测量学第讲野外采集数据

测量学第讲野外采集数据第一页，共五十三页，2022年，8月28日1、水准测量的误差因素有哪些？如何消除或减弱？2、绘图说明水准仪的主要轴线及应满足的条件。3、绘图说明什么是I角误差，如何消除或减弱？4、什么是交叉误差？交叉误差为何会转化为I角误差？如何消除或减弱？5、什么是水准尺的零点差？第二页，共五十三页，2022年，8月28日一、野外数据采集模式大比例尺数字测图野外数据采集：全站仪测量方法和GPSRTK测量方法。目前，主要采用全站仪测量方法。在控制点、加密的图根点或测站点上架设全站仪，全站仪经定向后，观测碎部点上放置的棱镜，得到方向、竖直角（或天顶距）和距离等观测值，记录在电子手簿或全站仪内存；或者是由记录器程序计算碎部点的坐标和高程，记入电子手簿或全站仪内存。采用GPSRTK测定碎部点时，将直接得到碎部点的坐标和高程。11.3野外数据采集第三页，共五十三页，2022年，8月28日数字测图：将野外采集的碎部点坐标数据、地形要素名称和连接线型等成图信息通过计算机软件自动处理，经过编辑，自动绘出数字地形图。（一）地形点位描述1、地面数字测图中对地形点的描述必须同时具备下列三类信息：点位信息（碎部点坐标）：即点的三维坐标，所有测点按一定规则编号，根据此编号可自动提取点位坐标。点的属性信息（地形要素名称）：包括地物名称和相应的图式符号，以地形编码表示。连接关系信息（连接线型）：是指计算机可通过测点的连接信息识别点与点的对应连接关系和以什么线形（直线、曲线、圆弧线等）连接。第四页，共五十三页，2022年，8月28日2、野外数据采集的工作程序有二：一是观测碎部点时，绘制工作草图，在工作草图记录地形要素名称、碎部点连接关系。然后在室内将碎部点显示在计算机屏幕上，根据工作草图，采用人机交互方式连接碎部点，输入图形信息码和生成图形。一是采用笔记本电脑和PDA掌上电脑作为野外数据采集记录器，在观测碎部点之后，对照实际地形输入图形信息码和生成图形。数据采集除硬件设备外，需要有数字测图软件支持。第五页，共五十三页，2022年，8月28日（二）地形编码方法为便于计算机识别，碎部点的地形要素名称、碎部点连接线型信息也都用数字代码或英文字母代码来表示，称为图形信息码。用来说明地形点的属性信息，以便计算识别地形点是哪一类特征点，用何图式符号来表示。按照GB14804–93《1:5001:10001:2000地形图要素分类与代码》标准，地形图地形要素属性分为9大类。第六页，共五十三页，2022年，8月28日（三）图形信息的分层图形信息按属性分类，存放在不同层上。由不同层面上的属性信息叠置即形成地形图。按照GB14804–93《1:5001:10001:2000地形图要素分类与代码》标准分为9个信息层：1层为测量控制点2层为居民地和垣栅3层为工矿建（构）筑物及其它设施4层为交通及附属设施5层为管线及附属设施6层为水系及附属设施7层为境界8层为境界，地貌和土质9层为地貌及土质，植被第七页，共五十三页，2022年，8月28日（四）几种编码方案1、三位整数编码2、四位编码3、全要素编码第八页，共五十三页，2022年，8月28日

二、数据记录内容和格式

大比例尺数字测图野外采集的数据包括：一般数据，如测区代号、施测日期、小组编号等。仪器数据，如仪器类型、仪器误差、测距仪加常数、乘常数等。测站数据，如测站点号、零方向点号、仪器高、零方向读数等。方向观测数据，如方向点号、目标的觇标高、方向、天顶距和斜距的观测值等。碎部点观测数据，如点号、连接点号、连接线型、地形要素分类码，方向、天顶距和斜距的观测值，以及觇标高(或者是计算的经x、y坐标和高程)等。控制点数据，如点号、类别、x、y坐标和高程等。第九页，共五十三页，2022年，8月28日

