工程测量毕业论文---浅谈全站仪数字测图技术

浅谈全站仪1:500数字测图技术
摘要
随着电子技术和计算机技术日新月异的发展及其在测绘领域的广泛应用,20世纪80年代产生了电子速测仪、电子数据终端,并逐步地构成了野外数据采集系统,将其与内业机助制图系统结合,形成了一套从野外数据采集到内业制图全过程的、实现数字化和自动化的测量制图系统,人们通常称作数字化测图简称数字测图。

数字测图技术作为一个独立的学科,涵盖范围比较广泛,主要包括全野外数字测图地图数字化成图摄影测量和遥感数字测图。

自改革开放以来,尤其是进入21世纪,我国大力发展经济建设,全站仪全野外数字测图技术被广泛应用于各项建设中.本论文通过黄河水院新校区1:500数字化成图详细介绍1:500全野外数字测图的作业方法,浅谈全站仪的使用和操作技巧碎部点的采集方法以及讨论CASS成图软件使用中遇到的问题和解决方案。

关键词：技术设计书；导线控制；数字测图外业；内业成图
目录
第一章概述 (2)
第一节数字测图的基本概念 (2)
1.1 数字地面模型 (2)
1.2 数字测图 (3)
1.3 全站仪数字测图系统 (3)
第二节全站仪数字测图的特点 (4)
2.1 数字测图过程中的自动化 (4)
2.2 数字测图产品的数字化 (4)
2.3 数字测图成果的高精度 (4)
2.4 数字测图理论的先进性 (4)
第三节全站仪数字测图的发展与展望 (5)
3.1 全站仪数字测图技术的发展 (5)
3.2 全站仪数字测图技术的展望 (5)
第二章全站仪数字测图系统及作业模式 (7)
第一节全站仪数字测图系统 (7)
1.1 全站仪数字测图系统硬件 (7)
1.2 全站仪数字测图系统软件 (9)
第二节全站仪数字测图的作业模式 (9)
第三章数字测图的准备工作 (11)
第一节外业工作前的准备 (11)
1.1 组织协调工作 (11)
1.2 收集资料 (11)
1.3 测区踏勘 (11)
1.4 仪器器材的准备 (11)
1.5 控制测量方案的设计 (11)
1.6 小组人员组织和安排 (11)
第二节数字测图技术设计书的编写 (12)
2.1 技术设计的意义 (12)
2.2 技术设计的基本原则 (12)
2.3 技术设计书的内容 (12)
第四章数字测图外业 (19)
第一节图根导线控制 (19)
1.1 平面控制 (19)
第二节导线平差计算 (22)
2.1 ESDPS平差软件 (22)
2.2 清华山维95平差软件 (24)
第三节全站仪碎部点数据采集 (26)
3.1 碎部点采集的方法 (26)
3.2 工作草图绘制要点 (26)
3.3 全站仪坐标数据采集 (26)
第四节野外数据编码 (28)
4.1 简编码设置 (28)
4.2 简编码测碎部点 (29)
第五章数字测图内业 (30)
第一节数据传输 (30)
第二节数据处理 (31)
2.1展野外测点点号 (31)
2.2 简码识别展点 (31)
第三节数字地形图绘制 (32)
3.1 南方CASS7.0软件 (33)
3.2 绘制数字地形图 (33)
3.3 数字地形图整饰 (35)
第六章数字测图成果的检查验收 (36)
第一节数字测图成果检查验收 (36)
第二节技术总结及提交资料 (36)
2.1 技术总结的主要内容 (36)
2.2 提交资料 (37)
第七章结论 (38)
参考文献 (39)
浅谈全站仪1:500数字测图技术
张天棋
（黄河水利职业技术学院，河南开封475003）
随着电子技术和计算机技术日新月异的发展及其在测绘领域的广泛应用,20世纪80年代产生了电子速测仪、电子数据终端,并逐步地构成了野外数据采集系统,将其与内业机助制图系统结合,形成了一套从野外数据采集到内业制图全过程的、实现数字化和自动化的测量制图系统,人们通常称作数字化测图简称数字测图。

