数字测图技术设计.docx
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数字测图技术设计
数字测图技术设计
1.绪论
随着电子全站仪及电子计算机的普及，地形图的成图方法正在逐步地由传统的白纸法成图向数字测图方向发展。
技术设计的规范对测绘人员来说有着重要的意义。
大比例尺数字化测图是近几年随着电子计算机、地面测量仪器、数字测图软件和GIS技术的应用而迅速发展起来的全新内容，广泛用于测绘生产、土地管理、城市规划等部门，并成为测绘技术变革的重要标志。
大比例尺数字化测图技术逐步替代传统的白纸测图，促进了测绘行业的自动化、现代化、智能化。
测量的成果不仅有绘在纸上的地形图，还有方便传输、处理、共享的数字信息，即数字地形图，它将为信息时代地理信息的发展产生积极的意义。
数字测图作为一种全解析机助测图方法，与模拟测图相比具有显著优势和发展前景，是测绘发展的技术前沿。
2.数字测图技术设计
2.1技术设计的意义
所谓技术设计，就是根据测图比例尺、测图面积、测图方法以及用图单位的具体要求，结合测区的自然地理条件和本单位的仪器设备、技术力量及资金等情况，灵活运用测绘学的有关理论和方法，制定在技术上可行、经济上合理的技术方案、作业方法和实施计划，并将其编写成技术设计书。
2.2技术设计的依据和基本原则
2.2.1技术设计的依据
上级下达任务的文件或合同书。
有关的法规和技术规范。
地形测量的生产定额、成本定额和装备标准等。
测区已有的资料等
2.2.2技术设计的基本原则
先整体后局部，且顾及发展；满足用户要求，重视社会效益。
从测区的实际情况出发，考虑人员素质和准备情况，选择最佳作业方案。
充分利用已有的测绘成果和资料。
尽量采用新技术、新方法和新工艺。
当测区面积较大，可以分区分别进行设计
2.3技术设计书的要求
内容明确，文字简练。
采用新技术、新方法和新工艺成图时，要对其可行性及能达到的精度进行充分的论证。
技术设计书中使用的名词、术语、公式、符号、代号和计量单位等应与有关规范和标准一致。
2.4技术设计书的内容
2.4.1任务概述
任务来源、测区范围、地理位置、行政隶属、测区面积、测图比例尺、技术依据、计划实施起止时间。
2.4.2测区概况
重点介绍测区社会、自然、地理、经济和人文等方面的基本情况。
主要包括：
海拔高程、相对高差、地形类别和困难类别；居民地、道路、水系、植被等要素的分布与主要特征；气候、风雨季节、交通情况及生活条件等。
2.4.3已有的资料利用情况
说明已有资料的全部情况，包括控制测量成果的等级、精度，现有图的比例尺、等高距、施测单位和年代，采用的图式规范，平面和高程系统等。
并对其主要质量进行分析评价，提出已有资料利用的可能性和利用方案。
2.4.4作业依据
国家及部门颁布的有关技术规范、规程及图式；
任务文件及合同书；
经上级部门批准的有关部门制定的适合本地区的一些技术规定；
2.4.5控制测量方案
（1）平面控制测量方案
坐标系统的确定，测量方案的选择，基本控制网的等级与加密层次，硬、软件的配置及施测方法，平差方法，各项主要限差及精度指标等。
（2）高程控制测量方案
高程系统的选择，首级高程控制的等级及起算数据的配置，加密方案及图形结构，路线长度及点的密度，标志类型及埋设，仪器和施测方法，平差方法，各项主要限差及精度指标等。
2.4.6数字测图方案
地形图采用的分幅和编号方法
图幅大小
地形图的分幅编号图
测站点的观测方法和要求
对地形要素的表示和对地形的要求
（1）数据采集
①图根控制测量
1999年颁布的《城市测量规范》中规定了数字化成图平坦开阔地区图根点密度如表1-1所示。
图根点的密度表1-1
测图比例尺
1:
500
1:
1000
1:
2000
图根点/km2
64
16
4
②数据采集作业模式的选择
数字测记模式
电子平板测绘模式
地图数字化模式
③碎部测量
坐标和高程的测量方法；
碎部测量的设站要求；
野外草图的绘制方法与要求；
碎部测量数据取位及测距最大长度要求；
高程注记点的间距、分布及位数要求；
测绘内容及取舍要求；
外业数据文件及其格式要求等。
（2）数据处理、图形处理、成果输出
数据处理是数字化成图的主要工序之一，其目的是将用不同方法采集的数据进行转换、分类、计算、编辑，为图形处理提供必要的绘图信息数据文件。
图形处理是将数据处理成果转换成图形文件。
成果输出就是将图形文件按照选定的分幅与编号方法和图幅大小，利用打印机、绘图机等输出设备打印出来。
