数字化测图在工程测量中的运用.docx

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数字化测图在工程测量中的运用

数字化测图在工程测量中的运用

目录

第一章绪论1

1.1数字测图概述6

1.2研究背景6

1.3本文的研究内容7

第二章野外数字化测图7

2.1地形测量的概念7

2.2数字化测图的概念8

2.3数字化测图的基本思想8

2.4数字化测图的基本原理及优点8　　

2.5数字化测图特点8

2.6野外数据采集准备工作10

2.7数字化测图野外作业12

第三章数字测图系统14

3.1数字测图系统14

3.2地面数字测图系统模式15

3.3数字测图图形信息的采集和输入15

第四章数字地图18

4.1数字地图概念18

4.2数字化地图在工程中的应用18

第五章浙江省缙云县省级造地改田项目测量技术设计书19

5.1项目介绍19

5.2测区概况19

5.3已有成果资料及分析利用20

5.4作业要求20

5.5工作内容21

5.6图件编绘、检查校核、资料整理23

第六章结论24

参考文献25

致谢26

摘要

本文介绍了利用数字测图的方法在工程测量中的运用。

首先利用RTK进行控制测量和徕卡TC-405进行碎部测量，然后运用南方CASS测绘软件进行内业处理。

在达到控制和碎部同步进行的同时又保证了所有碎部点的精度,突破了传统的测量模式。

关键词：

数字测图，软件操作

Abstract

    Thisarticledescribestheuseofdigitalmappingmethodsusedinthecompletionofmeasurement.First,measurementandcontrolusingRTKLeicaTC-405fortheDepartmentofMeasurementbroken,andthenusemappingsoftwarewithintheSouthCASS5.1processingindustry.TocontrolandbrokenintheMinistrycarriedoutsimultaneouslyatthesametimeensuringthatallthepointsofprecision,breakingthetraditionalmeasurementmode.

Keywords:

digitalmapping,softwareoperation

第一章绪论

1.1数字测图概述

数字测图实质上是一种全解析机助测图方法，在地形测绘发展过程中它是一次根本性的技术改革，这种改革主要体现在：

图解法的最终目的是地形图，图纸是地形信息的唯一载体；数字测图地形信息的载体是计算机的储存介质（磁盘或光盘），其提交成果是可供计算机处理、远距离传输、多方共享的数字地形图数据文件。

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。

目前大多数数字化测图系统内容丰富，具有多种数据采集方法，具有多种功能和多种应用范围，能输出多种图形与数据资料。

根据数字测图系统的引进硬件和软件的组成数字测图系统可概括为：

利用全站仪、GPS或其他测量仪器进行野外数字化测图：

利用手扶数字化仪或扫描数字化仪纸质地形图进行数字化；利用航测、遥感像片进行数字化测图等技术。

前者是野外采集数据，后两者主要是室内作业才具数据。

软件操作

内业成图：

导出RTK中控制点数据，导出全站仪数据到计算机，运用全站仪自带软件将*.rts数据文件转化为成图软件所需的*.dat数据文件，采用基于AUTOCAD平台开发的南方CASS7.0成图系统进行计算机成图在外业无码作业数据采集的基础上，内业将利用外业草图，采用南方CASS5.1软件进行成图。

成图比例尺为1：

1000。

地貌与实地相符，地物位置精确，符号利用要正确。

所成的电子地图进行了严格分层管理，可出各种专题地图的要求，图形格式为DWG格式。

1.2研究背景

数字化测图是近几年随着计算机、地面测量仪器、数字化测图软件的应用而迅速发展起来的全新内容,广泛用于测绘生产、水利水电工程、土地管理、城市规划、环境保护和军事工程等部门.数字化测图作为一种全解析机助测图技术,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言.目前许多测绘部门已经形成了数字图的规模生产.作为反映测绘技术现代化水平的标志之一,数字测图技术将逐步取代人工模拟测图,成为地形测图的主流。

数字测图技术的应用发展,极大的促进了测绘行业的自动化和现代化进程.使测量的成果不仅有绘在纸上的地形图,还有方便传输、处理、共享的基础信息,即数字地图.是GIS的子系统.它将为信息时代地理信息的应用发展提供最可靠的保障。

