82野外数据采集.docx

82野外数据采集.docx

《82野外数据采集.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《82野外数据采集.docx（46页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

82野外数据采集

8.2野外数据采集

数字测图作业通常分为野外数据采集和内业数据处理编辑两大部分。

野外数据采集通常利用全站仪或RTKGPS接收机等测量仪器在野外直接测定地形特征点的位置，并记录地物的连接关系及其属性，为内业成图提供必要的信息，它是数字测图的基础工作，直接决定成图质量与效率。

8.2.1数据编码

野外数据采集仅仅采集碎部点的位置（点的坐标信息）是不能满足计算机自动成图要求的，还必须将地物点的连接关系和地物诚性信息（地物类别）记录下来。

通常是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编码。

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。

一、国家标准地形要索分类与编码

按照《1：

5001：

1OOO1：

2000外业数字测图规程》（GB/T14912—2005）的规定，野外数据采集编码的总形式为：

地形码+信息码。

地形码是表示地形图形要素的代码。

在《基础地理信息要素分类与代码》（GB/T13923—2006）和《城市基础地理信息系统技术规范》（CJJ100—2004）中对比例尺为1：

500、1：

1000、1：

2000的代码位数的规定是6位十进制数字码，分别为按数字顺序排列的大类、中类、小类和子类码，具体代码结构如图8-16所示。

左起第一位为大类码；第二位为中类码，是在大类基础上细分形成的要素码；第三、第四位为小类码，是在中类基础上细分形成的要素码；第五、第六位为子类码，是在小类基础上细分形成的要素码。

代码的每一位均用0〜9表示，例如对于大类：

1为定位基础（含测量控制点和数学基础）；2为水系；3为居民地及设施；4为交通；5为管线；6为境界与政区；7为地貌；8为植被与土质。

表8-1为8个大类中大比例尺成图中基础地理信息要素部分代码的示例。

图8-16碎部点编码规则

表8-11：

500、1：

1000、1：

2000基础地理信息要素部分代码

Xmap数字测图系统的编码是在《基础地理信息要素数据字典第1部分：

1：

5001：

10001：

2000基础地理信息要素数据字典》（GB/T20258.1—2007）7位编码方式的基础上，扩展了一位的编码，这扩展用来表示要素的表示方法。

Xmap的编码统一为8位数字，即前六位要素分类代码+第七位图形代码+第八位要素表示方法。

要素的表示方法如下：

1．点要素的表示方法

点要素的表示有三种形式：

标注点、定位点、有向点。

标注点指无实体对应的点要素的表现形式，如高程点、比高点、特殊高程点等。

定位点指有实体对应的点要素的表现形式，如灯塔、盐井等。

有向点指具有方向性的点要素的表现形式，如泉、里程碑等。

应在属性表中定义“方向”属性项。

2．线要素的表示方法

线要素的表示有三种形式：

线、中心线、有向线。

线指无实体对应的线要素的表现形式，如等高线、地类界、境界线等。

中心线指有实体对应的线要素的表现形式，如地铁、机耕路、溜索桥、隧道等。

有向线指具有方向性的线要素的表现形式，是要求依照一定方向采集的线，如单线河、田坎／路堑／沟堑／路堤、自然文化保护区界等。

3．面要素的表示方法

面要素的表示有两种形式，轮廓线构面和范围线构面。

轮廓线构面用于表示具有明确边界的面要素，如单幢房屋。

范围线构面用于表示不具有明确边界的面要素，如危险海区、自然、文化保护区域等。

4．复合要素的表示方法

复合要素由点、线、面或辅助制图的点、线、面组合而成，如珊瑚滩的表示由面和辅助制图的线组合而成。

二、全要素编码方案

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。

有的采用五位，有的采用六位、七位、八位，甚至十一位编码的都有。

各种编码都有各自的特点，但一般都是用其中三位表示地物编码，其他是将一些不是最基本的、规律的连接及绘图信息都纳入编码。

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）线状地物及独立地物六大类；二位小数则用来进一步说明地物的方向或流向、楼层等。

如CASS数字测图系统的编码主要参照《1：

5001：

10001：

2000地形图图式》（GB/T7929—1995）的章节号为所有的地形符号进行了编码。

编码统一为6位数字，其规则是“1（或2、3）+图式序号+顺序号+次类号”。

其中3〜9章的内容第一位数字为1，10〜12章的内容第一位数字为2，对于地籍测量的内容第一位数字为3；“图式序号”指GB/T7929—1995版中符号的章节号（去除点），如三角点章节为3.1.1，则其图式序号为311，示坡线的章节号为10.1.3，则其图式序号为013；“顺序号”为此类符号顺序号，从零开始；“次类号”指同一图式章节号中不同图式符号，从零开始。