2.4.7检查验收方案
数字地形图的检测方法；
实地检测工作量与要求；
中间工序检查的方法与要求；
自检、互检、组检方法与要求；
各级各类检查结果的处理意见等。
2.4.8工作量统计、作业计划和经费预算
工作量统计是根据设计方案，分别计算各工序的工作量。
作业计划是根据工作量统计和计划投入的人力物力，参照生产定额，分别列出各期进度计划和各工序的衔接计划。
经费预算是根据设计方案和作业计划，参照有关生产定额和成本定额，编制分期经费和总经费计划，并作必要的说明。
2.4.9上交资料清单
地形图图形文件
地形图分幅编号图
成果说明文件
控制测量成果文件
数据采集原始数据文件
图根点成果文件
碎部点成果文件
图形信息数据文件
2.4.10建议与措施
如何组织力量、提高效益、保证质量。
充分、全面、合理预见工程实施过程中可能遇到的技术难题、组织漏洞和各种突发事件等，并有针对性地制定处理预案，提出切实可行的解决方法。
指出业务管理、物资供应、膳宿安排、交通设备、安全保障等方面必须采取的措施。
3.工程项目的筹备
3.1数字测图技术设计的依据
3.1.1数字测图测量规范
《工程测量规范》、《地籍测绘规范》、《1：
500地形图图式》
3.1.2测量计划书
测量任务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，设计阶段及测量的目的，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，以及上交材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，控制点的精度、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
3.2数字测图的外业准备
3.2.1测区踏勘
（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、从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：
包含测区内策划哪个镇，乡村居民点的分布，食宿及供电情况等。
（6）当地分苏民情，包含民族的分布，习俗及地反复繁衍，习惯及社会治安情况等。
3.2.2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，期内容应说明其施测单位，施测年代，等级，精度，比例尺，规范依据范围、平面面积和高程坐标系统，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、通讯情况等方面的资料及城市与乡、村行政区划表等。
3.2.3拟定作业计划
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）野外数据采集及试试计划
（3）仪器配备、经费预算计划
（4）提交材料的时间计划以及检查验收计划等
3.2.4仪器设备的选型及检验
仪器设备的选型是保证完成测量任务的关键所在，仪器设备的性能，型号精度，数量与测量的精度，测区的范围，采用的作业模式等有关。
对于测区控制网，首级一般都采用GPS网，加密采用导线加密，导向的施测最好采用测角精度2”以上，测距精度3+2ppmD以上的全站仪施测，当然也可采用GPSRTK施测，数字测图的野外数据采集，采用测角精度不低于6”,测距精度不低于5+5ppmD即可，有条件的采用GPSRTK效率更高。
3.3数字测图外业工作的实施
3.3.1控制测量
在数字测图工作中，控制测量的工作与传统的控制测量相比，应该更简便，当然，在新的规范中，对这一方面的要求没有多大的改动，但根据本人的实际
工作经验及积累，有一些限制条件是可以放宽的，特别是图根控制。
随着GPS技术的发展成熟及全站仪的普及，三角测量现在已基本上淡出了控制测量这个舞台。
所以对大多数的人员而言，无疑大大地减轻了工作的强度。
去掉了三角测量的种种枷锁的限制，取而代之的是更为灵活的GPS网及导线（网）测量。
在本文中，仅就图根测量及图根加密作一探讨。
现在各测绘单位所使用的电子全站仪的精度一般为6〃、3＋5ppm以下，加上是电子自动读数，所以它的实际精度要较其标称精度高，相对于光学经纬仪而言，就更具优势。
众所周知，在传统测图中，地面点平面位置的误差受下列误差的影响：
（1）图根点的展绘误差M展
（2）测定地物点的距离误差M距
（3）测定地物点的方向误差M刺M绘