1.3本文的研究内容

针对目前生产单位的生产实际情况以及国内外的研究情况，本文确定了以下主要研究内容：

研究当前数字测图生产过程中外业采集与内业数据处理的相互关系和工艺流程；研究当前数字测图阶段，基于数字测图外业测绘中存在的问题；研究基于数字测图内外业一体化可行性方法和理论依据。

第二章野外数字化测图

2.1地形测量的概念

地形测量：

即对地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程进行测定，并按一定比例缩小，用符号和注记绘制成地形图的工作。

地形图的测绘基本上采用航空摄影测量方法，利用航空像片主要在室内测图。

但面积较小的或者工程建设需要的地形图，采用平板仪测量方法，在野外进行测图。

　　地形测量包括控制测量和碎部测量。

①控制测量是测定一定数量的平面和高程控制点，为地形测图的依据。

平板仪测图的控制测量通常分首级控制测量和图根控制测量。

首级控制以大地控制点为基础，用三角测量或导线测量方法在整个测区内测定一些精度较高、分布均匀的控制点。

图根控制测量是在首级控制下，用小三角测量、交会定点方法等加密满足测图需要的控制点。

图根控制点的高程通常用三角高程测量或水准测量方法测定。

②碎部测量是测绘地物地形的作业。

地物特征点、地形特征点统称为碎部点。

碎部点的平面位置常用极坐标法测定，碎部点的高程通常用视距测量法测定。

按所用仪器不同，有平板仪测图法、经纬仪和小平板仪联合测图法、经纬仪（配合轻便展点工具）测图法等。

它们的作业过程基本相同。

测图前将绘图纸或聚酯薄膜固定在测图板上，在图纸上绘出坐标格网，展绘出图廓点和所有控制点，经检核确认点位正确后进行测图。

测图时，用测图板上已展绘的控制点或临时测定的点作为测站，在测站上安置整平平板仪并定向，然后用望远镜照准碎部点，通过测站点的直尺边即为指向碎部点的方向线，再用视距测量方法测定测站至碎部点的水平距离和高程，按测图比例尺沿直尺边沿自测站截取相应长，即碎部点在图上的平面位置，并在点旁注记高程。

这样逐站边测边绘，即可测绘出地形图。

2.2数字化测图的概念

广义的数字化测图又称为计算机成图主要包括:

地面数字测图、地图数字化成图、航测数字测图、计算机地图制图.在实际工作中,大比例尺数字化测图主要指野外实地测量即地面数字测图,也称野外数字化测图。

　　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，流程为：

地形图采集；数据处理与采集；成果与图形输出。

2.3数字化测图的基本思想

数字化测图的基本思想:

数字化测图就是将采集的各种有关的地物和地貌信息转化为数字形式,通过数据接口传输给计算机进行处理,得到内容丰富的电子地图,需要时由电子计算机的图形输出设备（如显示器、绘图仪）绘出地形图或各种专题地图。

数字化测图的运行示意图数据采集点位信息特征信息数据传输、绘草图数据处理、地物模型、地貌模型、屏幕编辑、绘图文件存盘地图。

2.4数字化测图的基本原理及优点

（1）数字化测图是以传统的白纸测图原理为基础，以全站仪、计算机及外围设备为工具，采用数字库技术和图形处理方法，实现一套野外数据采集到内业制图的全过程的自动化测量制图系统，称为数字化测图系统。

它的实质是解析测图，它实现了将图形的模拟量（地面模型）转化为数字量，经计算机对数字量进行处理，得到内容丰富的电子地图。

（2）在传统的白纸测图方法中，地面点平面位置的误差主要受图根点的展绘误差、测定地物点的视距误差、测定地物点的方向误差、地形图上的地物点的刺点误差以及清绘误差等综合因素的影响，而在数字测图中，全站仪强制照准棱镜，测量数据自动记录到手簿或全站仪内部存储器中，展点又是计算机自动展点，所以图根点的展绘误差与地物点的展绘误差可忽略不计，其余各项误差也比普通经纬仪测图时大大减小，所以点位精度非常高，经过实践表明，数字化测图很容易达到《水利水电工程测量规范》规定的点位误差小于图上0.2mm的精度指标。