如简单房屋、陡坎（未加固）、水井在图式上的章节号分别为4.1.2，10.4.2，8.5.1，CASS赋予它们的编码分别为141200，204201，185102。

因为在图式的8.5.1下又将水井划分为依比例尺的水井和不依比例尺的水井，所以CASS依比例尺的水井编号为185101，不依比例尺的水井编号为185102。

对于有辅助符号位的编码，在其骨架线编码后加“-顺序号”，如围墙辅助符号位的边线编码为144301-1，围墙辅助符号位的短线编码为144301-2。

全要素编码方式的优点是各点编码具有唯一性，计算机易识别与处理，但外业直接编码输入较困难。

目前多数测图系统采用图标菜单自动给出地形符号编码，即选定屏幕菜单的绘图图标，就给定了对应的地形符号编码。

三、简编码方案

由于国家标准地形要素分类与编码推出得比较晚，且记忆与使用不方便，目前的数字测图系统多采用以前各自设计的编码方案，其中简编码就是比较实用易行的方案。

简编码是在野外作业时仅输入简单的提示性编码，经内业简码识别后，自动转换为程序内部码。

南方CASS测图系统的有码作业模式，是一个有代表性的简码输入方案。

CASS系统的野外操作码（也称为简码或简编码）可区分为类别码（表8-2）、关系码（表8-3）和独立符号码（表8-4）3种，每种只由1〜3位字符组成。

其形式简单、规律性强、易记忆，并能同时采集测点的地物要素和拓扑关系，能够适应多人跑尺（镜）、交叉观测不同地物等复杂情况。

1．类别码

类别码（亦称地物代码或野外操作码）如表8-2所示，是按一定的规律设计的，不需要特别记忆。

有1〜3位，第一位是英文字母，大小写等价，后面是范围为O〜99的数字，如代码F0，F1，F2，…，F6分别表示坚固房，普通房，一般房屋……简易房。

F取“房”字的汉语拼音首字母，0〜6表示房屋类型由“主”到“次”。

另外，KO表示直折线型的陡坎，UO表示曲线型的陡坎；Xl表示直折线型内部道路，Ql表示曲线型内部道路。

由U、Q的外形很容易想象到曲线。

类别码后面可跟参数，如野外操作码不到3位，与参数间应有连接符“—”，如有3位，后面可紧跟参数，参数有下面几种：

控制点的点名、房屋的层数、陡坎的坎高等，如Y012.5表示以该点为圆心，半径为12.5m的圆。

表8-2类别码符号及含义

2．关系码

关系码（亦称连接关系码），共有4种符号：

“+”、“-”、“A$”和“P”配合来描述测点间的连接关系。

其中“+”表示连接线依测点顺序进行；”-”表示连接线依测点相反顺序进行连接，“P”表示绘平行体；“A$”表示断点识别符，如表8-3所示。

表8-3连接关系码的符号及含义

3．独立符号码

对于只有一个定位点的独立地物，用AXX表示，如表8-4所示，如A14表示水井，A70表示路灯等。

表8-4部分独立地物（点状地物）编码及符号含义

四、其他编码方案

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。

其中，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。

如：

100代表测量控制点类；104代表导线点；200代表居民地类，又代表坚固房屋；210代表建筑中的房屋。

清华山维的EPSW测绘系统就是采用这种数据编码。

由于每个测点都要输入地形编码，需要绘图员较熟练记住地形编码，这给绘图员带来一定困难（尽管采用了“无记忆编码”输入法）

二维编码方案是在GB/T14804—1993规定的地形要索代码的基础上进行了扩充，以反映图形的框架线、轴线、骨架线、标识点（Label点）等。

它对地形要素进行了更详细的描述，一般由6〜7位代码组成。

二维编码没有包含连接信息，连接信息码由绘图操作顺序反映，二维编码数位多，观测员很难记住这些编码，故广州开思SCSG2000测图系统的电子平板采用无码作业。

测图时对照实地现场利用屏幕菜单和绘图专用工具或用鼠标提取地物属性编码，绘制图形。

8.2.2测图前的准备工作

测图前的准备工作主要有：

控制测量、仪器器材与资料准备、测区划分、人员配备等。

一、控制测量

数字测图既可采用传统的先控制测量后碎部测图、从整体到局部的作业方法，也可采用图根控制测量与碎部测量同步进行的“一步测量法”。

但对于大面积的高等级控制测量，一般仍遵循从整体到局部、分级布设、逐级加密的测量原则。

控制测量包括平面控制测量和高程控制测量。

其作业方法、精度要求与白纸测图法中的控制测量基本相同。

由于数字测图主要采用全站仪采集数据，测站点到地形点的距离即使1km，也能保证测量精度，故对图根点密度要求已不很严格，大大低于白纸测图的要求，一般以在500m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。

