毕业论文范文——-利用全站仪及数字成图软件进行数字化成图方法研究

摘要本论文的题目是利用全站仪及数字成图软件进行数字化成图方法研究，实现方法是利用全站仪GTS330和南方CASS 5.1进行成图。结合时代发展的需要，整个过程分为方案设计，细部测量，数据下载及内业成图和CASS数据导入MAPINFO作地理信息系统的简单介绍。介绍了控制网的布网的规范，细部测量则是介绍全站仪的使用方法和工作模式，然后介绍具体的野外采集操作过程。数据下载介绍了数据从全站仪到微机，从微机到CASS的一系列过程，然后介绍了一些关于CASS的功能及使用方法，然后介绍整个内业成图的过程。在最后则是简单介绍了一下怎样把CASS的图形导入MAPINFO，和怎样利用MAPINFO对地物进行属性编辑。关键词：数字化成图，GPS，CASS成图软件 27第一章 数字测图概述1.1数字测图概念1.1.1数字测图的基本思想数字测图的基本思想就是将地面上的地形和地理要素(或称模拟量)转化为数字量,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。将模拟量转化为数字这一过程通常称为数据采集。数字测图的基本思想与过程如图1.1所示。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，在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控制所需的地形图，最终由磁盘、磁带等贮存介质保存电子地图。1.1.2数字测图需要解决的问题归纳起来，数字测图所要解决的问题是：（1） 使采集的图形信息和属性信息为计算机识别。（2） 由计算机按照一定的要求对这些信息进行一系列的处理。（3） 将经过处理的数据和文字信息转换成图形，由屏幕输出或绘图仪输出各种所需的图形。（4） 按照一定的要求自动实现图形数据的应用问题。能自动地绘制地图图形是数字测图的首要任务，但这只是最基本的任务。数字测图还解决电子地图应用问题，尤其要使数字测图成果满足地理信息系统(GIS)的需要。数字测图的最终目的是实现测图与设计和管理一体化、自动化。原图数字化航片数据采集野外地面数据采集几 何 信 息属 性 信 息数 据 传 输数 据 处 理地 物 模 型地 貌 模 型屏 幕 编 辑绘 图 文 件存 盘地 形 图绘 草 图图1.1 数字化成图的基本过程1.2数字测图的基本过程1.2.1数据采集数据采集主要有如下几种方法： GPS法，即通过GPS接收机采集野外碎部点的信息数据； 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； 数字化仪法，即通过数字化仅在已有地图上采集信息数据； 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。1.2.2数据处理据处理主要包括数据传输、数据预处理、数据转换、数据计算、图形生成、图形编辑与整饰、图形信息的管理与应用等。数据预处理包括坐标变换、各种数据资料的匹配、图比例尺的统一、不同结构数据的转换等等。当数据输入到计算机后，为建立数字地面模型绘制等高线，需要进行插值模型建立、插值计算、等高线光滑处理三个过程的工作。经过数据处理后，可产生平面图形数据文件和数字地面模型文件。要想得到一幅规范的地形图，还要对数据处理后生成的“原始”图形进行修改、编辑、整理；还需要加上汉字注记、高程注记，并填充各种面状地物符号；还要进行测区图形拼接、图形分幅和图廓整饰等。数据处理还包括对图形信息的全息保存、管理、使用等。1.2.3成果输出经过数据处理以后，即可得到数字地图，也就是形成一个图形文件，由磁盘或磁带作永久性保存。也可以将数字地图转换成地理信息系统所需要的图形格式，用于建立和更新GIS图形数据库。输出图形是数字测图的主要目的，通过对层的控制，可以编制和输出各种专题地图(包括平面图、地籍图、地形图、管网图、带状图、规划图等等)，以满足不同用户的需要。可采用矢量绘图仪、栅格绘图仪、图形显示器、缩微系统等绘制或显示地形图图形。如果以产生出版原因为目的，可采用带有光学绘图头或刻针(刀)的平台矢量绘图仪，它们可以产生带有线划、符号、文字等高质量的地图图形。