同时数字地图容易存贮，是地理信息系统（GIS）的重要信息来源。

另外数字化测图还大大提高了工作效率，缩短了成图的周期。

经实践表明：

一个作业组在正常情况下用白纸测图的方法一个工作日能测量200个地形点，而采用数字化测图的方法则可以测量400个地物点以上，工作效率提高1倍。

2.5数字化测图特点

2.5.1点位精度高

　传统的经纬仪配合平板、量角器的图解测图方法,其地物点的平面位置误差主要受展绘误差和测定误差;测定地物点的视距误差和方向误差;地形图上地物点的刺点误差等影响.实际的图上误差可达±0.47㎜.经纬仪视距法测定地形点高程时,即使在较平坦地区（0°—6°）视距为150米,地形点高程测定误差也达±0.06米而且随着倾斜角的增大高程测定误差会急剧增加.如在1:

500的地籍测量中测绘房屋要用皮尺或钢尺量距用坐标法展点.普及了红外测距仪和电子速测仪,虽然测距和测角的精度大大提高,但是沿用白纸测图的方法绘制的地形图却体现不出仪器精度的提高.也就是说无论怎样提高测距和测角的精度,图解地形图的精度变化不大,浪费了应有的精度.这就是白纸测图致命的弱点.而数字化测图则不同,若距离在300m以内时测定地物点误差约为±㎜,测定地形点高差约为±18㎜.电子速测仪的测量数据作为电子信息可以自动传输、记录、存储、处理和成图.在全过程中原始数据的精度毫无损失,从而获得高精度（与仪器测量同精度）的测量成果.数字地形图最好地反映了外业测量的高精度,也是最好地体现了仪器发展更新、精度提高的高科技进步的价值。

2.5.2改进了作业方式

传统的方式主要是通过手工操作,外业人工记录、人工绘制地形图;并且在图上人工量算坐标、距离和面积等.数字测图则使野外测量达到自动记录、自动解算处理、自动成图,并且提供了方便使用的数字地图软盘.数字测图自动化的程度高,出错（读错、记错、展错）的概率小,能自动提取坐标、距离、方位和面积等.绘图的地形图精确、规范、美观。

2.5.3便于图件的更新

　城镇的发展加速了城镇建筑物和结构的变化,采用地面数字测图能克服大比例尺白纸测图连续更新的困实地房屋的改建扩建、变更地籍或房产时,只须输入有关的信息,经过数据处理就能方便地做到更新和修改,始终保持图面整体的可靠性和现势性。

2.5.4加了地图的表现力

计算机与显示器、打印机联机,可以显示或打印各种资料信息;与绘图机联机时,可以绘制各种比例尺的地形

也可以分层输出各类专题地图,满足不同的用户的需要。

2.5.5方便成果的深加工利用

数字化测图的成果是分层存放,不受图面负载量的限制,从而便于成果的加工利用.比如EPSW软件定义11层（用户还可以根据需要定义新层）,房屋、电力线、铁路、道路、水系地貌等存于不同的层中,通过打开或关闭不同的层得到所需的各类专题图,如管线图、水系图、道路图、房屋图等。

2.5.6可作为GIS的重要信息源

地理信息系统具有方便的信息查询功能、空间分析功能、以及辅助决策功能,在国民经济、办公自动化及人们日常生活中都有广泛的应用.数字化测图作为GIS的信息源,能及时地提供各类基础数据更新GIS的数据库。

数字化测图的作业过程数字化测图由于数据的来源不同,采集的仪器和方法也不同,主要有以下几类作业过程：

　　数字测图系统,由于空间数据的来源不同,采集的仪器和方法不同,目前有如下三种方法:

（1）、野外数据采集:

用于没有底图的地区,用全站仪实地测量,精度最高,费用也高.