数字测图技术作为一个独立的学科,涵盖范围比较广泛,主要包括全野外数字测图地图数字化成图摄影测量和遥感数字测图.自改革开放以来,尤其是进入21世纪,我国大力发展经济建设,全站仪全野外数字测图技术被广泛应用于各项建设中.本论文通过黄河水院新校区1:500数字化成图详细介绍1:500全野外数字测图的作业方法,浅谈全站仪的使用和操作技巧碎部点的采集方法以及讨论CASS成图软件使用中遇到的问题和解决方案。

关键词:技术设计书；导线控制；数字测图外业；数字测图内业
引论
数字测图是随着计算机、地面测量仪器（主要是全站仪）、数字化测图软件的应用而迅速发展的全新测图方法，广泛应用于测绘生产、水利水电工程、土地管理、城市规划、环境保护和军事工程等部门。

数字测图技术的应用发展，极大地促进了测绘行业的自动化和现代化进程，使测量成果不仅有在纸上的地形图，还有方便传输、处理、共享的数字地形图。

它将为信息时代地理信息的应用发展提供可靠的保障。

近年来,全站仪发展迅速,功能日趋强大,已经成为全野外数字测图的主要工具。

黄河水院新校区1:500数字成图采用目前应用广泛的全站仪数据采集、人机交互式软件成图的作业模式。

本论文在阐述全野外数字测图作业方法的同时将对全站仪和内业成图软件进行概括介绍。

第一章概述
广义的数字测图包括全野外数字测图(或称地面数字测图、内外一体化测图)、地图数字化成图、摄影测量和遥感数字测图。

狭义的数字测图指全野外数字测图。

本章主要介绍全站仪数字测图技术的基本概念和发展过程。

第一节数字测图的基本概念
1.1 数字地面模型
模型是用来表现其他事物的一个对象或概念,是按比例缩减并转变到我们能够理解的形式的事物本体。

一般来说,模型可以分为三种不同的层次,即概念模型、物质模型、数学模型.概念模型是基于个人的经验与知识在大脑中形成的关于状况或对象的模型,概念模型往往也形成了模型的初级阶段。

然而,如果事物非常复杂难以描述,则模拟也许只能停留在概念的形式上.物质模型通常是一个模拟的模型,如用橡胶塑料或泥土制成的地形模型等。

数学模型一般是基于数字系统的定量模型,根据问题的确定性和随机性数学模型又有函数模型和随机模型之分。

测绘学从地形测绘的角度来研究数字地面模型，一般仅把基本地形图中的地形要素，特别是高程信息，作为数字地面模型的内容。

测绘学家心目中的数字地面模型是新一代的地形图，地貌和地物不再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，而是通过储存在磁性介质中的大量密集的地面点的空间坐标和地形属性编码，以数字的形式描述。

其它非测绘应用的课题，通常根据各自的具体需要，将某些地形的特性信息与地形信息结合在一起，构成数字地面模型。

1.2 数字测图
数字测图就是要实现丰富的地形信息和地理信息数字化及作业过程的自动化或半自动化。

它尽可能缩短野外测图时间，减轻野外劳动强度，而将大部分作业内容安排在室内去完成。

与此同时，将大量手工作业转化为计算机控制下的机械操作，这样不仅能减轻劳动强度，而且不会降低观测精度。

数字测图的基本思想是将地面的地形和地理要素（或称模拟量）转换为数字量，然后由计算机对其进行处理，得到内容丰富的电子地图，需要时由图形输出设备输出地形图或各种专题图图形。

