野外数字化测图的一种新方法.doc

gaojiaoluntan 高 教 论 坛野外数字化测图的一种新方法孙海山 孟爱国摘 要：数字化测图是现在地形图测绘广泛推广的一种测量新技术，其过程包括野外测量数据采集和内业计算机成图两部分。本文主要根据数字化测图的原理，就野外控制测量和碎步测量数据的采集的方法做了比较全面的说明，对数字化测图的推广应用具有一定的理论指导意义和实用价值。关键词：数字化测图；控制测量；碎步测量 - 107 -数字化测图与传统的白纸测图相比野外作业过程基本相同，都是先控制测量，后碎步测量，先整体后局部。碎步测量都是在图根点设站，地形、地物特征点都要跑点或立镜，但是由于数字化测图中，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。下面重点介绍一种数字化测图中数据采集的特点及测量方法。一、控制测量数据采集1、2大比例尺地面数字测图的控制与传统的白纸测量控制相比有其明显的不同：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。 作者简介：孙海山（1961-），男，呼伦贝尔学院工程分院，副教授，高级工程师，1983年7月毕业于原阜新矿业学院，主要从事工程测量教学和研究工作。 2、由于目前与大比例尺数字测图系统相匹配的都有一套地面控制数字测量数据采集与处理一体化系统，如武汉科技大学和武汉瑞得测绘自动化公司联合研制的（cosa）系统，epsw的控制测量数据采集系统（nasew）等，从而使得地面控制测量的数据采集、预处理、平差、精度评定及分析、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、导线网、线形锁、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步测量同步进行，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。（一）自由设站法自由设站是大比例尺地面测图常用的建立测站的一种方法，使用全站仪及具有设站程序功能的电子手簿，在一个未知坐标的测站上25个控制点进行方向和距离进行观测，便可自动计算出测站点的坐标，接着即进行地形点的测量工作。自由设站的优点在于：自由设站要求的控制点数目少，设站基本不受图形限制；自由设站的平面坐标按间接平差计算，具有较高的平面坐标精度，其高程可按测距三角高程测量方法求得。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个方向）根据观测值（方向值及距离）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，再组成法方程结算法方程式，计算坐标。进行自由设站时，根据连测控制点数目的不同，分为三种情况：一是用方向和距离两个控制点；二是用方向连测三个控制点；三是用多余观测进行自由设站（如图1）。只连测三个控制点的方向进行自由设站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。（二）一步测量法图1 自由设站法示意图在电子平板测图中提出了图根控制与碎步测量同步进行的测量方法，称为“一步测量法”。在一个测站上，先测导线的数据（角度、边长等）紧接着在该测站进行碎步测量。一步测量法也同时满足现场实时成图的需要，如图2。现以附和导线为例加以说明。图2中j,k,q,t为已知点，m,n,o,p为图根点，1，2，3为碎步点，其作业步骤如下：图2 一步测量法示意图1、全站仪安置在k点（已知坐标），后视j点，前视m点，测水平角k及前视天顶距、斜距和站标高。由k点坐标即可算得m点的坐标(xm,ym,zm)。2、仪器不动，后视j点作零方向，施测k测站周围的碎步点1、2、3，并根据k点坐标，算得各碎步点的坐标。根据碎步点的坐标、编码及连接信息，显示屏上实时展绘碎步点并连接成图。3、仪器搬至m点，此测站点坐标已知（xm，ym，zm），后视k点，测得水平角及前视天顶距、斜距和站标高，可算得n点坐标（xn，yn，zn），紧接着后视k点做为零方向，进行本站的碎步测量，如施测碎步点8，9，10，并根据m点的坐标，算得各碎步点的坐标，实时展绘碎步点成图。同理，依次测得各导线点和碎步点坐标。