更轻小型和价格低廉的GPS接收机。GPS数字测图系统将成为地面数字测图的里程碑,标志地面数字中测图技术的新编章,并将会在许多地方取代全站仪数字测图。参考文献[1]杨德麟.大比例尺数字测图概述[J].测绘通报，1997,12(9)：33-35.第16页共17页\n[2]郑崇启，梁玉保，李建民.大比例尺地面数字测图的精度分析[J].测绘通报，2004，9(11)：42-44.[3]赵振远.浅谈数字化测图的质量控制[J].北京测绘，1998，6(3)：10-13.[4]王双龙.数字化测图的数学精度探讨[J].测绘通报，2000,15(8):9-10.ThelargescaledigitalmappinganditsqualitycontrolAbstract:withtherapiddevelopmentofcomputer,informationandcommunicationstechnology,thetraditionalmodeofsurveyingandmappingisgraduallybeingrepresentedbyGPS,RS,GIStechnologyreplacedbynewtechnology,surveyingandmappingproductiontasksfromtraditionalpaperorsimilartopographicalmapsofthemediaproductionandupdateddevelopmenttothegeospatialdatacollectionandprocessingmanagement.Digitalmappingasafullyanalyticalmachinehelpmappingmethod,withitscharacteristicofhighautomation,fullydigital,highprecisionofsignificantadvantagesandhasbroadprospectsfordevelopment.Innanyangastandardleveeengineeringasanexample,thispaperintroducesthebasicprocessoflargescaledigitalmapping,andtodothequalitycontrolintheprocessofmappingisdiscussed.Keywords:largescaledigitalmapping;Precision;Thequalitycontrol第16页共17页