第二章 GPS测量规范及方案设计2.1 GPS网的分级城市或工程GPS网按相邻点的平均距离和精度划分位二、三、四等和一、二级，在布网时可以逐级布设，越级布设或布设等级全面网。各等级GPS网相邻点间弦长精度应按公式2.1计算 式（2.1）式中 标准差（基线向量的弦长中误差mm）； a固定误差（mm）； b比例误差系数（110）； d相邻点间的距离（km）；各等级GPS网的主要技术要求应符合表2.1规定。相邻点最小距离应为平均的1/21/3；最大距离应为平均互利距离的23倍。表2.1 GPS网的主要技术要求等级平均距离（km）a(mm)b(110)最弱边相对中误差二等91021120000三等5105180000四等21010145000一级11010120000二级110201100002.2布网原则与设计在布网设计中应顾及原有城市测绘成果资料以及各种大比例尺地形图的沿用，宜采用原有城市坐标系统。GPS网应由一个或若干个独立观测环构成，也可以采用附合线路形式构成。各等级GPS网中每个闭合环或附合线路中的边数应符合表2.2的规定。非同步观测的GPS基线向量边，应按所设计的网图选定，也可按软件功能自动挑选独立基线构成环路。表2.2 闭合环或附合线路边数的规定等级二等三等四等一级二级闭合环或附合线路边数（条）68101010当长度变形值不大于2.5cm/km时，采用高斯正形投影统一3带的平面正交坐标系统。当长度变形值大于2.5cm/km时，采用下列方法：投影于抵偿高程面上的高斯正形投影3带的平面直角坐标系统；高斯正形投影任意带的平面直角坐标系统，投影面可采用黄海平均海水面或城市平均高程面； 大、中城市的GPS网应与国家控制网相互联接和转换，并应与附近的国家控制点联测，联测点数不应少于3个点。小城市或工程控制网可联测23个点。 为了求得GPS网点的正常高，应进行水准测量的高程联测，并应按下列要求实施：（1）高程联测应采用不低于四等水准测量或与其精度相当的方法进行。 （2）平原地区，高程联测点不宜少于5个点，并应均匀分布于网中。 （3）丘陵或山地，高程联测点应按测区地形特征，适当增加高程联测点其点数不宜少于10个点。2.3 RTK原理2.3.1 RTK测量的外业准备工作（1）仪器设备的准备：设备清点，电池充电等。（2）场作业的数据准备工作:坐标转换的参数，基准站坐标，放样的数据等。GPS信号流动站参数GPS信号解求两站间实时基线流动站接收机坐标转换流动站平面坐标用户电台基准站信息基准站接收机解求流动站实时坐标图2.1 RTK原理图2.3.2 RTK外业测量（1）配置完成以后，新建文件进行管理，在此可以以多种方式定义坐标系统，通常我们选择无投影/无基准来定义。之后坐标方式选择“网格”水准面模型选为“否”。我们需要用点校正方式建立坐标转换，任务文件建立完成，退出文件管理系统。 （2）测量设置单位系统设置（设置好以后就可以无须再设置了）在配置中选择“单位”，设置角度单位：DDD.MM.SS，设置经纬度：DDD.MM.SS，坐标：网格，坐标顺序：北-东-高程。坐标几何设置在配置中选择“坐标几何设定”距离选为网格模式。控制器设置，控制器设置主要是进行控制器的有关硬件和软件及单位的设置。测量形式设置，在测量形式中可以对多种测量方式的参数进行设置，而通常我们应用的主要是RTK测量模式。（3） Trimble RTK测量，定义坐标系统： 七参数法：在建立坐标系统基准转换菜单中选择“七参数” 输入坐标转换的七个转换参数。基准转换和投影方式：选择投影方式：Universal Transverse Mercator，假北：0，假东：500000，纬度原点：0，中央子午线：（输入测区的投影中心子午线）117（北京），比例因子：1，半长轴：6378245(北京54)，扁率：298.3。点校正：输入用户格网坐标和相对应的WGS84坐标，在使用项目中可以设置使用水平加高程值，还是只使用水平分量或者高程分量。2.3.3启动基准站当基准站架设好以后，就可以进行RTK测量，首先，启动基准站接收机：点名称：输入基准站点名(如果在控制器中已经输入过基准点，则程序会自动调用，基准站最好参与点校正。如果在控制器中没有基准点记录，则需要键入）。