不同的记录类别码放在每条记录的开头表示记录类别。规定各种数据的字长，根据数据字长和数据之间的关系，确定一条记录的长度。每条记录具有相同的长度和相同的数据段，按记录类别码可以确定一条记录中各数据段的内容，不用的数据段可用零填充。野外数据记录格式：分为8个数据段A1表示记录类别，后面的记录按记录类别表示相应的内容。如A1表示的一条碎部点记录，A2表示点号，A3表示连接点号，A4表示线型和线序，A5表示地形要素代码，A6、A7、A8分别表示碎部点的x、y坐标和高程。A1A2A3A4A5A6A7A8第十页，共五十三页，2022年，8月28日

三、地形图要素分类和代码

按照GB14804–93《1:5001:10001:2000地形图要素分类与代码》标准，地形图要素分为9个大类：测量控制点居民地和垣栅工矿建（构）筑物及其它设施交通及附属设施管线及附属设施水系及附属设施境界地貌和土质植被

第十一页，共五十三页，2022年，8月28日地形图要素代码：四位数字码组成，从左到右，第一位是大类码，用1～9表示第二位是小类码第三位是一级代码第四位是二级代码例：一般房屋代码为2110，简单房屋为2120，围墙代码为2430，高速公路为4310，等级公路为4320，等外公路为4330等等。

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四、连接线代码除独立地物外，线状地物和面状地物符号是由两个或更多的点连接起来构成。对于同一种地物符号，连接线的形状也可以不同。例如房屋的轮廓线多数为直线段的连线，也有圆弧段。点与点连接时，需要有连接线的编码。连接线分为直线、圆弧、曲线，分别以1、2、3表示，称为连接线型码。为使一个地物上的点由点记录按顺序自动连接起来，形成一个图块，需要给出连线的顺序码，例如用0表示开始，1表示中间，2表示结束。第十三页，共五十三页，2022年，8月28日

五、图形信息码的输入

1、输入方式输入图形信息码是在数据采集过程中完成的。可外业完成后，根据草图将有关的图形信息码输入到相应的点记录中，这种方式，可减少野外观测时间，在野外不需要有显示图形功能的记录器，但不直观，在地形要素复杂情况下易于出错。也可采用笔记本电脑或PDA掌上电脑，在现场输入图形信息码和显示图形，及时发现数据采集中的错误。第十四页，共五十三页，2022年，8月28日2、公共点记录的增加在连接线状地物面状地物轮廓边界线时，遇到同一点有3个或多于3个连接方向（这种点为结点），或者是同一个点属于不同的地形要素，在这种情况下就需要增加公共点记录。每个公共点记录只输点号和图形信息码，公共点记录的点号和原点号相同，图形信息码按实际输入，其他各项记录为零，但实际的值和原点号记录相应的记录项相同。

第十五页，共五十三页，2022年，8月28日3、图块各点连接方向除控制点及无方位的独立符号表示的地物外，应将所测地物点连接成图块。图块上各点应按规定的方向顺序连接，如某一测图系统对图块各点连接方向作如下规定：⑴有方位的独立地物，如窑洞、矿井中的斜井和平峒等，在对应于地物符号中心的两侧对称各测一点，所绘地物符号位于连线的右侧。⑵对于围墙、陡坎、栏杆等线状地物，连接各轮廓点，短线符号绘在连接方向的右侧。而对双线道路、河流等两侧应分别连接，并使另一侧位于连接方向的右侧。⑶对于房屋、池塘、地类界等闭合的面状符号，按顺时针方向连接各轮廓点。⑷对于一些特殊图块，必须按系统规定的顺序连接，如台阶、双线桥、依比例的地下出入口等图块。第十六页，共五十三页，2022年，8月28日六、工作草图

在数字测图野外数据采集中，绘制工作草图是保证数字测图质量的一项措施。工作草图是图形信息编码，碎部点间接坐标计算和人机交互编辑修改的依据。在进行数字测图时，如果测区有相近比例尺的地图，则可利用旧图或影像图并适当放大复制，裁成合适的大小（如A4幅面）作为工作草图。在这种情况下，作业员可先进行测区调查，对照实地将变化的地物反映在草图上，同时标出控制点的位置，这种工作草图也起到工作计划图的作用。在没有合适的地图可作为工作草图的情况下，应在数据采集时绘制工作草图。工作草图应绘制地物的相关位置、地貌的地性线、点号、丈量距离记录、地理名称和说明注记等。草图可按地物相互关系一块块绘制，也可按测站绘制，地物密集处可绘制局部放大图。草图上点号标注应清楚正确，并和电子手簿记录点号一一对应，如下图所示。第十七页，共五十三页，2022年，8月28日野外碎部测量绘制的工作草图