一步测量法的步骤归结为：先在已知坐标的控制点上设测站，在该测站上先测出下一导线点（图根点）的坐标，然后再施测本测站的碎步点坐标，并可实施展点绘图。搬到下一测站，其坐标已知，测出下一导线点的坐标，再测本站碎步点。4、待导线点测到p测站，可测得q点坐标，记做q点。q坐标与q点已知坐标之差，即为该附和导线的闭合差。若闭合差在限差范围之内，则可平差计算出各导线点的坐标。为提高测图精度，可根据平差后的坐标值，重新计算各碎步点的坐标。然后再显示成图。若闭合差超限，则想办法找出导线错误之处，返工重测，直到闭合为止。但这个返工工作量仅限于图根点的返工，而碎步点原始测量的数据仍可以用，重算碎步点坐标即可。一步测量法对图根控制测量少设一次站，少跑一遍路，提高外业效率是明显的，但它只适合于数字测图。白纸测图时，必须先计算出图根控制点的坐标，并展绘到图纸上。因为在现场，要根据它才能展绘碎步点成图。如果导线点位置错了，本站所展的碎步点图就全部错了。一旦画错，要全部擦除甚至返工重测，这个工作量太大。数字测图则不然，导线闭合差超限，只需要测导线错误处，且全站仪数字测图出错的可能性很小，因而在数字测图中采用一步测量法是合适的。二、碎步测量数据采集1、3大比例尺地面数字化测图与白纸测图相比，在碎步测量方面有以下特点：1、白纸测图通常是在野外直接成图，除在1：500的地形图上对重要建筑物轮廓点注记坐标外，其余碎步点坐标是不保留的。外业工作除观测数据外，地形图的现场绘制、清绘工作量也很重。数字测图的外业工作是记录观测数据或计算坐标。在记录中，点的编号和编码是不可缺少的信息，编码的记录可在观测时输入记录器或在内业根据草图输入。数字测图对于数据的纪录要有一定的格式，这种格式应能被数字测图软件所识别，能和数据库的建立统一起来。2、数字测图中，电子记录器多数具有测站点坐标的计算功能，可进行自由设站。同时测距仪在几百米距离内精度较高，可达1cm，因此，一般地形图根点的密度相对于白纸测图的要求可减少。3、碎步测量时不受图幅边界的限制，外业不在分幅作业，内业图形生成时由软件根据内业图幅分幅表及坐标范围自动进行分幅和接边处理。4、白纸测图时在图根加密后进行碎步测量。数字测图的碎步测量可在图根控制加密后进行，也可和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步点坐标计算。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时测地貌点才能绘出。因此数字测量直接测量地形点的数目比白纸测图会有所增加。(一)碎步测量的步骤1、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的功能，要求用户在对话窗中输入测站点号、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。为确保设站正确，必须要选择其它已知点做检核，不通过检核不能继续测量。2、碎步测量地面数字测图最常用的方法是极坐标法，分别观测碎步点的方向值，垂直角、斜距、给出镜高（对全站仪来讲，可直接显示出碎步点的坐标），此时用户输入点号和编码后，数据可直接存储在全站仪的pc卡中或记录到点子手簿等记录器中。（二）碎步点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其特征点必须有坐标，但是由于受到地形和通视条件的限制，实际测量中将有部分点不能用仪器在测站点上直接进行观测，因此碎步点测量除主要采用极坐标法外，还要采用其他一些测量方法测定碎步点的坐标，最常见的方法是：视距法、延长量变法、垂直量变法、垂足法、直线方向交会法，直线距离交会法、两点前方交会法、后方交会法等方法。无论采用何种方法都有现成的计算软件，测量后立即结算出坐标，如果使用电子平板则可实施展点绘图。三、外业作业人员的组织外业作业是对数字测图而言，着重指碎步测量及其人员组织。1、测记法施测时，作业人员一般配置为：观测员1人，记录员1人，草图员1人，跑尺员12人。2、电子平板法施测时，作业人员一般配置为：观测员1人，电子平板操作人员1人（记录与成图），跑尺员12人。特殊情况下，外业作业组最少人员配置为2人，1个观测员，还负责操作电子平板，一个跑尺员。只要电子平板配置的测图软件所提供的操作十分方便，而且操作人员对它的操作又很熟练，这个方案是可以实现的。用电子平板进行