第二章 全野外数字化测图

原图数字化采集
• ①手扶跟踪数字化 • 将地图平放在数字化仪的台面上，用一个带十字丝的游 标，手扶跟踪等高线或其他地物符号，按等时间间隔或等距 离间隔的数据流模式记录平面坐标，或由人工按键控制平面 坐标的记录，高程则需由人工从键盘输入。这种方法的优点 是所获取的向量形式的数据在计算机中比较容易处理；缺点 是速度慢、人工劳动强度大。
•②据具有规则的格网形式。通过固 定某一方向(如X方向)，而在另一方向(如Y方向)以 等间隔移动测标，同时对每一点测量其高程值，便 可获得规则格网数据。在这样测量方法中，量测点 在X或Y方向的移动由微处理器自动控制，不需要手 工的操作。这各方法非常适于自动或半自动的数据 采集。
数字测图的优点
• 大比例尺数字测图有力地冲击着传统的平板仪或 经纬仪的白纸测图方法，大有取代白纸测图之势， 这是因为数字测图具有诸多的优点。
• 1．测图用图自动化
• 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、距离和面积等等。数字测图则使野外测量 自动记录，自动解算，使内业数据自动处理，自 动成图，自动绘图，并向用图者提供可处理的数 字地（形）图软盘，用户可自动提取图数信息。
• 3．点位精度高
• 传统的经纬仪配合小平板、半圆仪白纸测图，地物点平面位 置的误差主要受解析图根的测定误差和展绘误差、测定地物 点的视距误差、方向误差、地形图上的地物点的刺点误差等 影响，综合影响使地物点平面位置的测定误差图上约为士 0.5ｍｍ（１：1000比例尺），主要误差源为视距误差和刺 点误差。经纬仪视距高程法测定地形点高程时，即使在较平 坦地区（0～6），视距为150ｍ，地形点高程测定误差也达 土0.06ｍ，而且随着倾斜角的增大，高程测定误差会急剧增 加。 • 用全站仪采集数据，测定地物点的误差在450ｍ内约为士22 ｍｍ，测定地形点的高程误差在450ｍ内约为士21ｍｍ，若 距离在300ｍ以内，则测定地物点误差约为士15ｍｍ，测定 地形点的高程误差约为士18ｍｍ。在数字测图中，野外采集 的数据的精度毫无损失，也与图的比例尺无关。数字测图的 高精度为地籍测量、管网测量、房产测量、工程规划设计等 工作提供了保证。
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目前我国主要采用数字化仪法、航测法和大 地测量仪器法采集数据。前两者主要是室内作业 采集数据，大地测量仪器法是野外采集数据。
• 野外数据采集
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野外常规数据采集是工程测量中，尤其是工 程中大比例尺测图获取数据信息的主要方法。而 采集数据的方法随着野外作业的方法和使用的仪 器设备不同可以分为下面三种形式。
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剖面法
与规则格网法类似，它们之间的惟一区别 是在格网中量测点在格网的两个方向上都是均 匀采集，而在剖面法中，只是在一个方向即剖 面方向上均匀采样。在剖面法中，通常情况下 点以动态方式量测，而不像规则采样中以静态 方式进行。因此从速度方面具有较高的效率。 但其精度将比以静态方式量测的规则格网点的 精度低。另外这种方法固有的缺点是如果要保 持较小而且重要的地形特征，那就必须保证采 样数据有较高的冗余度。大多数情况下，剖面 法并非主要为了采集DEM数据，而是正射影像 的生产联系到一起的，从这一方面来说，DEM 数据更像剖面法的副产品，而不是主要产品。
第二章 全野外数字化测图
第一节、数字测图基本思想、优点 第二节、数字测图的基本过程、特点 第三节、数字测图的作业模式 第四节、全站仪的使用 第五节、控制测量 第六节、大比例尺地形图野外数字测图 第七节、施工放样 第八节、变形监测
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数字测图的优点
• 2．图形数字化
• 用软盘保存的数字地（形）图，存储了图中具有 特定含义的数字、文字、符号等各类数据信息， 可方便地传输、处理和供多用户共享。数字地图 不仅可以自动提取点位坐标、两点距离、方位以 及地块面积等，还可以供工程、规划、ＣＡＤ （计算机辅助设计）使用和供ＧＩＳ（地理信息 系统）建库使用。数字地图的管理，即节省空间， 操作又十分方便。