（4）地形图上地物点的刺点误差M刺
（5）清绘时所造成的误差M绘
由上可见，在视线良好的情况下，由于全站仪相对于经纬仪测角、测距精度的提高及计算机的应用，在城市密集建筑区和通视不好的条件下，顾及以后地形图修测或工程放样的要求，图根点的密度应增加。
3.3.2碎部测量
数字测图中，碎部测量的主要方法为极坐标法，在实测得多数碎部点的坐标后，可利用软件中的方向交会、距离交会、十字尺测量法或量算定点等方法来取得其余各点的坐标，再辅以软件中的偏移、拷贝、延伸等功能，得到最后的图形。
小型测绘单位，主要从事地形图修测补测的维护工作、建筑工程放样、变形观测、市政工程及地形图测绘等业务。
因为面广量大，在人员的配备上尽量求精简，所以不可能采取与一些大型测绘单位的作业方法，而必须创造出一套适合于本单位的方法。
在非电子平板数字测图中，很多单位所采用的方法为外业草图＋室内交互编缉来完成测图工作。
但这样一来，势必会降低外业的工作效率，操作也比较繁琐。
在测量的运作中，绘制草图并不简单，特别是在建筑物多时，相当麻烦，加上专人画草图，在人力上也是一种浪费。
而我队的地形测绘小组，基本上由2人组成，一人观测并在全站仪上作记录并编码，一人跑尺并内业绘图回到室内就可以把传输到计算机的各点在计算机屏幕上以展绘编码的方式出来，再根据跑尺人员自己所走过的线路，辅以这些点号编码，则可比较方便地把这些点连接起来。
或者通过编制编码引导文件，实现自动连线。
当完成这项工作后，再把这些图拿到实地对照，量取实地没有测到的各种数据，再在计算机上进行交互编缉，从而得最终的地形图。
当然，采用以上方法，对观测及司尺人员的要求是比较高的。
第一配合要默契，这一点测完了，下一点应测什么应心灵相通；对观测人员的输入数字及字母的熟练程度要求较高，一般应在10秒内完成（当然，有的点号是不用输入的）。
第二司尺人员担负着室内绘图的工作，是测图过程中的主要人员，所以对于地物（貌）的综合取舍等要心中有数，并且应在跑尺前确定好跑尺的线路，尽量避免走冤枉路。
经实践表明，利用该法测量要较草图法省事、快捷。
测站上所需要的仅是编码及照准两个过程，而司尺人员所需要做的仅是通过对讲机报编码、摆放棱镜两个过程。
现在的全站仪测量一个坐标，基本上在1秒以内，有的甚至达到了0.3秒一个点。
受司尺员走路等原因的影响，测地物约30秒一个点、地貌在1分钟以内，可以说，主要的时间是从一个点到另一个点的时间，而在这么短的时间内，画草图的人员基本上是跟不上这个思路与速度的。
经本人每天测量小时计，每天约可测600至900点。
而且，连线的成功率在95％以上。
对于碎部点的确定，就注意以下几点：
1）依比例的规则的建（构）筑物只需测出三点，第四点可由计算机来完成。
2）不规则的地貌应尽量能多测一些点，因为在传统测图中，一些细小的变化可通过手工来完成，但计算机的模拟是无法比较真实的反映出这些实际地形的。
3）对于程序中规定顺序绘制的图块，如桥梁，广告牌等等，最好能按其顺序进行测量。
4）此外，还应注意以下一些事项：
1.测图单元的划分，尽量以自然分界为界，如河流、道路等等，以便于地形图的施测，也减少了接边的问题。
2.能够测量到的点尽量实测，尽量避免用皮尺（钢尺）量取。
因为用全站仪所测量的速度远非皮尺量取所能比的，而且精度也会高些。
3.同一类地物（貌）应先测，以避免内业造成一些不必要的麻烦，当然，根据实地的实际情况，可作灵活的运用。
同时，也方便测站上观测人员的数字及字母输入。
4.测等高线时，除了测量特性线外，还应尽量多测一些加密的点，以满足计算机建模的需要，也能更加详尽地把映出地貌。
5.由于数字测图很多工作是在计算机上完成的，所以如何加强检核是每个单位所就解决的。
特别是在测区远离内业地点时，必须有一定的措施。
3.4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。
3.5作业依据
（1）《城镇地籍调查规程》（1993.6）国土局制定。
以下简称《规程》；
（2）《城市测量规范》以下简称《规范》；
（3）《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）；
（4）《江西省地籍调查协议书》；
（5）《土地调查条例》（国务院令第518号）；
（6）《中短程光电测距规范》国家测绘局1998年；
（7）《地勘测绘规范》地矿部1985年；
（8）《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73—97）；