代码：输入基准点代码，天线高度：输入量取的天线高度（各角度量三次取平均值）。测量到：天线量取方法。当输入好以后，就可以启动基准站开始测量了。当进度指示条到100%时，程序提示基准站启动完毕，断开控制器与接收机的连接电缆。基准站启动完成后，Trimmark3电台开始数据传输，屏幕显示“Trans”表示电台工作正常。2.3.4流动站测量控制器引导接收机开始测量后，首先，仪器进行初始化也就是进行整周模糊度的固定，这个需要大约1分钟左右。当初始化完成后，控制器提示“初始化完成”这时候就可以进行RTK测量了。此时可以进行RTK的地形点测量。第三章 全站仪的使用及数据下载3.1 全站仪数字化成图的作业模式3.1.1 无码作业模式在野外用全站仪测量，电子手簿记录，同时配画标注测点点号的人工草图，在室内将测量数据直接由记录器传输到计算机，再由人工按草图编辑图形文件，或键入连点信息文件，经人机交互编辑修改，最终生成数字地图，现了由野外测量直接测绘数字地形图和绘制图解地形图的目标。3.1.2 编码作业模式改进外业采集软件的功能，使其不仅作单点点位记录，而且记录成图所需的全部信息，并且一些记录项可由软件自动默认（尽量减少作业人员键入的数据）。电子手簿的测量数据被传输到计算机后，由计算机自动检索编辑图形文件。3.1.3 电子平板测绘模式电子平板测绘模式全站仪+便携机+相应测图软件。电子平板测图软件既有与全站仪通信和数据记录的功能，又在测量方法、解算建模、现场实时成图和图形编辑、修改等方面超越了传统图板测图的功能，从硬件意义上讲，完全替代了图板、图纸、铅笔、橡皮、三角板、比例尺等绘图工具。高分辨率的显示屏作图面，所显即所测，从而使数字测图真正实现了内外业一体化。3.1.4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。全站仪自动跟踪照准立在测点上的棱镜，测量数据由测站通过无线数据通讯方式自动传输给棱镜站的电子平板进行记录、成图。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。根据本人毕业设计方案选择了全站仪有码作业的方式具体，其具体操作将由下面介绍。3.2野外数据采集中的全站仪操作过程窗口从左至又分别为（1）-（8）菜单F1：数据采集F2：放养F3：存储管理选择文件FN:_输入 调用 _ 回车F4选择或新建文件F1进入测量模式点号0001_标识符_仪高_输入 查找 记录 测站数据采集F1:测站点输入F2:后视F3;前视/后视F4测站点坐标输入F1测站点设置N:0.000 ME:0.000 MZ:0.000 M输入 _ 点号 回车F4后视点坐标输入后视点_编码_镜高_输入 置零 测量 后视F4后视点设置后视_点号_输入 调用 NE/AE 回车N*1 _编码_镜高_输入 查找 测量 同前点号_编码_镜高_角度 斜距 *坐标 偏心F3测量按以上步骤操作即可完成野外数据采集工作。3.3从全站仪到计算机的数据下载一、全站仪与CASS5.0的通讯方法：图3.1 数据处理的下拉菜单 图3.2 全站仪内存数据转换的对话框 将全站仪通过适当的通讯电缆与微机联接好。移动鼠标至“数据处理”处按左键，便出现如图3.1所示的下拉菜单：移动鼠标至“数据通讯”项的“读取全站仪数据”项，该处以高亮度（深蓝）显示，按左键，出现如图3.2的对话框。 根据不同仪器的型号设置好通讯参数,再选取好要保存的数据文件名，接着在对话框最下面的“CASS坐标文件：”下的空栏里输入您想要保存的文件名，要留意文件的路径，为了避免找不到您的文件，可以输入完整的路径。最简单的方法是点“选择文件”出现对话框，在“文件名（N）：”后输入您想要保存的文件名，点保存。这时，系统已经自动将文件名填在了“CASS坐标文件：”下的空白处。 第四章 CASS5.1的使用及内业成图4.1测区概述该测区多山临海，空气清新，生态环境非常好。在房区内找信号好且便于全站仪观测的点用RTK测量其坐标，并记录，此点作为全站仪测量的控制点。表4.1 RTK为全站仪做的控制点点号Y坐标(m)X坐标(m)高程(m)1417433.5544301923.7139.7712417423.0064301863.87439.73417522.6714302213.81730.74417397.0164302254.63423上表的四个点中，2号、4号分别是1号、3号的后视点，所才用的棱镜杆长度为4.6m。