将模拟量转换为数字这一过程通常成为数据采集，野外地面数据采集法是数据采集的一种主要方法。

数字测图是经过计算机软件的自动处理（自动计算、自动识别、自动连接、自动调用图示符号等），自动绘出所侧的地形图。

因此，数字测图时必须采集绘图信息，它包括点的定为信息、连接信息和属性信息。

地图图形要素按照数据获取和成图方法的不同，可区分为矢量数据和栅格数据。

矢量数据是图形的离散点坐标（X,Y）的有序集合；栅格数据是图形像元值按矩阵形式的集合。

由野外测量仪器采集的数据、由解析测图仪获得的数据和手扶跟踪数字化仪采集的数据是矢量数据；由扫描仪和遥感获得的数据是栅格数据。

矢量数据与比例尺、地物密度有关。

全站仪全野外数字测图采集的是矢量数据。

计算机辅助设计（CAD）、图形处理和网络分析，都是利用矢量数据和矢量算法。

1.3 全站仪数字测图系统
数字测图系统是以计算机为核心，在外连输入、输出设备硬件和软件的支持下，对地形空间数据进行采集、输入、成图、处理、绘图、输出、管理的测绘系统。

数字测图系统主要由数据采集、数据处理和数据输出三部分组成。

1.3.1 数据采集
数据采集工作是数字测图的基础，它是通过全站仪测定地形特征点的平面位置和高程，将这些点位信息自动记录和存储在全站仪中，再传输到计算机中。

每一个地形特征点都有记录，包括点号、平面坐标、高程、属性编码和与其它点之间的连接关系等。

属性编码指示了该点的性质，计算机根据这些属性编码来区分不同的地图要素；点与点的连接关系，标明了哪些点按何种连接顺序构成个一个有意义的实体，通常采用绘草图的方式来确定。

在利用全站仪进行野外数据采集的过程中，既可以像常规测图那样，先进行图根控制测量，再进行碎部测量，也可以采取图根控制测量和碎部测量同时进行的方法，充分体现了数字测图数据采集过程的灵活性。

由于全站仪具有很搞的测量精度，一般在几百米的范围内测量误差均在1cm左右。

因此，在通视良好、定向边较长的情况下，一个测站的测图范围可以比常规测图时大。

野外数据采集的碎部测量方法仍以极坐标法为主，同时在有关软件支持下，也可以灵活采用其他方法，如方向直线交会法、单交会法、正交内插法、导线法、对称点法和填充法等。

1.3.2数据处理
数据处理是数字测图过程中的中心环节，它直接影响最后输出地形图的质量和数字地图在数据库中的管理。

数据处理是通过相应的计算机软件来完成的，计算机软件主要
包括地图符号库、地物要素绘制、文子注记、图形编辑、图形显示、图形裁剪、图形接边和地图整饰等功能。

通过计算机软件进行数据处理，生成可进行绘图输出的图形文件。

1.3.3 绘图输出
绘图输出是数字测图的最后阶段，可在计算机控制下通过数控绘图仪绘制完整的纸质地形图。

除此之外，还可根据需要绘制不同规格和不同形式的图件，如开窗输出、分层输出和变化输出等。

1.3.4 全站仪野外数字测图系统
全站仪野外数字测图系统是利用全站仪在野外直接采集有关地形信息并将其传输到计算机中，经过测图软件进行数据处理形成绘图数据文件，最后输出地形图。

由于全站仪具有较高的测量精度和方便灵活的特点，一般适用于小范围、大比例尺测图。

目前我国1：1000和1：500比例尺的数字测图主要采用这种方法。

第二节全站仪数字测图的特点
2.1 数字测图过程中的自动化
传统测图方式主要是手工作业，外业测量人工记录，人工绘制地形图，在图上人工量算所需要的坐标、距离和面积等。