（9）《土地登记办法》（国土资源部令第41号2007）；
（10）《江西省第二次土地调查实施方案》；
（11）《中华人民共和国行政区划代码》（GB/T2260-2007）；
（12）《县级以下行政区划代码编制规则》（GB/T10114-2003）；
（13）《国家三、四等水准测量规范》（GB12898-2009）；
（14）《国家基本比例尺地图图式第一部分：
1:
500、1:
1000、1:
2000地形图图式》，以下简称《图式》；
（15）江西省《l:
500、l:
1000、l:
2000基础数字地形图测绘规范》；
（16）《江西省GPS-RTK测量技术规定》；
（17）《土地利用现状分类》（2007）；
（18）《江西省数字地籍调查技术规范》（江西省国土资源厅）。
4.技术设计的方案
4.1工作流程图
工作流程图如下图4-1
成果预检验收
成果最终验收
4.2控制测量
4.2.1二级导线布网方案
在市区、镇区老街建筑物密集处，GPS一级施测有困难的地方，可以布设常规的二级导线网，高程采用光电测距三角高程导线测量。
要求相邻点两两通视。
点位的埋设要求与GPS一级点一致，二级点编号从Ⅱ001开始，按顺序编写，并做好点之记。
用D级和E级GPS点直接加密二级导线网，二级导线点主要是沿道路和主要街巷布设，要求相邻点两两通视，依据《规程》6.1.2.1“地籍基本平面控制点，每平方公里不少于10个点”的要求，调查区面积约15平方公里，共计约需布设二级导线点150余个，为使用方便可适当增加。
4.2.2二级导线点的选点及编号
（1）二级导线点选点
①二级导线点宜选择在作业安全、方便使用的地方。
②相邻点间通视良好、成像清晰、便于观测。
③所选点位土质坚实、并尽可能利用原有控制点。
（2）二级导线点的编号
二级导线点编号采用“X”（“X”代表秀谷镇）＋“R”（二级）＋“阿拉伯数字”按自然排序的方式编写，临时过渡点点号编写不做明确要求。
4.2.3二级导线点标石的埋设及点之记的绘制
（1）二级导线点标石的埋设
二级导线点标志的设立主要有埋石、刻记、钢筋、大帽钉三种：
①采用埋石方式时，标石为混凝土预制，规格为上顶面12CM×12CM，下地面20CM×20CM，标石高度大于50CM，中心为φ=12MM钢筋，标石设时顶面略低于地面，便于保存。
②采用刻记时，基岩或混凝土结构主体应结实稳固，尽可能避开机动车道和易遭受损坏的地方。
③钢钉标志多设在水泥路面缝隙结合部位，先打直径约20MM，深25CM的圆孔，灌注混凝土沙浆，然后顶入钢钉或钢筋。
④沥青路面上可直接打入大帽钢钉，钉长度不小于7cm。
二级导线点标石见图4-2
（2）二级导线点点之记的绘制
一级导线点应依据相邻地物关系，绘制详细点之记，点之记绘制的要求如下：
①一般要有两个以上的相邻地物到点的距离。
②点之记要突出重点，注出路名、村庄名、附近明显地物，以达到美观要求。
③点之记说明栏内要用文字叙述点的交通位置及方位。
④要认真填写点的标志类型，点名、等级等信息，不得遗漏。
⑤测绘人员要在下面填写自己的姓名及日期，以备考察。
4.2.4观测仪器的选择
二级导线网水平角、边长及高差测量拟采用日本产TOPCON3000LN全站仪和TOPCON332N型全站仪。
上述仪器标称精度为测角中误差±2m，测距中误差为±（2mm+2ppm）,满足《城市测量规范》和《规程》要求，使用的仪器均在江西省测绘仪器鉴定中心鉴定，各项精度指标均符合要求。
4.2.5二级导线测量的主要技术要求
光电测距二级导线主要技术要求
附合导线长度，km
平均边长，m
每边测距中误差，mm
测回数
方位角闭合差，″
导线全长相对闭合差
测角中误差，″
DJ2
2.4
200
±15
1
±16
1/10000
±8
水平角方向观测法的各项限差（″）
经纬仪
型号
光学测微器两
次重合读数差
半测回
归零差
一测回
2c较差
同方向各
测回较差
DJ2
3
8
13
9
光电测距限差
测距仪精度等级
一测回读数间
较差限值，mm
单程读数差（测回较差限值），mm
往返测或不同时间
段内观测结果较差
Ⅰ
5
7
（a+b×D-6）
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）导线相邻边长之比一般不得超过1：
3。
4.2.6二级导线观测
（1）水平角观测
角度观测一般采用测回法进行，操作步骤如下：
①将仪器照准零方向，配置好度盘；精确照准零方向，读水平角数值.
