第四章 数字测图的野外数据采集

第一节概述数字测图中地形点的描述必须具备3类信息：1、测点的三维坐标；2、测点的连接关系，据此可将相关的点连成一个地物；3、测点的属性，即地形点的特征信息，绘图时必须知道该点是什么点：地貌点？地物(房角、消火栓、电线杆……)点？有什么特征等等。野外测量时，知道测的是什么点，是房屋还是道路等，当场记下该测点的属性和连接信息；显示成图时，利用测图系统中的图式符号库成图，也就是说，如果测得点位，又知道该测点应与那个测点相连，还知道它们对应的图式符号，那么，就可以将所测的地形图绘出来了。第二节大比例尺数字测图的技术设计技术设计是数字测图最基本的工作，它是依据国家有关规定(规程)及数字图的用途、用户的要求、本单位的仪器设备状况等对数字测图工作进行具体设计。因此，在测图开始前，应编写技术设计书，拟订作业计划，以保证测量工作在技术上合理、可靠，在经济上节省人力、物力，有计划、有步骤地开展工作。一、数字测图技术设计的依据1、数字测图测量规范(规程)数字测图测量规范(规程)是国家测绘管理部门或行业部门制定的技术法规，目前数字测图技术设计依据的规范(规程)有：1)《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图图式》(GB／T7929-1995)；2)《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图数字化规范》(GB／T17160－1997)；3)《1∶500、l∶1000、1∶2000地形图要素分类与代码》(GBl4804－93)；4)《大比例尺地形图机助制图规范》(GBl4912－94)；5)《工程测量规范》、《城市测量规范》、《地籍测绘规范》、《房地产测量规范》、《地籍图图式》等；6)测量任务书中要求执行的有关技术规范(规程)。2测量任务书测量任务书或测量合同是测量施工单位上级主管部门或合同甲方下达的技术要求文件。这种技术文件是指令性的，它包含工程项目或编号、设计阶段及测量目的、测区范围(附图)及工作量、对测量工作的主要技术要求和特殊要求以及上交资料的种类和时间等内容。数字测图方案设计，一般是依据测量任务书提出的数字测图的目的、精度、控制点密度、提交的成果和经济指标等，结合规范(规程)规定和本单位的仪器设备、技术人员状况，通过现场踏勘，具体确定加密控制方案、数字测图的方式、野外数字采集的方法以及时间、人员安排等内容。二、数字测图的外业准备及技术设计书编写、技术设计书的编写验、仪器设备的选型及检主要内容主要依据、拟订作业计划、资料收集、测区踏勘54321１、测区踏勘主要调查了解的内容有：1)交通情况。包含公路、铁路、乡村便道的分布及通行情况等。2)水系分布情况。包含江河、湖泊、池塘、水渠的分布，桥梁、码头及水路交通情况等。3)植被情况。包含森林、草原、农作物的分布及面积等。4)控制点分布情况。包含三角点、水准点、GPS点、导线点的等级、坐标、高程系统，点位的数量及分布，点位标志的保存状况等。5)居民点分布情况。包含测区内城镇、乡村居民点的分布，食宿及供电情况等。6)当地风俗民情。包含民族的分布、习俗和地方方言、习惯和社会治安情况等。２、资料收集1)各类图件。测区及测区附近已有的测量成果等资料，其内容应具备施测单位、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、标石保存情况以及可利用的程度等。2)其他资料。包含测区有关的地质、气象、交通、通讯等方面的资料及城市与乡、村行政区划表等。３、拟定作业计划3.1、数字测图通常分外业数据采集和内业编辑处理，拟订作业计划的主要依据是：1)测量任务书及有关技术规范(规程)；2)投入的仪器设备；3)参加的人员数量、技术状况；4)使用的软件及采用的作业模式；5)测区资料收集情况；6)测区及附近的交通、通讯及后勤保障(食宿、供电等)。３.2、拟定作业计划的主要内容作业计划的主要内容应包括：(1)测区控制的具体实施计划；(2)野外数据采集及实施计划；(3)仪器配备、经费预算计划；(4)提交资料的时间计划以及检查验收计划等。5、技术设计书的编写资料收集齐全后，要编写技术设计书。主要编写内容有：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。一、测图前的准备工作1、图根控制测量：图根导线、图根三角、交会方法和ＲＴＫ（ＧＰＳ）、自由设站法和一步测量法２、地形特征点（碎部点）采集第三节大比例尺数字测图的野外数据采集1）自由设站法实质：使用全站仪及具有自由设站程序功能的电子手薄，在一个未知坐标的测站上对2－5个控制点进行方向和(或)距离观测，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。进行自由设站时，根据连测控制点数的不同，分为三种情况：一、是用方向和距离连测两个控制点；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。当通过方向测量或方向和距离测量(包括用方向和距离连测两个控制点)进行自由设站时，设站点坐标计算分以下几步骤进行：1)设站点近似坐标的计算2)权的确定3)设站点平差坐标的计算4)精度评定2）一步测量法实质：图根控制与碎部测量同步进行的测量方法步骤1)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。2)仪器不动，然后再施测本测站的碎部点的坐标，根据碎部点的坐标、编码及连接信息，显示屏上实时展绘碎部点并连接成图。3)搬到下一测站，其坐标已知，后视前一导线点，测得水平角及前视天顶距、斜距和觇标高，测出下一导线点的坐标。紧接着进行本站的碎部测量，测本站碎部点的坐标，并根据测站点的坐标，算得各碎部点坐标，实时展绘碎部点成图。同理，依次测得各导线点和碎部点坐标。4)待导线测完，计算闭合差并平差，再从新改算各碎部点的坐标。“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，在该测站上测出下一导线点(图根点)的坐标，然后再施测本测站的碎部点坐标，并可实时展点绘图。