数字测图任务书及指导书.docx
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数字测图任务书及指导书
分类号_测量_课题编号_10001__
FujianCollegeofWaterConservancyandElectricPower
工程测量技术专业
数字测图任务书及指导书
课题：
数字测量
编写教师：
罗玉霜
使用班级：
测量0931
***********
水利工程系 测绘教研室
2011年11月
2GPS控制测量……………………………………………………………….5
第一部分工程测量技术专业数字测图任务书
1数字测图的目的与要求
数字测图是利用全站仪或其他测量仪器在野外进行数字化地形数据采集，在成图软件的支持下，通过计算机加工处理，获得数字地形图的方法，其实质是一种全解析机助测图方法。
数字测图是通过数字测图系统来实现的，数字测图系统主要由数据输入、数据处理和数据输出三部分组成，其作业过程与使用的设备和软件、数据源及图形输出的目的有关。
数字测图使地形图测绘实现了数字化，自动化，改变了传统的手工作业模式。
地面数字测图与传统的图解法测图相比，具有自动化程度高、精度高、不受图幅限制、便于使用管理等特点。
目前，数字测图技术已基本取代了传统的地形图测图方法，地面数字测图已成为获取大比例尺数字地形图、各类地理信息系统以及为保持其现势性所进行的空间数据更新的主要方法。
数字测图在现代测量中已经成为一种主流，熟练掌握字化测图生产作业的全过程，满足实际生产的需求，提高测绘作业人员的技术水平和综合素质具有重要意义。
其目的是巩固和扩大学生在校学习的理论知识，培养学生适用所学的基本理论、基本知识、基本技能，按照工程生产的实际要求和规定，独立地、创造性地解决工程测绘问题的能力。
要求学生达到以下要求：
1、掌握全站仪操作；
2、掌握GPS操作；
3、能对测区情况进行实际分析，掌握测量布网方案；
4、掌握全站仪控制测量；
5、掌握GPS控制测量；
6、掌握全站仪控制测量平差；
7、掌握GPS控制测量平差；
8、对两种不同技术作出的控制进行分析作业精度和在实际工程中的适用性；
2数字测图的总体原则
数字测图的基本思想是将地面的地形和地理要素（或称模拟量）转换为数字量，然后由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输出地形图或各种专题图图形。
数字测图就是一个数字自动化的过程，总体的原则实现丰富的地形信息和地理信息数字化及作业过程的自动化或半自动化。
3数字测图的具体要求
要求学生在指导教师的指导下，完成所承担的设计课题的全部内容，并且做到：
1．要充分认识数字测图的重要性，认真做好数字测图专题的准备工作。
2．既要虚心接受教师的指导，又要充分发挥主观能动性。
结合课题，独立思考，努力钻研，勤于实践，敢于创新。
3．按时完成规定的工作任务，不得弄虚作假，不准抄袭他人内容，否则其毕业设计（论文）成绩以不及格计。
4．无论校外、校内，都要严格遵守学校和所在单位的学习和劳动纪律、规章制度。
学生有事离开必须请假。
数字测图设计期间，无故缺席按旷课处理；缺席时间达三分之一以上者，不准参加答辩，其成绩按不及格处理，不准毕业。
5．在数字测图专题分析中，要严格要求自己，树立严肃、严密、严谨的科学态度，充分调动自觉性、主动性和创造性，按时数字测图专题任务。
6．必须参加数字测图答辩。
4数字测图课题
选定一个已有测区，收集测区的概况和已有资料，对测区已有的全站仪控制测量数据和GPS数据，对数据进行平差并作精度分析，分析数字测图中两种不同方案所作的控制测量的精度和在实际工程中的适用性。
如果测区数据不完整，可进行数据补测。
5数字测图时间分配
1、收集测区概况和已有资料：
0.5周
2、收集测区全站仪控制测量数据：