（2）、航片数据采集：

以航空相片作数据源，在解析测图仪或立体量测仪采集地形特征点。

（3）、底图数据采集：

以旧的地形图为底图，进行数字化。

2.6野外数据采集准备工作

全站仪的检验和校正

（一）、照准部水准轴应垂直于竖轴的检验和校正检验时先将仪器大致整平,转动照准部使其水准管与任意两个脚螺旋的连线平行,调整脚螺旋使气泡居中,然后将照准部旋转180度,若气泡仍然居中则说明条件满足,否则应进行校正。

校正的目的是使水准管轴垂直于竖轴．即用校正针拨动水准管一端的校正螺钉，使气泡向正中间位置退回一半．为使竖轴竖直，再用脚螺旋使气泡居中即可．此项检验与校正必须反复进行，直到满足条件为止．

（二）、十字丝竖丝应垂直于横轴的检验和校正

检验时用十字丝竖丝瞄准一清晰小点，使望远镜绕横轴上下转动，如果小点始终在竖丝上移动则条件满足．否则需要进行校正．

校正时松开四个压环螺钉（装有十字丝环的目镜用压环和四个压环螺钉与望远镜筒相连接。

转动目镜筒使小点始终在十字丝竖丝上移动，校好后将压环螺钉旋紧。

（三）、视准轴应垂直于横轴的检验和校正选择一水平位置的目标，盘左盘右观测之，取它们的读数（顾及常数１８０度）即得两倍的c（c=１／２（ɑ左－ɑ右）

（四）、横轴应垂直于竖轴的检验和校正选择较高墙壁近处安置仪器。

以盘左位置瞄准墙壁高处一点p（仰角最好大于３０度），放平望远镜在墙上定出一点m1。

倒转望远镜，盘右再瞄准p点，又放平望远镜在墙上定出另一点m2。

如果m1与m2重合，则条件满足，否则需要校正。

校正时，瞄准m1、m2的中点m,固定照准部，向上转动望远镜，此时十字丝交点将不对准p点。

抬高或降低横轴的一端，使十字丝的交点对准p点。

此项检验也要反复进行，直到条件满足为止。

以上四项检验校正，以一、三、四项最为重要，在观测期间最好经常进行。

每项检验完毕后必须旋紧有关的校正螺钉。

经纬仪的视准轴误差和水平轴倾斜误差

①仪器的视准轴不与水平轴正交所产生的误差称为视准轴误差.产生视准轴误差的主要原因有:

望远镜的十字丝分划板安置不正确、望远镜调焦镜运行时晃动、气温变化引起仪器部件的胀缩,特别是仪器受热不均匀使视准轴位置变化.视准轴偏离了与水平轴正交的方向而产生视准轴误差c,规定视准轴偏向垂直度盘一侧时,c为正值,反之c为负值.Δc=c/cosa（a为观测时照准目标的垂直角）,式中可知,Δc的大小除与c值有关外，还随照准部目标的垂直角a的增大而增大，当a=0时Δc=0.

Lˊ=L-Δc

Rˊ=R+Δc

A=1/2（L+R）

视准轴误差c对盘左、盘右水平方向观测值的影响大小相等，正负号相反，因此，取盘左、盘右实际读数的中数就可以消除视准轴误差的影响．这个结论只有当c值在盘左、盘右观测时间段内不变的条件下才是正确的，为防止由于仪器晃动引起视准轴位置的变化，规定在一测回内不得调焦．

　　　　　　　　　　L-R=2Δc

当观测目标的垂直角a较小时，cosa≈1,故Δc　≈　c,L-R=2c

国家规范规定，一测回中各方向２c互差对于J1型仪器不得超过９＂，对于J2型仪器不得超过１３＂；２c绝对值对于J1型仪器应小于２０＂，对于J２型仪器应小于３０＂．

②水平轴倾斜误差

仪器的水平轴不与垂直轴正交，所产生的误差称为水平轴误差．仪器左、右两端的支架不等高、水平轴两端轴径不相等都会产生水平轴倾斜误差．垂直轴垂直，水平轴不与其正交而倾斜了一个i角这个i角就是水平轴倾斜误差，规定水平轴在垂直度盘一端下倾，i角为正值，反之i角为负值.Δi=itanɑ式中ɑ为观测时照准目标的垂直角，Δi与i角有关，随ɑ角增大而增大，当ɑ＝０时，则Δi＝０

