测量学大比例尺数字地形图测绘原理与方法培训讲义(数字测图)

1、数字测图原理与方法第二十讲1、偶然误差的特性？2、为什么算术平均值称为最或是值？3、推导白塞尔公式。4、误差传播定律5、加权平均值的公式推导。引入：地面数字测图概述11.1 大比例尺测图的技术设计11.2 图根控制测量和测站点测定 11.3 野外采集数据11.4 数字地形图编辑和输出11.5 大比例尺数字地形图质量控制11.6 地形图数据库11.7 地形图数字化第十一章 大比例尺数字地形图测绘数字测图系统数字测图系统广义数字测图系统数字测图：地面数字测图（利用全站仪或其它测量仪器进行野外数字化测图）地图数字化（利用手扶数字化仪或扫描数字化仪对纸质地形图的数字化）数字摄影测量（利用航摄、遥感像片

2、进行数字化测图）一、地面数字测图相关概念定义：是指对利用全站仪、GPS接收机等仪器采集的数据及其编码，通过计算机图形处理而自动绘制地形图的方法。基本硬件：全站仪或GPS接收机、计算机和绘图仪等。软件基本功能：野外数据的输入和处理、图形文件生成、等高线自动生成、图形编辑与注记和地形图自动绘制。一、地面数字测图工作内容1、野外数据采集与编码：利用全站仪或GPS接收机观测并自动记录观测数据或计算后的碎部点坐标；用规定的数字代码表示每个碎部点记录中点号、观测值或坐标、符号码以及点之间的连线关系码等信息码。计算机通过识别碎部点的信息码来自动绘制地形图符号。2、数据处理与图形文件生成：数据处理包括数据预处

3、理、地物点的图形处理和地貌点的等高线处理。数据预处理：对原始记录数据作检查，删除已废弃记录与图形生成无关的记录，补充碎部点的坐标计算和修改含有错误的信息码并生成点文件。图形文件生成：即根据点文件，将与地物有关的点记录生成地物图形文件，与等高线有关的点记录生成等高线图形文件。图形文件生成后可进行人机交互方式下的地形图编辑，包括删除错误的和无需表示的图形，修正不合理的符号表示，增添植被、土质等配置符号及进行地形图注记，最终生成数字地形图的图形文件。3、地形图与测量成果报表输出：即将数字地形图用磁盘存储和通过自动绘图仪绘制地形图。二、与传统测图作业相比，地面数字测图特点：具有较高的测图精度。具有较高

4、的自动化程度。其图根控制测量与碎部测量可同时进行。在通视良好，定向边较长的情况下，碎部点到测站点的距离与传统测图相比，可以放得更长一些。在测区内可不受图幅的限制。直接测量碎部点的数目比传统测图有所增加，且碎部点（尤其是地形特征点）的位置选择尤为重要。按地形图比例尺的分类：大比例尺：1：500，1：1000，1：2000，1：5000，1：1万中比例尺：1：2.5万，1：5万，1：10万小比例尺：1：25万，1：50万，1：100万按测图比例尺的分类：大比例尺测图： 1：500，1：1000，1：2000，1：5000；中比例尺测图： 1 : 1万， 1：2.5万，1：5万，多用航测法成图。小比

5、例尺测图： 1：10万，1：25万，1：50万，1：100万，由较大比例尺地图及各种资料编绘而成。测图类型：地形图、地籍图、房产图和地下管线图等。地籍要素：行政境界、土地权属界线、界址点及编号、土地编号、房产情况、土地利用类别、土地等级、土地面积等。必要的地形要素：测量控制点、房屋道路、水系以及与地籍有关的地物、地理名称等。房产图：地形图和地籍图的派生图，控制点、界址点、房屋权界线、房屋结构及层次、房产类别及用途、用地界线、附属设施、围护物、道路、水系及与房产有关的其他地形要素等。地下管线图：各类地下管线的地面特征点、地下管线探测点、地下管线尺寸及用途、地下管线的附属设施及地下管线周边的地形要

6、素等。大比例尺测图的作业规范和图式主要有：工程测量规范城市测量规范地籍测绘规范房产测量规范大比例尺地形图机助制图规范、1 : 500 1 : 1 000 1 : 2 000 地形图图式 1 : 5 000 1 : 10 000 地形图图式地籍图图式1 : 500 1 : 1 000 1 : 2 000 地形图要素分类与代码等大比例尺地面数字测图技术计划的主要内容：任务概述测区情况已有资料及其分析技术方案的设计组织与劳动计划仪器配备及供应计划财务预算检查验收计划以及安全措施等11.1 大比例尺测图的技术设计测量任务书：明确工程项目或编号，设计阶段及测量目的，测区范围（附图）及工作量，对测量工作的