第十八页，共五十三页，2022年，8月28日1、光学经纬仪的主要部件是什么？2、分微尺的读数规则是什么？3、叙述测回法对一个单角进行两个测回的观测步骤。4、用J2的仪器进行方向观测法时需要计算哪些限差？5、什么是竖盘指标差，如何计算？如何消除？第十九页，共五十三页，2022年，8月28日野外采集的碎部数据，在计算机上显示图形，经过计算机人机交互编辑，生成数字地形图。计算机地形图编辑是操作测图软件（或菜单）来完成的。大比例尺地面数字测图软件具有以下功能：碎部数据的预处理：包括在交互方式下碎部点的坐标计算及编码、数据的检查及修改、图形显示、数据的图幅分幅等。地形图的编辑：包括地物图形文件生成、等高线文件生成、图形修改、地形图注记、图廓生成等。地形图输出：包括地形图的绘制、数字地形图数据库处理及储存。11.4数字地形图编辑和输出第二十页，共五十三页，2022年，8月28日一、数据的图幅分幅和图形文件生成

地面数字测图的碎部记录文件，通常不是以一幅图的范围作为一个文件来记录的，这是由于作业小组的测量范围是按河流、道路的自然分界来划分，同时记录文件的大小也取决于电子手簿的记录容量。因此，一个碎部记录文件可能涉及几幅图，或者是一幅图由多个记录文件拼接生成。完整的碎部记录文件应该完成碎部点的坐标计算和编码，坐标计算和编码可以在原来的记录手簿上完成，或者是在计算机上完成。当碎部记录文件在计算机上显示的图形和实地地形（或工作草图）对照符合后，再按图幅生成图形文件。第二十一页，共五十三页，2022年，8月28日

图11–3碎部记录文件的图幅拼接图11–4图块构成如图所示，一幅图的图形文件由三个碎部记录文件拼接生成，其中D01、D02、D03是碎部点记录文件。图形文件的形式，不同的测图系统有自己的设计。下面以图11–4为例，介绍一种由坐标文件、图块点链文件和图块索引文件表示的图形文件。第二十二页，共五十三页，2022年，8月28日坐标文件的数据结构为：点序号、测量点号、、、高程。图块点链文件的数据结构为：点链序号、点序号第二十三页，共五十三页，2022年，8月28日图块索引文件的数据结构为：图块序号、起始点链序号、点数、地形要素代码、线型。从表1、表2和表3可得到绘制图块的全部信息。如图块2所对应的起始点链序号为8，图块由4个点组成，它们的点序号分别是5、7、8、6，由点序号从坐标文件中可读取对应点的坐标，然后按地形要素代码2430和线型1绘制图形，即为4个点连接的直线段围墙。第二十四页，共五十三页，2022年，8月28日

二、等高线文件

按图幅形成离散高程点临时文件，离散点经构网、等高线追踪，得到表示等高线特征点的有序点列，存入等高线文件。等高线文件由点链文件和索引文件表示。等高线点链文件的数据结构为：特征点链序号。等高线索引文件的数据结构为：等高线序号、起始点链序号、特征点数、高程值、等高线代码。等高线绘制时，由等高线索引文件获取某一等高线的起始点链序号和特征点数，在点链文件中，从起始点链序号开始，根据点数逐一读取特征点的坐标，然后用曲线光滑方法并根据等高线高程值绘制首曲线或者是计曲线。

第二十五页，共五十三页，2022年，8月28日三、图形的修改

图形修改的基本功能包括删除、平移、旋转等。1、删除删除各种地物符号、等高线和注记时，用光标选中删除对象，即从相应的文件中调出图形信息，然后用背景色绘制，并在文件中删除该记录。2、平移某些地物配置符号、注记，当其位置不合要求时，可以进行平移。在选中平移对象后，用光标拖动，将图形移到合适位置，即由光标的移动量求得在,方向上的移动量△、△,并将图形原来的坐标加上△、△，即