Ｌ－R=2Δc+2ΔiL-R=2c/cosɑ+2itanɑ当照准目标的垂直角超过±３º时，该方向的２c值不与其他方向的２c值作比较，而与该方向在相邻测回的２c值作比较，而与该方向在相邻测回的２c进行比较，从同一时间相邻测回间２c值的稳定程度来判断观测质量的好坏．

2.7数字化测图野外作业

野外数据采集方法

1、GPS法　即通过GPS接受机采集野外碎部点的信息数据；

　　2、航测法　　航空摄影测量和遥感手段采集地形点的信息数据；

　　3、大地测量仪器法　　即通过全站仪、测距仪、经纬仪等大地测量仪器实现碎部点野外数据采集。

　目前大比例尺野外数字测图主要使用全站仪采集数据。

（1）、图根加密：

由于采用光电测距，测站点到地物、地形点的距离即使在５００米以内也能保证测量精度，故对图根点的密度要求已不很严格，视测区的地形情况而定．一般以在５００米以内能测到碎部点为原则．通视条件好的地方，图根点可稀疏些；地物密集、通视困难的地方，图根点可密些（相对白纸测图时的密度）．等级控制点尽量选在制高点．控制测量主要使用导线测量，观测结果（方向值、竖角、距离、仪器高、目标高、点号等）自动或手工输入电子手簿，或电子计算机，并且结算出控制点坐标与高程．对于图根控制点，还可采用＂辐射法＂和＂一步测量法＂。

辐射法就是在某一通视良好的等级控制上，用坐标法测量方法，按全圆方向观测方式一次测定几个图根点．这种方法无须平差计算，直接测出坐标．为了保证图根点精度，一般要进行两次观测。

一步测量法就是将图根导线与碎部测量同时作业．即在一个测站上，先测导线的数据，接着就测碎部点．这是一种少安置一轮仪器、少跑一轮路，大大提高外业工作效率的测量方法。

当在一个测区内进行等级控制测量时，应该尽可能多选制高点（如山顶或楼顶），在规范或甲方允许范围内布设最大边长，以提高等级控制点的控制效率。

完成等级控制测量后，可用辐射法布设图根点,点位及点之密度完全按需要而测设，灵活多变。

（2）、碎部测量

野外数据采集包括两个阶段，即控制测量和地形特征点（碎部点）采集．实施数字测图前必须先进行控制测量．布设控制网应遵循的原则：

分级布网，逐级控制；应有足够的精度；应有足够的密度；应有统一的规格．

控制测量取得合格成果后，即可进行下面的碎部点的采集．但在出测前必须做好准备工作．在进行碎部测量时，对于比较开阔的地方，在一个制高点上可以测完大半幅图，就不要因为距离“太远”（其实也不过几百米）而忙于搬站，对于比较复杂的地方，就不要因为“麻烦”（其实也浪费不了几分钟）而不愿搬站，要充分利用电子手簿的优势和全站仪的精度，测一个支导线点是很容易的。

在测量的过程中，碎部点的取舍和测量至关重要，测点过密，造成成图密集，不该要的要了；测点过少，没有把握地形的基本要素，因此对于碎部点的确定，就注意以下几点。

1.建筑物比较方正的可只需测出三点，第四点可由计算机来完成，这就更要求草图绘制人员的事先观察，有些建筑物可能看起来较方正，其实是不规则的多边形，则需要全部实测点位。

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.对于一些重要的无法通视的观测点，应通过一定的位移来替代观测或者需要通过举高支杆来观测，这样的点要在草图上详细注记。