搬到下一测站，其坐标已知，测出下一导线点的坐标，再次测本站碎部点……。3）增设测站点是在控制点或图根点上，采用极坐标法、支导线法、自由设站法等方法测定测站点的坐标和高程。数字测图时，测站点的点位精度，相对于附近图根点的中误差不应大于图上0.2mm，高程中误差不应大于测图基本等高距的1／6。4）仪器器材、资料准备以及人员的安排１）仪器器材的准备２）资料的准备３）外业作业人员的组织测记法施测时，作业人员一般配置为：观测员1人，领尺员1人，跑尺员1～3人(依测量作业熟练情况而定)。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(便携机)操作人员1人(记录与成图)，跑尺员1～3人。二、野外数据采集方式１、测记法在观测碎部点时，绘制工作草图，在工作草图上记录地形要素名称、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。测记法数据采集通常区分为有码作业和无码作业，有码作业需要现场输入野外操作码。无码作业现场不输入数据编码，而用草图记录绘图信息，绘草图人员在镜站把所测点的属性及连接关系在草图上反映出来，以供内业处理、图形编辑时用。２、电子平板法采用笔记本电脑和PDA掌上电脑作为野外数据采集记录器，可以在观测碎部点之后，对照实际地形输入图形信息码和生成图形。电子平板法的基本操作过程如下1)利用计算机将测区的已知控制点及测站点的坐标传输到全站仪的内存或笔记本电脑(或PDA掌上电脑)中，或手工输入控制点及测站点的坐标到全站仪的内存中。2)在测站点上架好仪器，并把笔记本电脑或PDA与全站仪用相应的电缆连接好，开机后进入测图系统；设置全站仪的通讯参数；选定所使用的全站仪类型。分别在全站仪和笔记本电脑或PDA上完成测站、定向点的设置工作。3)全站仪照准碎部点，利用计算机控制全站仪的测角和测距，每测完一个点，屏幕上都会及时地展绘显示出来。4)根据被测点的类型，在测图系统上找到相应的菜单项，将被测点绘制出来，现场成图。三、点位信息的采集数字测图要求先测定所有碎部点的坐标及记录碎部点的绘图信息(即数据采集)，并记录在全站仪的内存中，而后传输到计算机，利用计算机辅助成图。在野外数据采集中，若用全站仪测定所有独立地物的定位点，线状地物、面状地物的折点(统称碎部点)的坐标，不仅工作量大，而且有些是无法直接测定的。因此，必须灵活运用“测、算”法，测算结合，测定碎部点坐标。碎部点坐标“测算法”的基本思想是：在野外数据采集时，利用全站仪适当用极坐标法测定一些“基本碎部点”，再用勘丈法(只测距离)测定一部分碎部点的位置(坐标)，最后充分利用直线、直角、平行、对称、全等等几何特征，在室内(或现场)计算出所有碎部点的坐标，也可以直接在测图软件的作图环境下绘出图形来。1、碎部测量的步骤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功能，要求用户在对话框中输入测站点号、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，必须要选择其他已知点做检核，不通过检核不能继续测量。2碎部点测量地面数字测图最常用的碎部测量方法是极坐标法，分别观测碎部点的方向值，垂直角、斜距、给出镜高(对全站仪来讲，可直接显示出碎部点的坐标)，此时用户输入点号和编码后，数据可直接存储在全站仪的内存、PC卡中，或直接传输给便携机(电子平板测图)、掌上电脑，或记录到电子手簿等记录器中)。四、数据(地形)编码在数字测图系统中必须设计一套完整的地物编码来替代地物的名称和代表相应的图式符号，以表明测点的属性信息。数据(地形)编码是一种人为的约定，一般用按一定规则构成的符号串来表示地物属性和连接关系等信息，这种有一定规则的符号串称为数据(地形)编码。它是联系内业与外业的一种纽带，在外业，人们用编码来描述地形点的属性特征，在内业，测图软件通过解译编码来识别地形点，决定该点采用什么符号来绘制，如何进行进一步数据处理。数据编码的基本内容包括：地物要素编码(或称地物特征码、地物属性码、地物代码)、连接关系码(或连接点号、连接序号、连接线型)、面状地物填充码等。地形码：：是表示地形图要素的代码。按照《１∶500、1∶1000、1∶2000地形图要素分类与代码》(GBl4804－93)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)筑物及其他设施、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。地形图要素代码由四位数字码组成，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、第四位分别是一、二级代码。例如一般房屋代码为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。信息码：是表示某一地形要素测点与测点之间的连接关系的代码。随着数据采集的方式不同，其信息编码的方法各不相同。从结构和输入方式上区分，主要有全要素编码、块结构编码、简编码和二维编码。1全要素编码这种编码方式的优点是各点编码具有惟一性，计算机易识别与处理，但外业编码输入较困难，目前很少用。全要素编码通常是由若干个十进制数组成。其中每一位数字都按层次分，都具有特定的含义。如五位数字编码规定，前三位为整数，后两位为小数，整数为地物编码，且自定义地物的类别，如把常用的地物分为点、建筑物、圆形物、地面线状地物、地上(高空)线状地物以及独立地物等六大类；二位小数则用来进一步说明地物的方向或流向、楼层等。2块结构编码块结构编码将整个编码分成几个部分，如分为点号、地形编码、连接点和连接线型四部分，分别输入。1）地形编码地形编码是参考图式的分类，用3位整数将地形要素分类编码。每一个地形要素都赋予一个编码，使编码和图式符号一一对应。2）连接信息连接信息可分解为连接点和连接线型。为便于计算机的自动识别和输入，在EPSW中规定：1为直线；2为曲线；3为圆弧；空为独立点。3简编码简编码就是在野外作业时仅