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渐进采样
为了使采样分布合理，即平坦地区样点较 少，地形复杂地区的样点较多，采用渐近采样 方法。此方法中，小区域的格网间距逐渐改变， 而采样也由粗到精地逐渐进行。优点：渐近采 样能解决规则格网采样方法所固有的数据冗除。 缺点：地表突变邻近区域内的采样仍有较高的 冗除度，有些相关特性在第一轮粗略采样中有 可能丢失，并且不能在其后的任一轮采样中恢 复；跟踪路径太长，导致时间效率降低。
第二节、数字测图的基本过程
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数字测图的作业过程与使用的设 备和软件、数据源及图形输出的目的 有关。但不论是测绘地形图，还是制 作种类繁多的专题图、行业管理用图， 只要是测绘数字图，都必须包括数据 采集、数据处理和图形输出三个基本 阶段。
一、数据采集
• 数据采集主要有如下几种方法：
• 1 ＧＰＳ法，即通过ＧＰＳ接收机采集野外碎部点的信息数 据； • 2 航测法，即通过航空摄影测量和遥感手段采集地形点的信 息数据； • 3 数字化仪法，即通过数字化仪在已有地图上采集信息数据； • 4 大地测量仪器法，即通过全站仪、测距仪、经纬仪等大地 测量仪器实现碎部点野外数据采集。
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数字测图的基本思想是将地面上的地形和地 理要素（或称模拟量）转换为数字量，然后由电 子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（如显示器、绘图仪） 输出地形图或各种专题图图形。将模拟量转换为 数字这一过程通常称为数据采集。数字测图就是 通过采集有关的绘图信息并及时记录在数据终端 （或直接传输给便携机），然后在室内通过数据 接口将采集的数据传输给电子计算机，并由计算 机对数据进行处理，再经过人机交互的屏幕编辑， 形成绘图数据文件。最后由计算机控制绘图仪自 动绘制所需的地形图，最终由磁盘、磁带等贮存 介质保存电子地图。过程如下图所示：
第一节、数字测图的基本思想、特点
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传统的地形测图（白纸测图）实质上是将测得的 观测值（数值）用图解的方法转化为图形。这一转化 过程几乎都是在野外实现的，即使是原图的室内整饰 一般也要在测区驻地完成，因此劳动强度较大；再则， 这个转化过程将使测得的数据所达到的精度大幅度降 低。特别是在信息剧增，建设日新月异的今天，一纸 之图已难载诸多图形信息；变更、修改也极不方便， 实在难以适应当前经济建设的需要。 数字测图就是要实现丰富的地形信息和地理信息 数字化和作业过程的自动化或半自动化。它希望尽可 能缩短野外测图时间，减轻野外劳动强度，而将大部 分作业内容安排列室内去完成。与此同时，将大量手 工作业转化为电子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。
• ③野外使用全站仪方法 • 用全站仪进行外业观测，测量数据自动存入 仪器的数据终端，然后将数据终端通过接口设备 输入到计算机。采用这种方法则从外业观测到内 业处理直至成果输出整个流程实现自动化。
大比例尺地面数字测图特点
• 与传统白纸测图相比，有如下特点 特点： 特点
• 1．白纸测图通常是在外业直接成图，除在1： 500的地形图上对主要建筑物轮廓点注记外，其余碎 部点坐标是不保留的。外业工作除观测数据外，地 形图的现场绘制、清绘占地形测量很重的比例。数 字测图在外业是记录观测数据或计算的坐标。在记 录中，点的编号和特征码是不可缺少的信息，特征 码的记录可在该测时输入记录器或在内业根据草图 输入。数字测图对于数据记录要有一定的格式，这 种格式应被数字测图软件所识别，能和数据库的建 立统一起来。
• ②扫描数字化或称屏幕数字化 • 利用平台式扫描仪或滚筒式扫描仪将地图扫描得到栅格 形式的地图数据，再将栅格数据转换成矢量数据。目前主要 采用半自动化跟踪的方法，即先由计算机自动跟踪和识别， 当出现错误或计算机无法完成的时候再进行人工干预，这样 既可减轻人工劳动强度，又能使处理软件简单易实现。数字 化后的等高线数据通过一定的处理如粗差的剔除、高程点的 内插、高程特征的生成等便可产生最终的DEM数据。