房区之外的所有地物及地形的测量，都是由RTK完成的。此次测量只是在房区上使用了全站仪测量，除此之外所有工作都由GPSRTK完成，全站仪大约测量了800个点。这一章我以该旅游度假村进行的1：500的地形测量的数据来演示成图过程,用CASS5.1成图的作业模式有许多种，这里主要使用的是“点号定位”方式。图4.1 sky总图1.dwg图4.2 “定显示区”菜单4.2定显示区进入CASS5.1后移动鼠标至“绘图处理”项，按左键，即出现如图4.2下拉菜单。然后移至“定显示区”项，使之以高亮显示，按左键，即出现一个对话窗如图4.3所示。这时，需要输入坐标数据文件名。可参考WINDOWS选择打开文件的方法操作，也可直接通过键盘输入，在“文件名（N）：”（即光标闪烁处）输入f:skyzdh datadata.DAT,再移动鼠标至“打开（O）”处，按左键。这时，命令区显示：最小坐标(米): X=-62.448,Y=416762.642最大坐标(米): X=4303124.181,Y=589340.843图4.3执行“定显示区”操作的对话框图4.4 选择测点点号定位成图法的对话框4.3选择测点点号定位成图法移动鼠标至屏幕右侧菜单区之“测点点号”项，按左键，即出现图4.4所示的对话框。输入点号坐标数据文件名f:skyzdh datadata.DAT后，命令区提示：读点完成! 共读入 18109 个点4.4展点先移动鼠标至屏幕的顶部菜单“绘图处理”项按左键，这时系统弹出一个下拉菜单。再移动鼠标选择“展点”项的“野外测点点号”项，如图4.5所示，按左键后，便出现如图4.3所示对话框。图4.5 选择“野外测点点号”输入对应的坐标数据文件名f:skyzdh datadata.DAT后，便可在屏幕上展出野外测点的点号，如图4.6所示。图4.6 data.DAT展点图4.5绘平面图先把左上角放大，选择右侧屏幕菜单的“交通设施”按钮，弹出如下图的界面。图3.7 选择屏幕菜单“交通设施”通过“Next”按钮找到“平行等外公路”并选中，再点击“OK”，命令区提示：绘图比例尺 1:输入500，回车。点P/输入184，回车。 点P/输入181，回车。点P/输入179，回车。点P/输入177，回车。点P/输入176，回车。点P/输入174，回车。点P/回车拟合线?输入Y，回车。1.边点式/2.边宽式:回车（默认1）说明：选1（缺省为1），将要求输入公路对边上的一个测点；选2，要求输入公路宽度。对面一点点P/输入188，回车。这时平行等外公路就作好了。如图4.8。图4.8 作好一条平行等外公路下面作一个多点房屋。选择右侧屏幕菜单的“居民地”选项，弹出如图4.9界面。图4.9 选择屏幕菜单“居民地”先鼠标左键选择“多点砼房屋”，再点击“OK”按钮。命令区提示：第一点:点P/输入110，回车。指定点:点P/输入103，回车。闭合C/隔一闭合G/隔一点J/微导线A/曲线Q/边长交会B/回退U/点P/输入104，回车。闭合C/隔一闭合G/隔一点J/微导线A/曲线Q/边长交会B/回退U/点P/输入J，回车。点P/输入132，回车。闭合C/隔一闭合G/隔一点J/微导线A/曲线Q/边长交会B/回退U/点P/输入122，回车。x闭合C/隔一闭合G/隔一点J/微导线A/曲线Q/边长交会B/回退U/点P/输入C，回车。输入层数:回车（默认输1层）。4.6 绘等高线展高程点。用鼠标左键点取“绘图处理”菜单下“展点”的二级菜单下“高程点”，将会弹出数据文件的对话框，找到f:skyzdh datadata2.DAT，选择“OK”，命令区提示：注记高程点的距离(米):直接回车，表示不对高程点注记进行取舍，全部展出来。建立DTM。用鼠标左键点取“等高线”菜单下“用数据文件生成DTM”，将会弹出数据文件的对话框，找到f:skyzdh datadata2.DAT，选择“OK”，命令区提示：请选择: 1.不考虑坎高 2.考虑坎高:回车（默认选1）。请选择地性线:(地性线应过已测点，如不选则直接回车)Select objects:回车（表示没有地性线）。请选择: 1.显示建三角网结果 2.