大比例尺数字测图的发展趋势

大比例尺数字测图的发展趋势
广东省罗定市公路局,广东罗定
欧金标
摘要:介绍了数字测图的产生背景,并对测量方法与手段的发展历程进行了阐述,分析了大比例尺数字测图系统的发展与简化,最后对大比例尺数字测图的发展趋势进行了展望,以减轻工作人员的工作强度,同时提高了测图的精度。

关键词:大比例尺,数字测图,测图系统,测图精度
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革新的最积极、最有活力的因素和最可靠的技术保障,地形测量从白纸测图变革为数字测图,测量的成果不仅是绘制在纸上的地形图,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。

1 数字测图的产生
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(称外业),在室内作计算、处理,绘制地形图(称内业)等。

由于地形测量的主要成果———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,按图式符号展绘到白纸(绘图纸或聚酯薄膜)上,所以又俗称白纸测图或模拟法测图。

近几年,全站仪作为当前应用最为广泛的测绘仪器,是电子技术与光学技术结合发展的光电测量仪器,集测距仪、电子经纬仪的优点于一体。

在智能型全站仪中采用了光、电、磁、机的最新科学成果,具有了测距、测角功能。

国际上先进的全站仪均以存储卡、内部存储器或电子手簿的方式记录数据,具有双路传输的通讯功能,可以与外部计算机或电子手簿进行数据的相互传递,也可以依靠外部计算机或电子手簿的指令进行测量工作。

以全站仪为代表的智能化、数字化仪器是测量仪器今后的发展方向之一。

有了全站仪等先进测量仪器和计算机技术的大力支持,就可以建立三维数据自动采集、传输、处理的测量数据处理系统,将传统的手簿记录、手工录入、繁琐计算等大量的重复性的工作角有计算机处理,在减轻工作人员工作强度的同时效益提高了,速度加快了,精度也得到了保证和提高。

2 测量方法与手段的发展
在测量仪器发展的同时,测量方法与手段也在不断发展。

以卫星遥感(RS)、全球定位系统(GPS)为代表的空间对大地观测技术在测绘科学中的应用日趋成熟,遥感包括卫星遥感和航空遥感,基于遥感资料建立数字地面模型(DTM)进而应用于测绘工作已获得了较多的应用。

GPS(global positioning system)是美国国防部于1973年组织研制的军用导航定位系统,20世纪80年代商品化并推广到民用,引起各界广泛的注意。

GPS定位方法精度高,方便灵活。

GPS定位技术在测绘中的应用和普及,是测绘科技的一个重大的突破性进展。

GPS已经成为大地测量的主要技术手段,不仅具有全天候、高精度和高度灵活性的优点,而且与传统的测量技术相比,无严格的控制测量等级之分,不必考虑测点间通视,不需造标,不存在误差积累,可时进行三维定位等优点,在外业测量模式、误差来源和数据处理方面是对传统测量观念的革命性转变。

惯性测量系统(InerTIAl Surveying System:ISS)是一种导航定位技术,具有全天候、自主式、快速多能和机动灵活等优点。

为大地测量、工程测量和矿山测量作业的自动化和全能型提供了另一种新的技术手段。

它是一种利用惯性导航的原理同时获取多种大地测量数据(经纬度、高程、方位角、重力异常和垂线偏差等)的技术系统。

ISS可分为两大类:平台式和捷联式。

ISS在测绘领域主要应用于:1)控制测量;2)管线监测、定位、地壳变形、地表沉陷观测;3)
井下定位、各种工程和建筑测量;4)地震、重力测量、地球物理研究;5)井筒和管道梁的垂直性监测等。

GPS/ISS组合系统能够使GPS与ISS的性能得到很多互补,以整体大地测量模型进行数据处理,同时确定三维坐标和大地水准面,是满足高精度导航和定位要求的发展方向之一。

3 大比例尺数字测图系统的发展与简化
这些测量仪器与测量技术的发展结果,显而易见的是外业的工作方式:携带的基本物品是一台全站仪、一个三脚架、两根标杆、两个棱镜和一卷钢尺(还可以加一个电子手簿或装有测量软件的便携式计算机),测量的计算工作全部交给全站仪或计算机,如果电子手簿提供功能或使用便携式计算机,就可以同时编辑图形、加注属性,将测量的大部分工作在外业中完成,现在大量使用的一些电子平板测量系统就是这样的。

虽然提高了效率、减轻了强度,可是外业人员还会抱怨要带的仪器过多,对于测图系统集成的呼声日益高涨。

所谓测图系统,包括测量仪器和大比例尺测图软件以及软件的运行平台;所谓简化,是在不降低测量技术水平和工作效能的条件下使用最少的设备,提高测图软件的实用性和易用性,所以测图系统要简化,不但测图软件和软件运行平台的集成度要提高,而且测量仪器也要利用先进的电子技术和机械制造技术实现一机多能。

借鉴电子平板测量系统产生了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;棱镜站有跑镜员和电子平板操作员(甚至平板操作员兼任司镜员)。