数字测图则是野外测量自动记录，自动解算处理，自动成图、绘图，并向用图者提供可供处理的数字地图，用户可自动提取图数信息，实现了测图过程的自动化。

2.2 数字测图产品的数字化
传统白纸测图的主要产品的纸质地形图，而数字测图的主要产品是数字地图。

数字地图具有以下优点：
（1）便于成果使用和更新。

（2）方便成果的深加工。

（3）便于数据输出。

（4）便于建立地图数据库和地理信息系统。

2.3 数字测图成果的高精度
全站仪测量的数据作为电子信息，可自动传输、记录、存储、处理、成图、绘图。

在这全过程中，原始测量数据的精度毫无损失，从而获得高精度的测量成果。

数字地形图最好地体现了外业测量的高精度，也就是最好地体现了仪器发展更新、精度提高的高科技进步的价值。

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

2.4 数字测图理论的先进性
随着科技时代的到来，全站仪和计算机的迅猛发展和广泛应用，数字地形测量的理论和实践不断得到发展，诸如大比例尺数字地面模型的建模理论，等高线的插值和拟合理论，数据结构与计算机图形学，数字地形图内外业一体化理论，数字地图应用的理论，电子测绘仪器的原理、检核和使用方法，一步测量法等。

目前全站仪数字测图正处于蓬勃发展时期，还需不断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。

数字测图已经成为地形测绘的主流，代替了白纸测图，形成了自身的新的学科体系。

第三节全站仪数字测图的发展与展望
3.1 全站仪数字测图技术的发展
3.1.1内外业独立作业阶段
20世纪70年代末80年代初，电子速测仪问世，大比例尺地面数字测图发展起来，限于当时全站仪的普及和计算机技术的发展水平，数字测图采取内外业独立作业的模式。

先用全站仪测定实地地形数据，并用电子手簿记录，同时配合人工绘制的草图来记录点号、点与点之间的相关位置和连接关系，再到室内将测量数据由电子手簿传输到计算机，并由人工按草图输入和编辑生成图形文件，经计算机数据处理后，生成数字地形图，最后由绘图仪绘图输出地形图。

在这一时期，由于全站仪的价格昂贵，应用还很不普及，有些研究单位甚至采用了由光学经纬仪、测距仪和PC-1500袖珍计算机作为野外数据采集的设备。

到了80年代中后期，随着计算机软硬件技术的发展，数字测图的软件在性能上得到了明显提高。

利用野外数据采集软件，不仅可以对单点点位进行自动记录，还可以记录绘图所需的其它信息，并且一些记录项可由软件自动缺省记录，使必须由工作人员输入的数据大为减少。

3.1.2 内外业一体化阶段
20世纪90年代，便携式计算机的应用得到普及，这给数字测图技术提供了发展机遇，国内外数字测图的研究人员抓住了这一机遇，将便携式计算机及时地应用到数字测图中，形成了由全站仪、便携机和测图软件组成的数字测图系统，为数字测图一体化创造了条件。

内外业一体化的数字测图模式克服了前一阶段内外业独立作业模式的缺点，实现了现场实时成图，保证了测量成果的正确性。

由于这一数字测图模式在自动成图的基础上，同时也体现了传统平板仪现场成图的特点，人们习惯将这种数字测图系统成为电子平板。

1993年以后，内外业一体化的数字测图系统相继问世，具有代表性的产品主要有清华大学的EPSW系统和南方测绘仪器公司的CASS系统等。

同一时期，瑞士徕卡、日本杰科等公司也都推出了类似的数字测图系统，电子平板已成为数字测图系统的主流。

在数字测图系统发展的过程中，日本杰科公司和我国广州开思公司还对野外测图方式进行了改进，把便携机放在棱镜站，通过在测站与棱镜站之间建立的无线数据传输的方法，将全站仪的测量数据传输到便携机中。

3.2 全站仪数字测图技术的展望
今后全站仪数字测图技术的发展趋势体现在全站仪自动跟踪测量模式。

普通的全站仪在进行点位测量时，测站上仍要靠作业员来完成寻找目标和照准，随着科学技术的发展，瑞士创力、日本拓普康等公司推出了自动跟踪全站仪，瑞士徕卡公司推出了遥控测量。