②顺时针方向旋转照准部，精确照准方向点读数，纵转望远镜，逆时针方向旋转照准部1～2周后，精确照准方向点读数。
③逆时针方向旋转照准部，观测至零方向。
（2）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（如散热塔、烟窗等）和较宽水面上空。
③测站应避开受电、磁场干扰的地方，应离开高压线5m以外。
④测距时避免背景部分有反光物体，在大气稳定和成像清晰的条件下观测。
⑤避免爆晒、淋湿仪器，严禁照准头对向太阳。
⑥测站、镜站不准离人，手机、对讲机应远离测线使用。
⑦仪器高和棱镜高的量取位置一定要正确。
（3）数据记录及检查
记录使用仪器内存自动记录，数据存储前准确核对仪器高、觇标高、点号是否输入错误并在草纸上按上述公式计算角度及边长，检查其是否超限，如发现错误及时重测或补测并在日志中记录错误原因及改正方法。
重测注意事项如下：
（1）重测一般应在基本测回（即规定的全部测回）完成以后，对全部成果进行综合分析，作出正确的取舍，并尽可能分析出影响质量的原因后再进行。
切忌不加分析，片面地、盲目地追求观测成果的表面上合格，以致最后得不到良好的结果。
（2）因测错方向、读错记错、碰动仪器、气泡偏离过大、上半测回归零差超限以及其它原因未测完的测回，都可以立即重测，并不算重测的测回数。
（3）一测回中2C互差超限或化归同一起始方向后，同一方向值各测回互差超限时，重测超限方向并联测零方向。
因测回互差超限重测时，除明显孤值外，原则上应重测观测结果中2C值最大和最小的测回。
（4）若零方向的2C互差超限或下半测回的归零差超限，则应重测整个测回。
（5）基本测回成果和重测成果都要汇总于记簿中，每一测回只取一份合格成果
4.2.7二级导线网平差计算
（1）每天观测结束后，由记录人员整理观测数据，绘制草图，并把相关数据标注在草图上，由观测人员进行检查，对发现的问题要随时记录下来。
由于每天要观测大量的数据，因此要求当天观测的数据当天整理好。
（2）二级导线网采用整体平差，平差计算采用清华山维公司的NASEW平差软件，导线精度满足规范要求时，打印计算成果表。
否则应查明原因，重新进行平差计算必要时补测。
导线闭合差及其分配方式：
角度闭和差:
180°
改正数:
限差:
纵坐标闭和差:
横坐标闭和差:
导线绝对闭和差:
导线相对闭和差:
导线相对闭和差限差设为:
1/4000
4.3高程控制测量
4.3.1高程等级的确定
根据《江西省城镇地籍更新调查技术规程》之6.2规定，首级地籍高程控制点应以国家等级水准点起算，采用等外水准施测，依据规程规范采用三角高程测量精度即可满足要求。
4.3.2三角高程控制测量
（1）三角高程测量的限差要求符合下列规定：
①由两个单方向算得的高程不符值不大于
（单位：
m）。
②由对向观测所求得高差较差不大于0.1S（m）（S为边长，单位：
km）。
③由对向观测所求的高差中数，计算闭合环线或符合路线的高程闭合差不大于
（单位：
m）。
（2）三角高程的观测和记录
三角高程观测同水平角、距离观测同时进行，高差进行对向观测，高差取往返测算术平均值，取为至毫米。
记录使用仪器内存自动记录，数据存储前准确核对仪器高、觇标高、点号是否输入错误并在草纸上计算观测值是否超限，如发现错误，及时补测并在日志中记录错误原因及改正方法。
（3）三角高程网的平差计算
三角高程网数据利用本公司专门编写的软件进行数据处理后，使用清华山维NASEW软件平差按“高程网”平差。
4.4图根控制测量
4.4.1图根导线的布设
图根导线点标志，泥土地面可钉入木桩，沥青路面可钉入水泥钉，水泥路面可刻记。
图根导线可布设成闭（附）合路线，困难地区也可布设成支导线，但支导线边数不得超过3条。
图根点密度以满足地籍图测绘和界址点测量需要为原则，一般每平方公里应不少于100个。
4.4.2仪器的选择
图根点测量拟采用日本产TOPCON336型全站仪4台。
该仪器标称精度为测角中误差±5m，测距中误差为±（2mm+2ppm×Dm.s.e）。
以上仪器标称精度均满足《城市测量规范》和《规程》要求。
4.4.3图根导线控制测量的技术要求
在高等级控制点的基础上，可分两个等级进行图根点加密，以街坊为单位统一平差，其主要布设形式为附合路线或导线网，在个别隐蔽地区，采用支导线（极坐标引点法）。
支导线边数最多不超过3条，最大长度不超过300m，除起算边或特殊地区外图根导线的相邻边长之比不超过1：
3，一级图根导线长度不超过1.2Km，二级图根导线
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