第三章 野外地形数据采集与数据处理

目前，我国已推出了关于地形图图式，地形图要素分类代码 等国家标准：如《1：500 1：1000 1：2000地形图图式》， 《1：5000 1：10000地形图图式》，《1：500 1：1000 1： 2000地形图要素分类与代码》，《国土基础信息数据分类与 代码》等等，以上标准是我们制定地形编码的重要依据。
野外数据采集碎部点记录
电子手簿记录
PDA记录
二、地形编码
地形编码是一种人为的约定，是联系内业与外业的一种纽带， 在外业，人们用编码来描述地形点的属性特征，在内业，测 图软件通过解译编码来识别地形点，决定该点采用什么符号 来绘制，如何进行进一步数据处理。
在数字测图技术发展初期，由于缺乏统一的技术标准和规范， 各研究单位均纷纷推出自己的编码方案，造成地形数字信息 标识与存储、交换的不一致性。
野外地形数据采集与数据处理
隋心 辽宁工程技术大学 测绘学院
辽宁工程技术大学 测绘学院
主要内容
• 野外数据采集原理 • 数字测图野外作业新方法 • 外业数据文件的传输与格式
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§3.1 野外数据采集原理
• 野外数据采集模式 • 地形编码 • 连接信息
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算法： D=100|M-N|cosV xQ＝x1+D· cos(H0+H) yQ＝y1+D· sin(H0+H)
zQ＝z1+D· tgV+Hi-Th
3、延长量边法
已知：起始点P1，方向点P2； 测法：丈量边长D； 待求：PQ点坐标。
算法：
r D ( x2 x1 ) ( y2 y1 )
图形信息码：
测点属性（地形编码）
测点连接信息（连接点 和连接线型）
一、野外数据采集模式
大比例尺数字测图野外数据采集按碎部点测量方法分为两类： 全站仪测量方法和GPS RTK测量方法。 全站仪测量方法 GPS RTK测量方法
全站仪野外数据采集模式
全站仪野外数据采集按给以图形信息码的方式不同，工 作程序分为两种： 一种是在观测碎部点时，坐标数据采用无图形显示的设备 （电子手簿、全站仪内存）记录，绘制工作草图，在草图上 记录图形信息码。 另一种是在观测碎部点时，坐标数据采用笔记本电脑或PDA 记录，显示点位后，对照实际地形输入符号码，并连接碎部 点。
算法：
xQ＝x1+S· sinZ· cos(H0+H) yQ＝y1+S· sinZ· sin(H0+H) zQ＝z1+S· cosZ+Hi-Th
2、视距法
当使用经纬仪施测时，采用极坐标法测量的数据项与全站仪不同，同时 数据要由人工键入。其中
水平角：H
竖直角：V 视距切尺读数（上下丝读数）：M，N
中丝读数：Th 为已知。
2 2
(延长系数)
xQ＝x2+r(x2-x1) yQ＝y2+r(y2-y1)
注意：自P1开始，沿P1￫P2方向，距离D为正，反之为负；高程 无效。
4、垂直量边法
已知：起始点P1，方向点P2； 测法：量得过P2的垂直距离D； 待求：PQ点坐标。
三、连接信息
如上图所示：6、7、1、2、3、4必须是直线相连，而4、5、6 则是圆弧相连。
§3.2 数字测图野外作业新方法
• 概述 • 控制测量数据采集 • 碎部测量数据采集
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一、概述
数字化测图与传统白纸测图的野外作业过程基本相同，都是先 控制测量，后碎部测量，先整体后局部。碎部测量都是在图根 点设站，地形、地物特征点都要跑点或立镜，但是由于数字测 图中，测绘仪器及内业处理手段先进，因此，在某些测量方法 上有一些改进，以更大限度的发挥数字化测图的优势，提高工 作效率。本章内容着重介绍数字测图中数据采集的特点及新的 测量方法。
地形点的信息描述
数字测图中地形点的描述必需具备3类信息： 1. 测点的三维坐标； 2. 测点的信息，即地形点的特征信息，绘图时必须知道该点 是什么点：地貌点？地物（房屋、消火栓、电线杆…… )点？ 有什么特征等等； 3. 测点的连接信息，据此可将相关的点连成一个地物。前一
项是定位信息，后两项是绘图信息。
三、连接信息
连接信息可分为连接点和连接线型。
当测点是独立地物时，只要用地形编码来表明它的属性，即 知道这个地物是什么，应该用什么样的符号来表示。如果测 的是一个线状或面状地物，这时需要明确本测点与哪个点相 连，以什么线型相连，才能形成一个地物。所谓线型就是指 直线、曲线或圆弧线等。
在实际的数字测图过程中，连接信息一般很难在编码中全部 给定，大多数都是在内业处理时通过参照外业观测时绘制的 草图交互式绘出，其中连接线型一般用一位数字表示。例如1 表示直线相连，2表示曲线，3为圆弧，0或空白表示一个独立 点。 对于一个测点，有了其三维坐标、编码和连接信息，就具备 了计算机自动成图的必要条件。