0.5周
3、收集测区GPS控制测量数据：
0.5周
4、对全站仪控制测量数据进行平差：
0.5周
5、对GPS控制测量数据进行平差：
0.5周
6、对不同方法的控制进行精度分析：
1周
7、论证哪种控制方案更为合理：
1.5周
8、答辨：
1周
6数字测图上交成果及要求
6.1提交的成果
1、全站仪控制测量数据
2、全站仪控制测量平差数据
3、GPS控制测量数据
4、GPS控制测量平差数据
5、精度分析数据
6.2数字测图设计编写要求
1、封面；（含数字测图开题报告，目录）
2、测区基本概况
简述测区基本概况。
（地理位置、测区面积、交通情况），可根据实习同学的资料或描述。
3、测区控制所用的规范
已有资料数据所选用的规范，精度和等级。
4、测区控制点的布设情况
测区控制点布点的情况，并进行简要的说明，布点的形式如何
5、控制测量方案设计
平面控制方案设计，方案的分析选择，全站仪和GPS平面控制测量的外业过程、如何进行外业数据采集的。
6控制测量数据处理
说明平面控制测量内业的处理过程，包括所用绘图软件，数据的传输，处理，和所用的平差软件，数据的平差。
7对两种控制测量进行精度分析，并分析哪种方案更为合理。
每位学生上交的以上文件，要求字迹清楚、书写工整、计算准确、并将上述内容按顺序装订，在规定的时间内上交。
7数字测图成绩考核
数字测图成绩按优、良、中、及格、不及格五级评分标准进行评定。
本次数字测图主要考核学生对数字测图自动化的掌握程度及数字测图仪器、方法运用的能力，所以成绩按编制的数字测图设计文件的质量、数字测图答辩情况、数字测图期间表现三部分评定，其比例各占60%、20%、20%，具体考核方法如下：
1、数字测图全站仪和GPS操作掌握情况。
2、控制测量数据平差完成情况。
3、编制的数字测图设计文件的质量：
主要依据学生数字测图控制测量成果的处理，精度分析，并参考学生在数字测图专业知识的掌握、独立工作能力等综合评定，重点看数字控制测量的内容是否全面、数字控制测量数据平差是否准确，并对数字测图不同的控制精度作出分析和在工程中的适用性。
4、答辩情况：
答辩包括学生自述、专业知识问题库中抽签回答、教师根据实习内容和设计情况提问、讨论评审和评分等环节，每位学生的答辩时间（包括汇报和提问）以不少于15分钟为宜；答辩以公开方式进行；学生安排到各答辩小组进行答辩，同组的学生必须全程旁听小组答辩。
5、数字测图期间表现：
由小组共同完成考核。
主要依据是数字测图设计期间出勤率、遵守纪律情况、相互协作情况等等。
8参考资料
1、《数字测图技术》徐宇飞主编黄河水利出版2002年5月第1版；
2、《全站仪操作手册》主编全站仪仪器公司
3、《GPS操作手册》主编 GPS仪器公司
4、《城市测量规范》CJJ8-99；
5、平差软件操作说明。
第二部分 测绘工程技术数字测图指导书
1平面控制测量
控制网具有控制全局，限制测量误差累积的作用，是各项测量工作的依据。
对于地形测图，等级控制是扩展图根控制的基础，以保证所测地形图能互相拼接成为一个整体。
对于工程测量，常需布设专用控制网，作为施工放样和变形观测的依据。
为了测量工程提供基本控制，必须要选择一个比较完善的平面控制测量方案。
布设平面控制网要符合其布设原则：
分级布设，逐级控制；具有足够的精度；保证必要的密度；应有统一的布网方案、精度指标和作业规格。
根据平面控制网的布设方法，根据测区导线控制网和GPS网的控制方案。
对两种方案进行对比，精度分析，论证那种方案更为合理。
2GPS控制测量
2.1布网原则
1、选择已有控制点资料，新布设的GPS网应尽量与原有的平面控制网相连接。
GPS所测得的三维坐标，属于WGS-84世界大地坐标系。
为了将它们转换成国家或地方坐标系。
至少应该联测两个已有的控制点。