然后，删除原来的图形，按新的坐标重新绘制图形，并存入文件。

第二十六页，共五十三页，2022年，8月28日3、旋转有方向要求的独立符号、某些土质符号和植被符号、注记，当其方向不合要求时，可以进行旋转。旋转是围绕符号的定位点旋转。在选中旋转对象后，给出方向线到合适的位置。设旋转角为，则图形各点新的坐标为

然后，删除原来的图形，按新的坐标重新绘制图形，并存入文件。第十章大比例尺数字地形图测绘10.4数字地形图编辑和输出第二十七页，共五十三页，2022年，8月28日四、注记

地形图上起说明作用的文字和数字称为注记。注记是地形图内容的基本要素之一，注记分为专有名称注记（如居民地、河流等）、说明注记（如房屋结构、树种等）和数字注记（如地面点高程、比高、房屋层数等）。地形图上注记的字体、大小、字向、字空、字列和字位均有规定。注记的绘制一般通过人机交互完成。注记内容，除一部分（如等高线计曲线高程、高程点高程等）可从文件中调出外，大多数将通过键盘输入。由注记参数对话框选择字体、大小、字空等参数，然后由游标选择注记位置后，绘制注记。如果注记的位置不合适，可以通过平移、旋转、改变注记位置来调整。第十章大比例尺数字地形图测绘10.4数字地形图编辑和输出第二十八页，共五十三页，2022年，8月28日五、图廓生成

图廓的内容包括内外图廓线、方格网、接图表、图廓间和图廓外的各种注记等。其中，图形部分按图幅的大小由程序自动绘制。各种注记，其内容有些从文件中调出（如比例尺、图廓间的方格网注记等），有些通过键盘输入，然后按注记规定的位置、字体、大小、字空绘制。第二十九页，共五十三页，2022年，8月28日六、绘制地形图大比例尺地形图在完成编辑后，可储存在计算机内或其它介质上，或者是由计算机控制绘图仪绘制地形图。绘图仪可分为矢量绘图仪和点阵绘图仪。矢量绘图仪又称有笔绘图仪，绘图时逐个绘制图形，绘图的基本元素是直线段。点阵绘图仪又称无笔绘图仪，这类绘图仪有喷墨绘图仪、激光绘图仪等。绘图时，将整幅矢量图转换成点阵图像，逐行绘出，绘图的基本元素是点。由于点阵绘图仪的绘图速度较矢量绘图仪快，因此，目前大比例尺地形图多数采用属于点阵绘图仪的喷墨绘图仪绘制。

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一、大比例尺数字地形图的基本要求

其平面坐标系采用以“1980年西安坐标系”为大地基准、高斯–克吕格投影的平面直角坐标系，按3°分带，亦可选择任意经度作为中央子午线的高斯–克吕格投影。特殊情况下1:500～1:2000可采用独立坐标系。高程基准采用“1985国家高程基准”。其地物点的平面位置精度，要求地物点相对最近野外控制点的图上点位中误差在平地和丘陵地区不得大于0.6mm。高程精度要求高程注记点相对最近野外控制点的高程中误差在平地和丘陵地区,1:500不得大于0.4m，1:1000和1:2000不得大于0.5m，等高线对最近野外控制点的高程中误差在平地和丘陵地区,1:500不得大于0.5m，1:1000和1:2000不得大于0.7m。高程注记点密度为图上每

100cm2内

8

～20个。

11.5大比例尺数字地形图质量控制第三十一页，共五十三页，2022年，8月28日二、大比例尺数字地形图的质量要求

其质量要求通过对产品的数据说明、数学基础、数据分类与代码、位置精度、属性精度、逻辑一致性、完备性等质量特性的要求来描述。数据说明包括：产品名称和范围说明、存储说明、数学基础说明、采用标准说明、数据采集方法说明、数据分层说明、产品生产说明、产品检验说明、产品归属说明和备注等。数学基础是指地形图采用的平面坐标和高程基准、等高线等高距。大比例尺数字地形图数据分类与代码应按照GB14804-93《1:5001:10001:2000地形图要素分类与代码》等标准执行，补充的要素及代码应在数据说明备注中加以说明。第三十二页，共五十三页，2022年，8月28日