在实际作业中，采用全站仪采集数据，通常用“辐射法”直接测定图根控制点。

辐射法就是在某一通视良好的等级控制点上安置全站仪，用极坐标测量方法，按全圆方向观测方式直接测定周围几个图根点坐标，点位精度可在1cm以内。

该法最后测定的一个点必须与第一个点重合，以检査仪器是否变动。

重合误差应小于图根点精度。

另外，对于小面积或局部区域，有些数据采集软件有“一步测量法”功能，不需要单独进行图根控制测量，这样在一定程度上提高外业的工作效率，如图8-17所示，A，B，C，D为已知点，1，2，3…为图根导线，1'，2'，3'…为碎部点，一步测量法作业步骤如下：

（1）全站仪置于B点，先后视A点，再照准1点测水平角、垂直角和距离，可求得1点坐标。

（2）不搬运仪器，再施测B站周围的碎部点1'，2'，3'…。

根据B点坐标可得到碎部点的坐标。

（3）B站测量完毕，仪器搬到1点，后视B点，前视2点，测角、测距，得2点坐标（近似坐标），再施测1点周围碎部点，根据1点坐标可得周围碎部点坐标（近似坐标）。

同理，可依次测得各导线点坐标和该站周围的碎部点坐标，但要注意及时勾绘草图、标注点号。

（4）待测至C点，则可由B点起至C点的导线数据计算附合导线闭合差，并对导线进行平差处理，然后利用平差后的导线坐标，再重新改算各碎部点的坐标。

图8-17一步测量法

二、仪器器材与资料准备

实施数字测图前，应根据作业单位的具体情况和相应的作业方法准备好仪器、器材、控制成果和技术资料。

仪器、器材主要包括全站仪、对讲机、充电器、电子手簿或便携机、备用电池、通讯电缆、反光棱镜、皮尺或钢尺、草图本、工作底图等。

出测前应为全站仪、对讲机充足电。

目前数字测图系统在野外进行数据采集时，若采用测记法时要求绘制较详细的草图。

绘制草图采取现场绘制，也可以在工作底图上进行，底图可以用旧地形图、晒蓝图或航片放大影像图。

在数据采集之前，最好提前将测区的全部已知成果输入电子手簿、全站仪或便携机，以方便调用。

若采用简码作业或者电子平板测图，可省去绘制草图。

三、测区划分

为了便于多个作业组作业，在野外采集数据之前，通常要对测区进行“作业区”划分。

数字测图不需按图幅测绘，而是以道路、河流、沟渠、山脊线等明显线状地物为界，将测区划分为若干个作业区，分块测绘。

对于地籍测量来说，一般以街坊为单位划分作业区。

分区的原则是各区之间的数据（地物）尽可能地独立（不相关）。

对于跨区的地物，如电力线等，应测定其方向线，供内业编绘。

四、人员配备

一个作业小组一般需配备：

草图法时测站观测员（兼记录员）1人，镜站跑尺员1〜2人，领尺员（绘草图）1〜2人；简码作业时观测员1人，镜站跑尺员1〜2人；电子平板作业时观测员1人，绘图员1人（也可以由观测员承担），镜站跑尺员1〜2人。

领尺员负责画草图或记录碎部点属性。

内业绘图一般由领尺员承担，故领尺员是作业组的核心成员，需技术全面的人担任。

8.2.3碎部点测算原理与方法

从理论上讲，数字测图要求先确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），才能利用计算机自动成图。

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及线状地物、面状地物的转折点（统称碎部点）的坐标，不仅工作量大，而且有些点无法直接测定。

因此，必须灵活运用“测算法”，测算结合来确定碎部点坐标。

碎部点坐标“测算法”的基本思想是：

在野外数据采集时，使用全站仪适当采用仪器法（主要是极坐标法）测定一些“基本碎部点”，再用勘丈法（只丈量距离）测定一部分碎部点的位置，最后充分利用直线、直角、平行、对称、全等等几何特征，在室内计算出所有碎部点的坐标。

下面介绍几种常用的碎部点测算方法。

一、仪器法

1．极坐标法

极坐标法是测量碎部点最常用的方法。

如图8-18所示，Z为测站点，O为定向点，为待求点。

在Z点安置好仪器，量取仪器高照准O点，读取定向点O的方向值（常配置为零，以下设定向点的方向值为零然后照准待求点，照准镜高为，方向值读数为；再测出Z至点间的斜距和竖直角，（全站仪大部分以天顶距表示，=90°-）水平距离=，则待定点坐标和高程可由式（8-65）求得，即