其中一个点作为GPS网在原有坐标系内的定位起算点，两个点之间方位和距离作为GPS网在原有网之间的转换参数，联测点最好多于两个，且要求联测点分布均匀、具有较高的点位精度。
2、利用已有水准点联测GPS点的高程，GPS网所确定的三维坐标中，高程属于大地高，为转化为实际应用的正常高系统，应在GPS网中施测或重合少量几何水准点，应用数值拟合法（多项式曲面拟合或多面函数拟合）拟合出测区的拟大地水准面，内查出其他GPS点的高程异常并确定出其正常高高程。
3、网点，GPS网内各点虽不要求通视，但应有利于常规测量方法进行加密控制时应用。
4、网形，GPS网应通过一个或若干同步观测环构成闭合图形，以增加检和条件，提高网的可靠性。
2.2GPS控制网布设
（一）、野外选点
选点工作开始之前应搜集测区有关资料，如地形图、行政区划图和已有的测绘成果；了解和研究测区情况，如交通、通讯、供电、气象以及原有的控制点情况。
一般来说，在图上设计得GPS点位与实地的点位可以不完全一致，即使偏离数百米，对网的精度和可靠性也不会产生任何影响。
GPS点的选定不以相邻点间的通视为先决条件，但应当保证能顺利接收到不受干扰的卫星信号。
具体而言应符合下述要求：
①周围便于安置接收设备和操作，视野开阔、视场内障碍物的高度角应小于15°；
②点位应选在地基稳固、交通方便的地方，便于保存且利于其他测量手段联测和扩展；
③尽量避开大面积水域，以减弱多路经误差的影响；
④远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等），远离高压输电线和通讯线以避免周围磁场对GPS卫星信号的干扰。
为使点位长期保存和使用，不致移位和变形，应选在土质坚硬、地质情况良好之处，在城市建筑区，常因平地上的点位难以确保其长期性而选在楼顶，此时应选择已有一定的建筑年代、不再会有沉降的较坚固的建筑物的楼顶，标石的埋设应与混凝土梁柱固连。
如作为GPS形变监测网的基准点，则必须将点位埋在稳固、完整的基岩上。
如果再GPS点上与其它GPS点（不一定是相邻点）中的1~2个点通视，则有利于用常规技术加密低级网点。
但对于间距较大的首级GPS网点，而且加密次级网仍采用GPS技术时，则就不必强求须有1~2个通视方向。
点位选定后应绘制点之记，包括点名、点号、点位及点位略图、交通情况等，作为档案等级也便于今后对控制点位的寻找和使用。
高精度GPS控制网以及形变监测网宜建造带有强制归心装置的观测墩，不仅能减少对中及天线高量测误差，同时也避免因观测时间较长，三脚架受风吹、日晒、人员走动就不甚稳定而产生的影响。
（二）、埋石
点位选定后，按《规范》规定的规格埋设标石，并进行标记，绘制控制点点之记。
（三）、布设特点
GPS卫星定位技术布设控制网，不仅对点位图形结构没有太多限制，对点位之间的通视条件也没有严格要求。
点位无需选在制高点，也无须建造觇标。
这为GPS网的布设带来了极大的便利。
GPS控制网的主要特点如下：
1、GPS接收机采集的是接收天线至卫星的距离和卫星星历等数据，要求向上通视不强求点间通视。
2、GPS控制网淡化了“分级布网、逐级控制”的布网原则。
在城镇及矿区范围布设GPS控制网，分为C级、D级、E级，不同等级网有不同的精度要求。
以往用常规技术测设控制网时，遵循的是分级布网、逐级控制的原则，例如城市三角网分为二、三、四等，平均边长由长到短依次为9km、5km、2km，测角中误差依次为±1＂、±1.8＂及±2.5＂。
各个等级的三角网的精度指标以最弱边边长相对中误差来衡量，依次为1/12万、1/8万、1/4.5万及1/2万，四等一下还需布设一级、二级小三角或一级、二级导线。
三边网的边长规格相同，只是规定了测距精度。
采用GPS技术布设控制网，显然不必分成那么多的等级，对于较小的城市和工程控制网，可以采用全面布设。