利用自动跟踪全站仪，可以实现测站的无人操作，测量的数据由测站自动无线传输到位于棱镜站的便携机中，这样就可减少野外数字测图人员的数量。

从理论上讲，按照这种全站仪自动跟踪测量方法，可以实现单人数字测图。

尽管目前这种仪器价格昂贵，还仅适用于特定的场合，但随着科学技术的不断发展，它必将在数字测图中得到广泛应用。

第二章全站仪数字测图系统及作业模式
随着全站仪和数字化成图软件的迅速发展，数字测图的作业模式也在不断发展。

本章主要介绍全站仪数字成图系统的软硬件设备和作业模式。

第一节全站仪数字测图系统
全站仪数字测图系统是利用计算机技术将全站仪野外数据采集系统与内业机助制图系统相结合，对地形空间数据进行数据采集、数据处理及数据输出的系统。

它包括硬件和软件两个部分。

1.1 全站仪数字测图系统硬件
1.1.1 计算机
计算机作为全站仪数字测图系统中的一个主要设备，具有数据传输、数据处理、数据保存及修改、图形输出等功能，是数字测图系统中不可缺少的一部分。

计算机硬件由中央处理器（CPU）、存储器、输入设备、输出设备、总线等几部分组成，每一部分分别按要求执行特定的基本功能。

计算机软件由系统软件和各种各样的应用软件组成，在全站仪数字测图系统中，应用软件就是指数字化成图软件，论文将在后面详细介绍。

1.1.2 全站仪
全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Total Station）。

它是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系统，其测量成果能自动显示，并能与外围设备交换信息。

近年来，全站仪的发展异常迅猛，以至于从某种意义上说，改变了测量工作的作业习惯和方式，也拓展了测量技术的一些概念和手段，使全站仪的应用前景更加广阔。

在全站仪数字测图中，全站仪是野外数据采集的重要的仪器设备。

1.1.
2.1 全站仪的基本组成
（1）为采集数据而设置的专用设备：主要有电子测角系统、电子测距系统、数据存储系统和自动补偿系统等。

（2）过程控制机：主要用于有序地实现上述每一专用设备的功能。

1.1.
2.2 全站仪的分类
从结构形式上分，全站仪可分为“组合式”和“整体式”两种类型。

组合式，也成积木式，它是指电子经纬仪和红外测距仪、微处理器和电子记录装置既可分离也可组合，现在基本淘汰。

整体式，也称集成式，它是把电子经纬仪和红外测距仪、微处理器和存储设备做成一个整体。

这种仪器的优点是电子经纬仪和红外测距仪使用共同的光学望远镜，方向和距离只需要瞄准一次。

整体式全站仪一般都具有双轴补偿系统，并且都带内存，操作十分方便。

全站仪基本向着整体式发展。

随着计算机技术的不断发展与应用以及用户的特殊要求与其它工业技术的应用，全站仪出现了一个新的发展时期，出现了防水型、防爆型、
电脑型等全站仪，一些型号的全站仪能自动跟踪和识别目标，自动完成测量工作，自动化程度高，这种全站仪叫做测量机器人，代表全站仪的发展方向。

1.1.
2.3 全站仪的角度测量
全站仪测角是由仪器内集成的电子经纬仪完成的。

电子经纬仪的测角系统有三类，即绝对式编码度盘测角、增量式光栅度盘测角以及动态式测角。

在开始角度测量前务必做三项检查：
（1）全站仪准确地安置在测站点上。

（2）垂直和水平度盘指标已设置好。

（3）仪器参数已设置完成。

1.1.
2.4 全站仪的距离测量
目前，全站仪内置的测距仪大都采用相位式红外测距仪。

相位式红外测距仪是通过测量调制光在侧线上往返传播所产生的相位移，间接地测定时间t，然后按下式求出距离D：
D=t·c/2 （式2.1）1.1.2.5 全站仪的基本功能
（1）自检功能。

（2）自动调节光强。

（3）单位换算。

（4）预设功能。

（5）运算功能。

（6）跟踪测量。

（7）电子手簿。

（8）倾斜补偿。

（9）内存软件。

此外，还有红光导向、背光照明、十字丝照明、无线遥控、单向通信、空间数据传输、自编程序、自动寻找目标、蓝牙通信技术等功能，为用户提供了极大的方便，使内外业的测量工作一体化。