显示建三角网过程 3.不显示三角网:回车（默认选1）。图4.10 建立DTM这样左部区域的点连接成三角网，其它点在STUDY.DAT数据文件里高程为0，故不参与建立三角网（数据文件的介绍参见“三角网的编辑与使用”）。如图4.10。绘等高线。用鼠标左键点取“等高线”菜单下的“绘等高线”，命令区提示：最小高程为 490.400米,最大高程为 500.228米请输入等高距:输入1，回车。请选择: 1.不光滑 2.张力样条拟合 3.三次B样条拟合 4.SPLINE :输入3，回车。这样等高线就绘好了。再选择“等高线”菜单下的“删三角网”，这时屏幕显示如图4.11。图4.11 绘好等高线等高线的修剪。利用“等高线”菜单下的“等高线修剪”二级菜单，如图4.12。图4.12“等高线修剪”菜单用鼠标左键点取“切除穿建筑物等高线”，软件将自动搜寻穿过建筑物的等高线并将其进行整饰。点取“切除指定二线间等高线”，依提示依次用鼠标左键选取左上角的道路两边，CASS5.1将自动切除等高线穿过道路的部分。点取“切除穿高程注记等高线”，CASS5.1将自动搜寻，把等高线穿过注记的部分切除。4.7加注记下面我们演示在平行等外公路上加“经纬路”三个字。用鼠标左键点取右侧屏幕菜单的“文字注记”项，弹出如图4.13的界面。图4.13 弹出文字注记对话框点击“注记文字”项，然后点取“OK” ，命令区提示：请输入图上注记大小(mm) 回车（默认3mm）。请输入注记内容:输入“经”，回车。请输入注记位置(中心点):在平行等外公路两线之间的合适的位置点击鼠标左键。用同样的方法在合适的位置输入“纬”、“路”二字。经过以上各步，生成的图就如图4.13所示。4.8加图框用鼠标左键点击“绘图处理”菜单下的二级菜单“图幅整饰”下的“标准图幅（5040）”，弹出如图4.14的界面。在“图名”栏里，输入测区名，在“测量员”、“绘图员”、“检查员”各栏里分别输入人名，然后用鼠标左键点击“OK”。命令区提示：图4.14输出图幅信息请输入内图框西南角坐标(东,北):输入“ 53073,31050”，回车。是否删除图框外实体? (1)否(2)是回车（默认1）。图4.15 加图框4.9绘图用鼠标左键点取“文件”菜单下的“用绘图仪或打印机出图”，进行绘图。选好图纸尺寸、图纸方向之后，用鼠标左键点击“窗选”按钮，用鼠标圈定绘图范围。将“打印比例”一项选为“2：1”表示满足1：500比例尺的打印要求），通过“部分预览”和“全部预览”可以查看出图效果，满意后就可单击“确定”按钮进行绘图了。 图4.16 用绘图仪出图第五章 CASS与MAPINFO的简单结合基于当今社会对GIS的广泛应用，本章将介绍如何把CASS与MAOINFO结合在一起使用。要将CASS的图形导入MAPINFO中，在打开MAOINFO后在菜单栏单击左键“工具”菜单，在二级菜单中单击左键“通用转换器”在三级菜单上点击“通用转换器”，图5.1。 图5.1 通用转换器菜单点击三级菜单“通用转换器”将图5.2的界面，在格式栏中选择“AutoCAD DEG/DXF”,文件栏则是你所要转到MAPINFO中的CASS图形的具体位置。图5.2 通用转换器格式栏选择“MapInfo TAB”目录则是保存导完的MAPINFO图的位置，图5.3。图5.3 通用转换器格式栏打开已导完的MAPINFO图，单击一级菜单“表”中的二级菜单“维护”中的三级菜单“表结构”上述动作见图5.5。图5.4 表结构单击三级菜单“表结构”会出现图5.5的界面，可以通过点击“增加字段”来增添字段数量，在“字段信息”中可以标注你所需要的关于某种地物的属性信息。标注信息需要分层标注，在打开由CASS导入MAPINFO的图时，在导的过程中MAPINFO会将CASS的图形分层导入，所以在打开图形时，可以只打开所要的图层。图5.5 修改表结构单击主工具条上的“I”在右键单击某一区域，可弹出入图5.6的信息工具栏，可以在信息工具栏中添加相应的信息。图5.6 MAPINFO信息工具总 结通过此次测量工程的实习，使我对全站仪和GPSRTK动态测量有了更深刻的了解。这种测量方法在现今社会广为使用，就是因为它的工作效率、测量精度以及它的全天候作业。本次测量工作是跟随测量单位对某一待开发的旅游度假村进行