位置精度包括：地形点、控制点、图廓点和格网点的平面精度、高程注记点和等高线的高程精度、形状保真度、接边精度等。地形图属性数据的精度是指描述每个地形要素特征的各种属性数据必须正确无误。地形图数据的逻辑一致性是指各要素相关位置应正确，并能正确反映各要素的分布特点及密度特征。线段相交，无悬挂或过头现象，面状区域必须封闭等。地形要素的完备性是指各种要素不能有遗漏或重复现象，数据分层要正确，各种注记要完整，并指示明确等。第三十三页，共五十三页，2022年，8月28日数字地形图模拟显示时，其线划应光滑、自然、清晰、无抖动、重复等现象。符号应符合相应比例尺地形图图式规定。注记应尽量避免压盖地物，其字体、字大、字向等一般应符合地形图图式规定。二、大比例尺数字地形图平面和高程精度的检查和质量评定

1、检测方法和一般规定野外测量采集数据的数字地形图，当比例尺大于1:5000时，检测点的平面坐标和高程采用外业散点法按测站点精度施测，每幅图一般各选取20～50个点。用钢尺或测距仪量测相邻地物点间距离，量测边数每幅图一般不少于20处。平面检测点应均匀分布、随机选取的明显地物点。第三十四页，共五十三页，2022年，8月28日2、检测点的平面坐标和高程中误差计算地物点的平面坐标中误差按（11–1）式计算：

式中，为坐标X的中误差，为坐标Y的中误差，为坐标X的检测值，为坐标X的原测值。为坐标Y的检测值，为坐标Y的原测值。n为检测点个数。第三十五页，共五十三页，2022年，8月28日相邻地物点之间间距中误差按（10–2）式计算：

（11-2）式中，△Si

为相邻地物点实测边长与图上同名边长较差，n为量测边条数。高程中误差按（10–3）式计算：

（11-3）式中，为检测点的实测高程，为数字地形图上相应内插点高程。n为高程检测点个数。

第三十六页，共五十三页，2022年，8月28日三、大比例尺数字地形图的检查验收

对大比例尺数字地形图的检查验收实行过程检查、最终检查和验收制度，验收工作应经最终检查合格后进行。在验收时，一般按检验批中的单位产品数量的10%抽取样本。检验批一般应由同一区域、同一生产单位的产品组成，同一区域范围较大时，可以按生产时间不同分别组成检验批。在验收中对样本进行详查，并进行产品质量核定，对样本以外的产品一般进行概查。如样本中经验收有质量为不合格产品时，须进行二次抽样详查。验收工作完成后，编写验收报告，随产品归档。第三十七页，共五十三页，2022年，8月28日

一、数据库概念数据库：是一种计算机数据管理技术，是以一定的组织形式存储在一起的互相有关的数据集合。数据库通过对数据的组织、加工，能以多种组合方式为多个用户所共享。由三个基本部分构成：（1）数据集。一个结构化的相关数据的集合体，包括数据本身和数据间的联系。数据集独立于应用程序而存在，是数据库的核心和管理对象。（2）物理存储介质。指计算机的外存储器和内存储器。前者存储数据，后者存储操作系统和数据库管理系统，并有一定数量的缓冲区，用于数据处理，以减少内外存交换次数，提高数据存取效率。（3）数据库软件。其核心是数据库管理系统（DBMS)。主要任务是对数据库进行管理和维护。具有对数据进行定义、描述、操作和维护等功能，接受并完成用户程序和终端命令对数据库的请求，负责数据库的安全。地形图数据库是某一区域地形图数据的集合，地形图数据包括地形要素的空间数据和属性数据。其主要特点是以精确的坐标来描述空间数据和属性数据定位于空间数据，因此地形图数据库具有明显的空间特征。11.6地形图数据库第三十八页，共五十三页，2022年，8月28日二、数据模型目前在数据库领域常用的数据模型有层次模型、网状模型、关系模型，以及面向目标或称面向对象模型。1、层次模型层次模型是一种树结构模型，它把数据按自然的层次关系组织起来，以反映数据之间的隶属关系。层次模型是数据库技术中发展最早、技术上比较成熟的一种数据模型。它的特点是地理数据组织成有向有序的树结构，也叫树形结构。结构中的结点代表数据记录，连线描述位于不同结点数据间的从属关系（一对多的关系）。由树的定义可知，一棵树有且仅有一个无双亲结点的称为根结点；其余结点有且仅有一个双亲结点，他们可分为m(m≥0)个互不相交的有限集，其中每一个集合本身又是一棵树，将其称为子树。第三十九页，共五十三页，2022年，8月28日