采用长短边相结合的分级布网，既能从城市建设和地籍测量的实际要求出发，提高其“邻近精度度”，保证所需的密度；又能以长边为控制来限制误差的累积，提高整网的精度。
对于较大的控制网，分级布网更有其必要性，先以点数较少的首级GPS控制网覆盖整个测区，然后就能根据经济建设的需要分期、分区地逐步加密局部的次级网。
在首级网中已顾及了远期发展的需要，加密网则随用随测。
从而大大降低建网初期的费用，是经费投入更加合理、富有成效。
3、GPS控制网对点的位置和图形结构没有过多的要求，正因为GPS网中各点的位置直接测定，并不是以图形逐点推算，所以点位结构、图形形状均与点的位置精度关系不大。
4、控制点的位置是彼此独立直接测定的，因此，有关误差的传播和积累关系发生了变化，最弱边、最弱点的概念已不重要。
就城市控制网而言，通常要求四等网中最弱相邻点的点位中无差不得超过5CM，相邻两点的点位中误差通常是利用坐标差的微积分按协方差传播律来求出的。
为了合理的评定相对点位精度，除了设定一端点不含有误差外，还应选定该点上某个方向的方位角不含误差，在此前提下来计算和评定相对点位精度。
于是两点间的相对点位精度也随着所选取的参考方位不同而不同。
这样做更切合实际。
5cm的相对点位误差对于边长为2km的四等边而言相当于1/4万的边长相对精度，而现行规范中规定的四等三角边最弱边相对中误差须小于1/4.5万的要求，相对于边长中误差为4.4cm。
若去另一个参考方位，则待评定点的相对点位中误差的方向与边长方向一般并不一致，若设纵横向方向上的中误差数值相等，于是5cm的点位中误差所相应的边长中误差为3.5cm,相当于最弱边边长相对精度应为1/5.7万。
对于城市控制网所提出的这样的精度要求，即使用单频GPS接收机按照快速静态定位的方法也是比较容易达到的。
因基线向量观测值得精度至少可达10mm+2×10-6D，对于四等网，边长相对精度可达1/14万，对于三等边及二等边则分别为1/25万及1/32万。
当起始数据误差较小时（例如已采用GPS技术作收集控制网）观测值经过平差后精度还会有所增益。
由此可见GPS城市控制网的技术设计不应当仅仅满足于现行规范的精度要求，而应当在精度上留有一定得的存储量，尤其是对边长较大的GPS网首级网点，尽量在一个测段内观测较长的时间，使首级网与次级网精度上有一定的匹配，若是首级网获得超常的高精度，则在加密网中起始数据的误差影响就小的忽略不计。
2.3GPS基线的解算
每一个厂商所生产的接收机都会配备相应的数据处理软件，它们在使用方法都会有各自不同的特点，但是，无论是那种软件，它们在使用步骤上都是大体相同的。
GPS基线解算的过程是：
原是观测数据的读入在进行基线解算时，首先需要读取原始的GPS观测值数据。
一般说来，各接收机厂商随接收机一起提供的数据处理软件都可以直接处理从接收机中传输出来的GPS观测值数据。
而由第三方所开发的数据处理软件则不一定能对各接收机的原始观测数据进行处理，有处理这些数据，首先要进行格式转换。
目前，最常用的格式是RINEX格式，对于按此格式存储的数据，大部分的数据处理软件都能直接处理。
1、外业输入数据的检查与修改。
在读入了GPS观测值数据后，就需要对观测数据进行必要的检查，检查项目包括：
测站名、点号、测站坐标、天线高等。
对这些项目进行检查的目的，是为了避免外业操作时的误操作。
2、设定基线解算的控制参数。
基线解算的控制参数用以确定数据处理软件采用何种处理方法来进行基线解算，设定基线解算的控制参数是基线解算时的一个非常重要的环节，通过控制参数的设定，可以实现基线的精化处理。
3、基线解算。
基线解算的过程一般是自动进行的，无须过多人工干预。
4、基线质量的检验；基线解算完毕后，基线结果并不能马上用于后续的处理，还必须对基线的质量进行检验，只有质量合格的基线才能用于后续的处理，如果不合格，则需要对基线进行重新解算或重新测量。