《1:500 1:1000 1:2000 地形图要素分类与代码 GB1804－93》
按国家标准，1：500－1：2000比例尺地形图要素分为9类： 控制点、居民地和垣栅、工业建筑物及设施、交通及附属设 施、管线及附属设施、水系及附属设施、境界、地貌和土质、 植被。
地形图要素分类代码由4位数字组成，左边一位是大类，后 面依次细分为小类、一级、和二级，均用1－9表示。例如， 一般房屋代码为2110，简单房屋代码为2120，围墙代码为 2430等。
（二）碎部测量方法与坐标计算
数字测图由绘图仪绘制地形图，需要绘制的地物轮廓特 征点必须有坐标，但由于受到地形和通视条件的影响，实际 测量中将有部分点不能用仪器在测站上直接进行观测，因此 碎部点测量除主要采用极坐标法外，还要采用其它一些测量 方法测定碎部点的坐标。在大多数的测图软件中都具有此功 能。
《1:500 1:1000 1:2000 地形图要素分类与代码 GB1804－93》
《国土基础信息数据分类与代码 GB－13923－92》
在《国土基础信息数据分类与代码》中，在上述编码基础上 又扩充一位，结构如下图所示：
大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。 识别位由用户自行定义，以便扩充。一般为“0”。
（二）碎部测量方法与坐标计算
极坐标法 两直线求交
视距法
延长量边法 垂直量边法 垂足法 直线方向交会
平行线交会
两点前方交会 后方交会 距离交会
直线距离交会
1、极坐标法
已知：P1（x1，y1，z1），P2（x2，y2，z2); 待求：PQ点的坐标（xQ，yQ，zQ); 测法：测站在P1点后视P2，后视方向方位角为H0，量得仪器高为Hi; 测得PQ点的水平角H、天顶距Z和斜距S及觇标高Th。
《国土基础信息数据分类与代码 GB－13923－92》
地形编码原则
尽管目前国内有统一的分类编码，但是由于数字测图软件开发 的思想、技术路线的不同，不同的软件其编码也不尽相同，但 都要遵守以下原则： 符合国标、图式分类，符合测量员的习惯。
力求简练，便于操作和记忆，符合测量员的习惯。
便于计算机处理。 编码要有系统性、科学性及可扩充性。
测点的点位是用仪器在外业测量中测得的，最终以X，Y，Z三 维坐标表示。测点时要表明点号，点号在测图系统中是唯一的， 根据它可以提取点位坐标。
一、野外数据采集模式—全站仪碎部点测量
坐标数据：
架仪器（量仪器高I） 测站定向 立尺（记棱镜高V） 观测（S、B、T）
计算坐标和高程 （X，Y，Z）
Px J x S cos(Ao B) Py J y S sin( Ao B) Ph J h S tan( ) I V T
一、控制测量数据采集
大比例尺地面数字测图控制与传统白纸测图控制的区别： 1、打破了分级布网、逐级控制的原则，一般一个测区一次性 整体布网，整体平差，所需的少量已知控制点可以用GPS确定。 这就保证了测区各控制点精度比较均匀。 2、由于目前与大比例尺数字测图系统相配套的都有一套地面 控制测量数据采集与处理一体化自动系统，从而使得地面控制 的数据采集、预处理（包括测站平差与粗差检核，近似坐标自 动推算、概算等）、平差、精度评定与分析、成果输出与管理 等全部实现了一体化和自动化。控制网的网形可以是任意混合， 如测边网、测角网、边角网、导线网、线性锁、多边形等。 3、测区控制点的密度与传统白纸测图相比可以大大减少，图 根控制的加密可以与碎部测量同时进行，随时应用自由设站法 或导线法（外业电子手簿包括图根控制加密程序）进行加密。
二、碎部测量数据采集
大比例尺地面数字测图与传统白纸测图相比，在碎部测量方面 具有以下特点：
4、白纸测图是在图根加密后进行碎部测量。数字测图的碎部 测量可在图根控制加密后进行，也可在图根控制点观测同时进 行，然后在内业计算图根点坐标后再进行碎部点坐标计算。 5、数字测图由数控绘图机绘制地形图，所有的地形轮廓转点 都要有坐标才能绘出地物的轮廓线来。对必须表示的细部地貌 也要按实测地貌点才能绘出。因此数字测图直接测量地形点的 数目比白纸测图会有所增加。
（一）自由设站法
自由设站的步骤： 设在一个自由设站点P上观测了N个控制点（观测方向数 受电子手簿提供的程序限制，一般不超过5个方），根据观测 值（方向值和距离）和控制点坐标先计算出设站点P的近似坐 标，然后列出方向和边长的误差方程式，再组成法方程，解算 法方程式，计算坐标。 自由设站的分类（根据连测控制点数的不同）： 用方向和距离连测两个控制点； 用多余观测进行自由设站； 用方向连测三个控制点，该方法和通常的后方交会相同，没 有多余观测和检查条件，一般不宜采用。
（一）碎部测量步骤
测站设置与检核 测站设置即安置仪器，包括对中、整平、定向，如果是全站仪的话 要输入测站点的坐标、高程和仪器高等。
有的测图软件本身具有测站设置功能，要求用户在对话框中输入测 站点号、后视点号以及安置仪器的高度，由程序自动提取测站点及后视 点的坐标，并反算后视方向的方位角。