7、主要技术要求和特殊要求，及上交资料的种类和日期等。资料准备：测区内及附近已有测量成果资料，其施测单位、施测年代、等级、精度、比例尺、规范依据、范围、平面和高程坐标系统、投影带号、标石保存情况及可利用程度等。技术计划：任务概述，测区情况，已有资料及其分析，技术方案的设计，组织与劳动计划，仪器配备及供应计划，财务预算，检查验收计划以及安全措施等内容。平面坐标系统：国家统一平面直角坐标系统。没有国家控制点可资利用时，可采用独立坐标系统。测区面积大于100 km时， 应与国家控制网连测，采用国家坐标系统，控制测量成果应顾及球面与平面的差别，归化到高斯平面上计算。采用3带投影时，我国大部分地区投影带边缘

8、的长度变形约为1/2 900，这对普通导线测量影响尚不很严重，而对等级导线测量的边长应进行距离改化。无论是3带投影，或是1.5带投影，一个测区只能用一种坐标系统。高程系统应与国家高程系统一致。即采用“1985国家高程基准” 。如测区附近没有国家水准点，或连测工作量很大，可在已有地形图上求得一个点的高程作为起算高程。对于扩建和改建的工程测图，为保持两次测图的高程一致，可以利用原来的水准点高程。 这时可以在已有地形图上求得一个点的高程作为起算高程。到测区实地调查人文风俗、自然地理条件、交通运输、气象情况等。核对旧有标石和点之记。初步考虑控制网布设方案及措施。在旧有地形图（或小比例尺地图）上拟定地形

9、控制布设方案，精度估算。对若干方案进行技术要求与经济核算方面的论证。对地形控制网的图形、施测、点的密度和平差计算等因素进行全面分析，并确定最后采用的方案。实地选点时，容许局部修改。展绘已有控制点，绘制分幅图、出坐标格网线（公里格网线）。编制组织措施和劳动计划，提出仪器配备计划、经费预算计划和工作计划进度，同时拟定检查验收计划。避免工伤事故和减少仪器设备损坏，确保安全生产。一、图根控制测量图根点布设：在各等级控制下加密，一般不超过两次附合。较小的独立测区测图，图根控制可作为首级控制。布设方法：图根导线、图根三角、交会方法和GPS RTK等。图根点高程：图根水准和图根三角高程测定。图根点精度：相对

10、于邻近等级控制点的点位中误差，不应大于图上0.1 mm，高程中误差不应大于测图基本等高距的1/10。图根控制点个数：每平方公里图根点的密度如表所示：11.2 图根控制测量和测站点测定1:2 0001:1 0001:500传统测图15 50 150数字测图 4 16 64一、图根控制测量方法：全站仪“同步测量法”，又称“一步测量法”GPS方法光电测距极坐标法和交会测量等。一、图根控制测量全站仪“同步测量法” “一步测量法”作业步骤：B点安置全站仪，后视点高级控制点A，前视图根点e，观测水平角、前视天顶距、斜距和觇标高。由B点坐标算出e点三维坐标。仪器不动，后视A点作零方向，施测测站周围的碎部点1

11、、2、3，并根据B点坐标，计算各碎部点坐标。仪器搬至e点，后视B点，前视f点，同法测出水平角、前视方向天顶距、斜距及觇标高，及本站的各碎部点5、6、7，并计算出其坐标，依此类推至到g点。当测到最后一点h时，同以上步骤可算得C坐标，与C点已知坐标之差即附合导线闭合差。若符合限差要求，按与导线边长成正比平差计算各导线点坐标。为提高测图精度，可由各图根点平差值重新计算各点对应的碎部点坐标。二、测站点的测定尽量利用各级控制点作为测站点。地形琐碎、地物、地貌复杂零碎的地段，要增设测站点，切忌用增设测站点作大面积的测图。增设测站方法：在控制点或图根点上，采用极坐标法、交会法和支导线测定测站点的坐标和高程。

12、支导线增设测站时，为保证方向传递精度，可用三联脚架法。数字测图时，测站点的点位精度，相对于附近图根点中误差不应大于图上0.2 mm，高程中误差不应大于测图基本等高距的1 / 6。三联脚架法导线观测使用三个既能安置全站仪又能安置带有觇牌的反射棱镜的基座和脚架，基座带有通用的光学对中器。将全站仪安置在测站i的基座中，带有觇牌的反射棱镜安置在后视点i-1和前视点i+1的基座中，进行导线测量。迁站时，i和i+1的脚架和基座不动，只取下i上的全站仪和i+1 上带有觇牌的反射棱镜，在i+1上安置全站仪，在i的基座上安置带有觇牌的反射棱镜，并将i-1上的脚架迁至i+2处并予以安置，这样直到测完整条导线为止。