3导线网控制
在地面上选定一系列点连成折线，在点上设置测站，然后采用测边、测角方式来测定这些点的水平位置的方法。
导线测量是建立国家大地控制网的一种方法，也是工程测量中建立控制点的常用方法。
设站点连成的折线称为导线，设站点称为导线点。
测量每相邻两点间距离和每一导线点上相邻边间的夹角，从一起始点坐标和方位角出发，用测得的距离和角度依次推算各导线点的水平位置。
3.1导线测量
导线测量布设灵活，推进迅速，受地形限制小，边长精度分布均匀。
如在平坦隐蔽、交通不便、气候恶劣地区，采用导线测量法布设大地控制网是有利的。
但导线测量控制面积小、检核条件少，方位传算误差大。
按国家大地网的精度要求实施的导线测量，称为精密导线测量，其导线应闭合成环或布设在高级控制点之间以增加检核条件。
导线上每隔一定距离测定天文经纬度和方位角，以控制方位误差。
电磁波测距仪出现后，导线测量受到重视。
电磁波测距仪测定距离，作业迅速，精度随仪器的改进而越来越高，电磁波导线测量得到广泛应用。
闭合导线：
从高等控制点出发，最后仍回到这个高等控制点形成一个闭合多边形。
附合导线：
从高等控制点开始测到另一个高等控制点。
3.2导线网的主要技术要求
1）一、二、三级导线的布设可根据高级控制点的密度、道路的曲折、地物的疏密等具体条件，选用两个级别;
2）导线网中结点与高级点间或结点与结点间的导线长度不应大于附合导线规定长度的0.7倍;
3）当附合导线长度短于规定长度的1/3时，导线全长的绝对闭合差不应大于13cm；
4）光电测距导线的总长和平均边长可放长至1.5倍,但其绝对闭合差不应大于26cm。
当附合导线的边数超过12条时，其测角精度应提高一个等级。
5）导线网作首级控制时,应布设成多边形格网,作为加密网时,可布设成单线、单结点或多结点导线网。
导线相邻边长之比不宜超过1：
3。
6）对不存在通视条件的GPS网点或其他控制网的孤点，采用四等及以下各级加密导线网时，可布设成无定向导线网。
但是严禁布设成两起算点之间单线附合形式，而应布设成具有两个或两个以上闭合环，或组成结点的导线网，以保证导线网的精度与可靠性。
在闭合环数或结点数较少时，应适当提高导线测角的精度。
光电测距导线的主要技术要求
等级
闭合环或附合导线长度（km）
平均边长（m）
测距中误差（mm）
测角中误差（"）
导线全长相对闭合差
三等
15
3000
≤±18
≤±1.5
1/60000
四等
10
1600
≤±18
≤±2.5
1/40000
一级
3.6
300
≤±15
≤±5
1/14000
二级
2.4
200
≤±15
≤±8
1/10000
三级
1.5
120
≤±15
≤±12
1/6000
a.导线网中结点与高级点之间或结点与结点之间的导线长度不应大于上表中附合导线规定长度的0.7倍。
b.当附合导线的总长度小于上表的规定导线长度的1/3时，导线全长的绝对闭合差不应小于±13cm。
c.在平坦、开阔地区光电测距电线的总长度和平均边长可根据上表的规定放长至1.5倍，但其绝对闭合差不应大于±26cm。
（针对一级导线）
导线测量水平角观测技术要求
等级
测角中误差（"）
测回数
方位角闭合差
DJ1
DJ2
DJ6
三等
≤±1.5
8
12
-
≤±3√¯n
四等
≤±2.5
4
6
-
≤±5√¯n
一级
≤±5
-
2
4
≤±10√¯n
二级
≤±8
-
1
3
≤±16√¯n
三级
≤±12
-
1
2
≤±24√¯n
（n为测站数）
平坦开阔地区图根点密度（点/km²）
测图比例尺
1:
500
1:
1000
1:
2000
图根点密度
150
50
15
图根光电测距导线的主要技术要求
比例尺
附合导线长度（m）
平均边长（m）
导线相对闭合差
测回数DJ6
方位角
闭合差（"）
测距
仪器类型
方法与测回数
1:
500