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• 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，也可和图根控制的观测同时进行，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 轮廓点来。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要多。
• 8．可作为GIS的重要信息源 可作为GIS GIS的重要信息源
• 地理信息系统(GIS)具有方便的空间信息查 询检索功能、空间分析功能以及辅助决策功能， 这些功能在国民经济、办公自动化及人们日常 生 活 中都 有广泛 的 应用 。然而，要建立一个 GIS ，花在数据采集上的时间和精力约占整个 工作的８０％；GIS要发挥辅助决策的功能，需 要现势性强的地理信息资料。数字测图能提供 现势性强的地理基础信息，经过一定的格式转 换，其成果即可直接进入GIS的数据库，并更新 GIS的数据库。一个好的数字测图系统应该是 GIS的一个子系统。
• 6．能以各种形式输出成果
• 计算机与显示器、打印机联机时，可以显示 或打印各种需．要的资料信息，如用打印机可打 印数据表格，当对绘图精度要求不高时，可用打 印机打印图形。计算机与绘图议联机，可以绘制 出各种比例尺的地形图、专题图，以满足不同用 户的需要。
• 7．便于成果的深加工利用
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数字测图分层存放，可使地面信息无限存放（这 是模拟图无法比拟的优点），不受图面负载量的限 制，从而便于成果的深加工利用，拓宽测绘工作的 服务面，开拓市场。比如ＣＡＳＳ软件中共定义２ ６个层（用户还可根据需要定义新居），房屋、电 力线、铁路、植被、道路、水系、地貌等均存于不 同的层中，通过关闭层、打开层等操作来提取相关 信息，便可方便地得到所需的测区内各类专题图、 综合图，如路网图、电网图、管线图、地形图等。 又如在数字地籍图的基础上，可以综合相关内容， 补充加工成不同用户所需要的城市规划用图、城市 建设用图、房地产图以及各种管理用图和工程用图。
航片数据采集
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涉及DEM数据采集的摄影测量采样方法包括等高线 法、规则格网点法、选择采样点、渐进采样法、剖面法、 混合采样法等，这些方法可以是人机交互的或自动化的。 沿等高线采样
• ①
• 在地形复杂及陡峭地区，可采用沿等高线跟踪的方式进 行数据采集，在平坦地区，则不宜采用此方式。沿等高 线采样可按等距离间隔记录数据或按等时间间隔记录数 据。采用等时间间隔记录数据时，由于等高线曲率大的 地方跟踪的速度较慢，因而采集的点较密集，而在曲线 较平直的地方跟踪速度较快，采集的点较稀疏，故只要 选择恰当的时间间隔，所记录的数据就能很好地描述地 形，又不会有太多的数据冗余。
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2．数字测图中，电子手簿应具有测站 点坐标计算功能，可以自由设站。同时测 距仪在几百米距离内测距精度较高，可达 1厘米。因此，一般来说地图图根点的密 度相对于白纸测图的要求可减少。碎部测 量时可较多采用自由设站的方法建立测站 点。 3．碎部测量时不受图幅边界的限制， 外业不再分幅作业，内业图形生成时由软 件根据图幅分幅表及坐标范围自动进行分 幅和接边处理。
• 4．便于成果更新
• 数字测图的成果是以点的定位信息和属性信息存 入计算机，当实地有变化时，只需输人变化信息 的坐标、代码，经过编辑处理，很快便可以得到 更新的图，从而可以确保地面的可靠性和现势性， 数字测图可谓“一劳永逸”。
• 5．避免因图纸伸缩带来的各种误差
• 表示在图纸上的地图信息随着时间的推移，会因 图纸的变形而产生误差。数字测图的成果以数字 信息保存，避免了对图纸的依赖性。
• ①普通地形图测图方法 • 使用普通的测量仪器，例如经纬仪、平板仪 和水准仪等，将外业观测成果人工记录于手簿中， 再进行内业数据的处理，然后输入到计算机内。
• ②使用测距经纬仪和电子手簿方法 • 用测距经纬仪进行外业观测距离，水平方 向和天顶距等，用电子手簿在野外进行观测数 据的记录及必要的计算并将成果贮存。内业处 理时再用电子手簿中的观测数据或经处理后的 成果输入计算机中。