第三章数字测图系统

3.1数字测图系统

数字测图系统是以计算机为核心，在硬件江恩软件的支持下，对地形空间数据进行数据采集、输入、处理、输出及管理的测绘系统，它包括了硬件和软件两部分。

（1）数字测图的硬件系统：

包括采集测量数据的仪器设备全站仪、GPS（RTK）、计算机、绘图仪、扫描仪以及其他输入输出设备。

用全站仪在测站进行数字化测图，称为地面数字测图。

由于用全站仪直接测定地物点和地形点的精度很高，所以，地面数字测图是几种数字测图方法中精度最高的一种，也是城市大比例尺地形图最主要的测图方法。

若测区已有地形图，则可利用数字化仪或扫描仪将其数字化，然后，再利用数字测图系统将其修测或更新，得到所需的数字地形图。

对于大面积的测图，通常可采用航测方法或数字摄影测量方法，通过解析立体测图仪或数字摄影测量系统得到数字地形图。

（2）数字测图的软件是数字测图系统的关键，一个功能完善的数字测图系统软件，应集数据采集、数据处理、图形编辑与修改、成果输出与管理于一身，且通用性强、稳定性好，并提供与其他软件进行数据转换的接口

3.2地面数字测图系统模式

地面数字测图系统模式主要有两种，即数字测记法模式和电子平板模式。

（1）数字测记法模式为野外测记，室内成图，即用全站仪测量，电子手簿记录，同时配以人工画草图和编码系统，到室内将野外测量数据从电子手簿直接传输到计算机中，再配以成图软件，根据编码系统以及参考草图编辑成图。

使用的电子手簿可以是全站仪原配套的电子手簿，也可以是专门的记录手簿，或者直接利用全站仪具有的存储器和存储卡作为记录手簿。

测记法成图的软件也有许多种。

（2）电子平板模式为野外测绘，实时显示，现场编辑成图。

所谓电子平板测量，即将全站仪与装有成图软件的便携机联机，在测站上全站仪实测地形点，计算机屏幕现场显示点位和图形，并可对其进行编辑，满足测图要求后，将测量和编辑数据存盘。

这样，相当于在现场就得到一张平板仪测绘的地形图，因此，无需画草图，并可在现场将测得图形和实地相对照，如果有错误和遗漏，也能得到及时纠正。

3.3数字测图图形信息的采集和输入

各种数字测图系统必须首先获取图形信息，地形图的图形信息包括所有与成图有关的资料，如测量控制点资料、解析点坐标、各种地物的位置和符号、各种地貌的形状、各种注记等。

对于图形信息，常用的采集和输入方式有以下几种：

3.3.1地面测量仪器数据采集输入

应用全站仪或其他测量仪器在野外对成图信息直接进行采集。

采集的数据载体为全站仪的存储器和存储卡，例如，全站仪SET2000即配备相应的存储器和存储卡；也可为电子手簿，如GRE3、GRE4等；或为各种袖珍计算机及便携机，如PCE-500等。

采集的数据可通过接口电缆直接送入计算机中。

3.3.2人机对话键盘输入

对于测量成果资料、文字注记资料等，可以通过人机对话方式由键盘输入计算机之中。

3.3.3数字化仪输入

应用数字化仪对收集的已有地形图的图形资料进行数字化，也是图形信息获取的一个重要途径。

数字化仪主要以矢量数据形式输入各类实体的图形数据，即只要输入实体的坐标。

除矢量数据外，数字化仪与适当的程序配合也可在数字化仪选择的位置上输入文本和特殊符号。

对原有地形图，可用点方式数字化的形式。

点方式为选择最有利于表示图形特征的特征点逐点进行数字化。

3.3.4扫描仪输入

对已经清绘过的地形图，可以利用扫描仪进行图形输入，由专门程序把扫描获得的栅格数据转换为矢量数据，以从中提取图形的点、线、面信息，然后再进行编辑处理。

采用激光扫描仪扫描等高线地形图是最有效的方法，因为等高线地形图绘制精细，并且有许多闭合圈而没有交叉线，故用激光扫描仪扫描时，只要将激光束引导到等高线的起点，激光束会自动沿线移动，并记录坐标，碰到环线的起始点或单线的终点就自动停止，再进行下一条等高线的数字化。

其最大优点是能很快地扫描完一条线，几乎是一瞬间就完成扫描。

同时，扫描得到的数据直接变成符合比例尺要求的矢量数据。

3.3.5仪器联机输入

利用大比例尺航摄相片，在航测仪器上建立地形立体模型，通过接口把航测仪器上量测所得的数据直接输入计算机；也可以利用数字摄影测量系统直接