900
80
1/4000
1
≤40√¯n
II级
单程观测1
1:
1000
1800
150
1:
2000
3000
250
图根导线
图根级别
导线长度
（m）
平均边长（m）
相对闭合差
角度观测
测回数DJ2
方位角
闭合差（″）
坐标闭合差m
一级
1200
120
1/5000
1
24√n
0.22
二级
700
70
1/3000
1
40√n
0.22
注:
n为测站数
3.3全站仪控制测量要点
全站仪用于控制测量，可以将测水平角、竖角、斜距一次进行。
同时还可以测量平距、高差用来检核计算，在已知点上还可以测量各观测点的坐标作为平差中的近似坐标。
全站仪测控制应注意以下几点要求：
1、用于控制测量的全站仪的精度要达到相应等级控制测量的要求。
2、测量前要对仪器按要求进行检定、校准；出发前要检查仪器电池的电量。
3、必须使用与仪器配套的反射棱镜测距。
4、在等级控制测量中，不能使用气象、倾斜、常数的自动改正功能，应把这些功能关闭，而在测量数据中人工逐项改正。
5、测量前要检查仪器参数和状态设置，如角度、距离、气压、温度的单位，最小显示、测距模式、棱镜常数、水平角和垂直角形式、双轴改正等。
可提前设置好仪器，在测量过程中不再改动。
6、角度观测应遵守下列规定：
观测应在成象清晰、稳定的条件下进行。
晴天的日出、日落和中午前后，如果成象模糊或跳动剧烈，不应进行观测；
7、观测前应凉置仪器30分钟，让仪器温度与外界温度基本一致后才能开始观测。
观测过程中仪器不宜受日光直接照射；
8、仪器照准部旋转时，应平稳匀速；制动螺旋不宜拧得过紧；微动螺旋应尽量使用中间部位。
精确照目标时，微动螺旋最后应为旋进方向。
9、观测过程中，仪器气泡中心偏离值不得超过一格。
当偏移值接近限值时，应在测回之间重新整置仪器。
10、观测必须按规范要求进行，观测成果应做到记录真实,字迹工整，注记明确，观测要求及各项限差均应符合规范规定。
11、观测完后，应立即检查记录，计算各项观测误差是否在限差范围内，确认全部符合规定限差方可离去，以免造成不必要的返工与重测。
12、内存记录用作数据计算，手工记录以便检核各项限差。
（二）、测站上观测工作顺序
1、安置全站仪
（1）先将脚架安放在测站上，使脚架顶部大致水平，脚架头中心大致对准测站中心；把仪器固定在脚架上，移动脚架的两个脚，使地面测站标志中心与对中器中心大致重合；
（2）通过升降脚架使圆水准气泡居中，松开仪器连接螺丝，移动仪器，使地面测站标志中心与对中器中心精确重合，拧紧连接螺丝。
（3）用仪器脚螺旋精确整平仪器：
先将长水准管与两脚螺旋平行，调整这两个脚螺旋使水泡居中；再使长水准管垂直于这两个脚螺旋的连线方向，调整第三脚螺旋，使气泡居中。
以上对中、整平过程可能要反复进行，直到精确对中，且旋转照准部在各个方向上，长水准管气泡居中。
（4）量取仪器高度、觇标高度（注意量取的位置）、温度、气压。
2、角度观测
角度观测一般采用方向观测法进行，方向观测法一测回的操作步骤如下：
（1）将仪器照准零方向，配置好度盘；
（2）顺时针方向旋转照准部1～2周后精确照准零方向，读水平角数值；
（3）顺时针方向旋转照准部，精确照准1方向，读数。
继续顺时针方向旋转照准部依次观测2、3、4……N方向，最后闭合至零方向。
以上观测为上半测回。
（4）纵转望远镜，逆时针方向旋转照准部1～2周后，精确照准零方向，读数（重合两次、读数两次）。
（5）逆时针方向旋转照准部，按上半测回观测的相反次序N……3、2、1观测至零方向。
以上操作为一测回，当方向数小于四个时，可不闭合至零方向。
3、距离观测
（1）测线宜高出地面和离开障碍物1.3m以上，以减小折光影响。
（2）测线避免通过发热体（
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