13、减弱仪器和目标对中误差对测角、测距的影响，提高导线观测精度，减少坐标传递误差。 三、全站仪的半测回观测法预先测定经纬仪的横轴误差、视准轴误差和竖盘指标差，储存在全站仪内存或电子手簿中；观测水平方向和竖角时，由程序对半测回观测方向和天顶距自动进行改正来消除其影响。当视准轴误差和竖盘指标差有较大变化时，应进行仪器误差的重新测定。1、横轴误差对水平方向影响的改正设因横轴倾斜角 而产生的水平方向的读数影响为 则正确的水平方向读数为式中，L、R为盘左、盘右水平方向读数，为竖角。2 、视准轴误差对水平方向影响的改正设因视准轴误差c对水平方向的影响为则正确的水平方向读数为 式中，L、R为盘左、盘右水平方向读

14、数，为竖角。在半测回观测法中，为施加 和 改正，观测水平方向时必须同时观测竖角，如果只是为了求 和 ，竖角不必精确测定。第十章 大比例尺数字地形图测绘 10.2 图根控制测量和测站点测定3、指标差对竖角的改正设指标差为 ，则一般垂直度盘竖角的计算公式为 或 式中，L、R为盘左、盘右天顶距读数，为竖角。第十章 大比例尺数字地形图测绘 10.2 图根控制测量和测站点测定三、碎部测量（一）点信息野外采集：在野外由绘图员将测得的细部点标注在图纸上，随时根据实际情况连线和标绘图式符号，形成工作草图。同时，记录员还需将地形点的全部信息（测站，标定图板方向，检查方向，视距读数或距离，竖直角，仪器高，水平距离

15、值，高差等）记录在碎部点手簿上。在测图及绘图过程中一旦发现问题，即可检查手簿进行纠正。第十章 大比例尺数字地形图测绘 10.2 图根控制测量和测站点测定（二）碎部测量方法全站仪除测量水平角、竖直角、斜距、平距、高差等的直接观测值，及其相应改正数（如指标差改正、距离测量的气象改正等）外，还设置有简单的计算软件，能在现场实时计算碎部点的三维坐标、点间平距、高差和方位角或根据已知的设计坐标计算出放样数据等。第十章 大比例尺数字地形图测绘 10.2 图根控制测量和测站点测定（二）碎部测量方法1、极坐标法采用全站仪以三维坐标测量法进行：用极坐标法测定点的平面坐标X，Y，用三角高程测定点的高程H。即从一个

16、控制点上，根据测站上的一个已知方向测定出已知方向与碎部点之间的水平角和测站点到碎部点的距离，来确定细部点的平面位置。其测站点可以是基本控制点或图根控制点。全站仪中，一般以N（North）、E（East）及Z或ELEV（Elevation）分别表示点的平面坐标和高程。1、极坐标法已知：测站点A、后视点B的三维坐标，P为碎部点。观测：AB、BP两方向间的水平角 ，测站点到碎部点的水平距离dAP ，斜距DAP ，测站点到碎部点处目标点的天顶距ZAP ，仪器高i ，目标高t 。计算：后视方向方位角、碎部边方位角及碎部点坐标为：第十章 大比例尺数字地形图测绘 10.3 野外数据采集1、极坐标法三维坐标测

17、量法操作：在测站A上安置全站仪，量取仪器高i，后视点B处安置觇牌，按“坐标输入”键，输入测站点及后视点三维坐标，按“仪器高输入”键输入仪器高。照准后视点B，按“方位角设置”键，软件自动计算AB，进行水平度盘设置（水平度盘定向）：照准B点后，用配置度盘方法使测站点到已知点的水平度盘读数等于测站点到已知点的坐标方位角，这样度盘0即正北方向。在碎部点处量取棱镜杆的目标高，通知测站，按“目标高输入”键输入目标高t。照准目标点棱镜中心，按“坐标测量”键，软件即可自动计算目标方位角AP 、目标点的三维坐标，几秒钟后屏幕便显示目标点的NP，EP，ZP。第十章 大比例尺数字地形图测绘 10.3 野外数据采集2、支导线法：在已知点B按三维坐标测量测定导线点1的三维坐标后，关闭电源，在1点安置仪器，量取仪器高i，并输入仪器；调用坐标换置功能软件，自动将B、1点坐标分别以后视点、测站点输入；照准后视点B，设置水平度盘方位角；在导线点2安置觇标（棱镜），最取目标高，输入仪器；照准2点，按“坐标测量”键，测定2点的坐标，其余类推，直到3点。3、角度交会法：已知：点A、B通视可互相定向。观测：分别在A、B两点观测同一碎部点P，测量水平角、，碎部点平面