图11–5表示实体E及其空间要素，图11–6是图11–5所示空间关系所构成的层次模型。这是一棵有向有序树，结点表示不同层次的要素，连线描述要素之间的从属关系。结点从属于（构成）有向边，有向边从属于（构成）多边形，多边形从属于（构成）实体E。图11–5实体E及其空间要素第四十页，共五十三页，2022年，8月28日

图11–6层次模型

2、网状模型网状模型将数据组织成有向图结构，图中的结点代表数据记录，连线描述不同结点数据间的联系。这种数据模型的基本特征是，结点数据之间没有明确的从属关系，一个结点可与其他多个结点建立联系，即结点之间的联系是任意的，任何两个结点之间都能发生联系，可表示多对多的关系。第四十一页，共五十三页，2022年，8月28日

图11–5所示实体E其空间要素的网状模型如图11–7所示。层次数据模型和网状数据模型的区别在于：（1）层次模型中从子女到双亲的联系是惟一的，而网状模型则可不惟一；（2）层次模型不允许有复合链，而网状模型则允许。层次数据模型和网状数据模型的缺陷：（1）要求应用程序员必须熟悉面向磁盘的优化技术和数据库的物理组织，对于每次特定的数据查询，必须编出十分复杂的查询应用程序。（2）一旦有新类型的数据加入，将会导致数据库结构的变化，在这种情况下，通常应用程序需要重写。

图11–7网状模型第四十二页，共五十三页，2022年，8月28日3、关系模型关系模型是一种数学化的模型，它是将数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表，亦称关系。一个实体由若干关系组成，而关系表的集合就构成了关系模型。关系表可表示为：，…，

其中R为关系名或称关系框架，(i=1,2,…n)，是关系R所包含的属性名，表的行在关系中叫做元组，相当于一个记录值，表的列叫做属性。所有的元组都是同质的，即有相同的属性项。一个关系作为一个同质文件单独存储，一个有n个关系表的实例需要建立n个文件。第四十三页，共五十三页，2022年，8月28日

图11–8多边形地图此多边形地图，可用表11-4至表11-7所列关系表表示多边形与边界及结点之间的关系、位置信息及有关属性。第四十四页，共五十三页，2022年，8月28日第四十五页，共五十三页，2022年，8月28日

关系模型的最大特色是描述的一致性，对象之间的联系不是用指针表示，而是由数据本身通过公共值隐含地表达，并且用关系代数和关系运算来操作。例如，关系1与关系2具有公共属性项(多边形编号)，可以通过它建立起两个关系表之间的联系。同理，关系2和关系3建立了边界与结点的联系。关系模型具有结构简单灵活、数据修改和更新方便、容易维护和理解等优点，是当前数据库中最常用的数据模型。大部分GIS中属性亦采用关系数据模型，有些系统甚至采用关系数据库管理系统管理几何图形数据。然而，关系模型在效率、数据语义、模型扩充、程序交互和目标标识方面都还存在一些问题，特别是在处理空间数据库所涉及的复杂目标方面，显得难以适应。第四十六页，共五十三页，2022年，8月28日4、面向对象模型面向对象数据模型是二十世纪九十年代兴起的，它是将客观世界的一切实体模型化为对象。每个对象都是由数据和对数据的操作组合而成。对象、类、消息是面向对象数据模型的基本概念。（1）一个对象就是现实世界中一个客体的模型化，与数据库中记录概念相似，但更为复杂。它具有惟一的名称标识，并且把自身的状态和