1.1.
2.6 全站仪操作的注意事项
（1）仪器应由专人使用、保管。

迁站、装箱时只能握住仪器支架，而不能握住镜筒，以免对仪器造成损伤，影像观测精度。

（2）日光下测量应避免将目镜瞄准太阳。

若在太阳下作业应安装滤光器。

（3）避免在高温和低温下存放仪器，亦避免温度骤变。

在高温天气作业时，必须撑伞。

（4）仪器不使用时，应将其装入箱内，置于干燥出，注意防震、防尘和防潮。

（5）若仪器工作处温度与存放处温度差异过大，应先将仪器留在箱内，直至它适应环境后再使用仪器。

（6）仪器长时间不用时，应将仪器上的电池卸下分开存放。

电池应每月充电一次。

（7）仪器运输应将仪器装于箱内进行，运输时应小心避免挤压、碰撞和剧烈震动，长途运输最好在箱子周围使用软垫。

（8）外露光学元件需要清洁时，应用脱脂棉或镜头纸轻轻擦净。

仪器被雨水淋湿后，切勿通电开机，应用干净软布擦干并在通风处放一段时间。

（9）作业前应仔细全面检查仪器，确定各项指标、功能、设置和参数均符合要求时再进行作业。

（10）非专业维修人员不可擅自拆开仪器。

1.2 全站仪数字测图系统软件
1.2.1 计算机系统软件
计算机系统软件是指管理、控制和维护计算机及其外部设备，提供用户与计算机之间界面等方面的软件。

系统软件包括操作系统和操作计算机所需的其它软件。

1.2.2 数字成图软件
数字成图软件有很多种，在我国应用最为广泛的是CASS软件，本论文主要介绍这款软件。

南方地形地籍成图软件CASS是广州南方测绘仪器公司基于AutoCAD平台开发的GIS 前端数据采集系统。

主要应用于地形成图、地籍成图、工程测量应用三大领域。

它全面面向GIS，打通了数字化成图系统与GIS的接口。

CASS以AutoCAD为平台，充分利用AutoCAD的最新技术，采用真色彩XP风格界面，重新编写和优化了程序代码，加强了等高线、电子平板、断面设计等技术，系统运行更高效、更稳定。

同时其大量使用快捷工具，使数据浏览编辑和系统设置更加方便快捷。

CASS6.0成图软件技术特色如下：
（1）采用CELL技术的人机交互界面，数据编辑管理、系统设置更方便快捷。

（2）方便灵活的电子平板多测尺功能，更符合测量习惯。

（3）完全可视化的断面设计功能，图数互动、设计过程更直观。

（4）方便的图幅管理功能，地形图分幅更规范省心。

（5）数据质量全程控制，与主流GIS无缝接口。

第二节全站仪数字测图的作业模式
全站仪数字测图采用全野外数据采集的作业模式。

是指所用成图数据全部在野外用全站仪实地测量（碎部测量），并将数据经通信线传入计算机，再用绘图软件处理并编辑成图。

全站仪全野外数据采集主要是数字侧记模式（测记法）。

下面简单介绍测记法。

所需的主要仪器：
全站仪一套（主机、三脚架、棱镜和对中杆若干）
人员安排:
每组一般需仪器观测员（兼记录员）1名，绘草图领镜员1名，立镜员1-2名，其中绘草图员是作业组的指挥着，需技术全面的人担任。

侧前准备：
进入测区后，绘草图员首先对测站周围的地形、地物分布情况大概看一遍，认清方向，及时按近似比例尺绘一份含主要地物、地貌的草图（若在放大的旧图上可以更准确地标明地物、地貌特征），便于观测时在草图上标明所侧碎部点的位置和点号。

工作流程：
仪器观测员指挥立镜员到事先选好的某已知点上准备立镜定向；快速架好仪器，量。