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记录、成图。

瑞典捷创力(Geotronic)、日本拓普康(Top-con)等推出的自动跟踪全站仪的单人测量系统,再加上电子平板即可实现此模式。

1997年徕卡(Leica)推出的TCA全站仪+RCS1000控制器(遥控器),实现了遥控测量(remote control sur-veying,RCS),使自动跟踪测量模式更趋于现实。

测站无人操作,而在镜站遥控开机测量,全站仪自动跟踪,自动照准,自动记录,及时获取观测成果,还可在镜站遥控进行检查与编码。

TCA遥控测量系统与电子平板连接,则可实现自动跟踪模式的电子平板数字测图。

目前此种模式价格昂贵,适用于特定的应用场合。

FIG第21届大会于1998年7月19日~25日在英国南部沿海城市布徕顿召开,近百个国家和地区千余代表参加了会议。

当时会议上有关GPS的论文较多,充分反映了GPS技术发展迅速、应用广泛,GPS系统仪真正成为高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位、定时的多功能系统。

当时会议中反映出的信息是:
1)一种GPS和GLONASS相结合的新型的GPS接收机在一个测站上可能利用多达20颗卫星,精度和适应性将大大提高。

2)GPS接收机与全站仪相结合的新型全站仪已经问世,这种仪器具有GPS和全站仪的特性,适应于任何测量工作。

3)无反射镜的全站仪已走向市场,而且精度有所提高,这使全站仪向自动化方向又迈进了一步。

4)能够自动照准天然目标的新一代测量机器人的设计思想已经成熟,不久将有仪器问世。

在如今的测绘作业中,工作方式正由全站仪单独作业向全站仪配合电子手簿或便携式计算机的电子平板方式过渡。

在这一方式产生巨大经济效益的同时,也暴露出了该方式的不足之处,便携式计算机价格较高,保养维护要求高,装有测量软件的便携式计算机虽然功能强大,但在携带、操作、工作时间、工作环境要求等方面与电子手簿相比略显不足,而电子手簿虽然价格较低,但是功能有限,除了测量数据的计算功能外,只有少数的几种能够显示图形,大多数只是一个数据的载体。

那么能否将便携式计算机与电子手簿的优势互补?可以,性能不断加强的掌上式电脑装上专业定制的测量软件后,就达到了便携式计算机和电子手簿的最佳组合。

例如,海信新型HPC提供了20RAM(随机存取内存),为操作系统及应用软件提供了足够的运行空间,极大的提高了应用软件的运行速度,减少手写输入的识别时间,真正实现了
“即写即现”,这种掌上电脑尺寸小、低能耗、重量不足500 g。

它的袖珍存储卡扩展槽提供掌上电脑功能的扩展,如网卡、快闪存储卡以及无线传输卡等,使用此项功能可以在任何时候插入或退出CF扩展卡。

当插入快闪存储卡的时候,就可以将资料存进卡内;当需要使用其所对应的应用软件时,可以直接按下快捷键,系统会自动开机并进入相应的应用软件。

掌上电脑使用图形用户操作界面的操作系统,具有良好的图形显示和交互操作的特性,由电子手簿的Yes或No的应答式操作改为人机交流的交互式操作;装载了专业测量软件后,就成为了小型的测图软件平台,在这个平台上可以利用测量软件的功能,将全站仪采集的离散点数据
编辑成带有属性的图形数据,在编辑的同时就可显示在屏幕上,也就是“即测即现”;由于掌上电脑屏幕分辨率的提高,显示的图形将更细腻、更精确,使得在测量现场就可对数据进行检查;低能耗的优点,不仅是满足长时间作业的要求,而且保持了作业的连续性,在最佳的测量条件下进行最多的测量作业,减少测量环境对测量数据精度的影响。

掌上电脑在测量中的使用必将推动测绘业的发展,产生巨大经济与社会效益,为国家基础设施建设、矿产资源调查利用、百姓交通旅行、国防建设、环境保护等与国家和个人息息相关的多方面提供有力支持。

但从长远来看,这只是测图系统集成的一个阶段。

4 大比例尺数字测图的美好未来
发展创造需求,需求指引发展,测图系统的集成是必然趋势。

GPS和全站仪相结合的新型全站仪已被用于多种测量工作,掌上电脑和全站仪的结合或者全站仪自身的功能不断完善,到时如果全站仪的无反射镜测量技术进一步发展,精度达到测量标准要求,那么测量工作只需携带一台新型全站仪和一个三脚架,而操作员也只需一人。

展望未来,随着科技的进一步发展,将来的大比例尺测图系统将没有全站仪和三脚架,只是操作员的工作帽上安着GPS接收器以及激光发射和接收器,用于测距和测角,眼前搭小巧的照准镜,手中拿着带握柄的掌上电脑处理数据、显示图形,腰上别着的无线数据传输器则将测得的数据实时传回测量中心,测量中心则收集各个测区的测量数据,生成整体大比例尺地形数据库。

这就是大比例尺数字测图的美好明天。

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