图8-18极坐标法

（8-65）

式中，其中为Z、方向的坐标方位角，为Z、O方向的坐标方角。

2．直线延长偏心法

当待求点（目标点）与测站点不通视或无法立镜时，可使用偏心观测（如直线延长偏心法、距离偏心法、角度偏心法等）间接测定碎部点的点位。

其中，直线延长偏心法是最常用的方法，偏心法对高程无效。

如图8-19所示，Z为测站点，欲测定B点，但Z、B间不通视。

此时可在地物边线方向找B'（或B"）点作为辅助点，先用极坐标法测定其坐标，再用钢尺量取BB'（或BB"）的距离4即可求出B点的坐标。

（8-66）

式中，为A、B'方向的方位角。

图8-19直线延长偏心法

3．距离偏心法

如图8-20所示，欲测定B点，但B点（电线杆中心）不能立标尺或反光镜，可先用极坐标法测定偏心点（水平角读数为，水平距离为），再丈量偏心点到目标点B的水平距离d即可求出目标点B的坐标。

图8-20距离偏心法

（1）当偏心点位于目标前方或后方（）时，如图8-20（a），即偏心点在测站和目标点的连线上，B点的坐标可由式（8-67）求得，即

（8-67）

式中，为ZB方向的坐标方位角（式中，当所测点位于连线上时，d取“+”；当位于ZB延长线上时，d取“-”）。

（2）当偏心点位于目标点B的左或右边（）时，偏心点至目标点的方向和偏心点至测站点Z的方向应成直角，如图8-20（b），B点的坐标可由式（8-68）求得，即

（8-68）

式中，，（当偏心点位于左侧时，取“+”；位于右侧时，q取“-”）。

注：

当偏心距较大时，直角必须用直角棱镜设定。

（3）当偏心点位于目标点B的左或右边（）时，选择偏心点至测站点的距离与目标点B至测站点的距离相等处（等腰偏心测量法），可先测得的坐标和之间的距离，如图8-20（c），B点的坐标可按式（8-69）求得，即

（8-69）

式中，，当位于ZB的左侧时，取“-”号，右侧时取“+”号。

一般情况下，偏心距较小，此时（弧长）。

可由式（8-70）求得，即

（8-70）

4．角度偏心法

如图8-21所示，欲测定目标点B，由于B点无法到达或B点不便立镜，将棱镜安置在离仪器到目标B相同水平距离的另一个合适点（或）上进行测量，先测定至棱镜的距离（）后转动望远镜照准待测目标点B，读取水平角，则测得B点坐标为

（8-71）

式中，为ZB方向的方位角。

图8-21角度片偏心法图8-22方向直线交会法

5．方向直线交会法

如图8-22所示，A、B为已测定的碎部点，欲测定AB直线上的点，只需照准该点，读取方向值（不测距），用前方交会公式（戎格公式）可计算出点坐标。

计算公式为

（8-72）

式中，。

当时。

使用该法测定位于一条直线上的碎部点时较为方便。

二、勘丈法

勘丈法指利用勘丈的距离及直线、直角的特性测算出待定点的坐标。

勘丈法对高程无效。

1．直角坐标法

直角坐标法又称为正交法，它是借助测线和垂直短边支距测定目标点的方法。

正交法使用钢尺丈量距离，配以直角棱镜作业。

如图8-23所示，已知A，B两点，欲测碎部点i（l，2，3〜i），则以AB为轴线，自碎部点i向轴线作垂线（由直角棱镜定垂足）。

假设以A为原点，只要量测得到原点A至垂足的距离，和垂线的长度，就可求得碎部点i的位置，即

（8-73）

式中，。

当碎部点位于轴线（AB方向）左侧时，取“-”；右侧时，取“+”。

图8-23直角坐标法

2．距离交会法

如图8-24所示，已知碎部点A，B欲测碎部点i则可分别量取至A，B点距离，，即可求得点的坐标。

先根据已知边和，求出角即

（8-74）

再根据戎格公式，求得。

（8-75）

图8-24距离交会法图8-25直线内插法

3．直线内插法

如图8-25所示，已知A，B两点，欲测定AB直线上1，2，3，…i，各点，可分别量取相邻点间的距离，，等，从而求出各内插点的坐标。

公式为

（8-76）

式中

4．微导线法

当构筑物为直角的情况时，只要测定任意两个直角点，丈量构筑物的各边长，即可计算出所有直角点的坐标。

（1）定向微导线

如图8-26所示直角构筑物，已知A，B两点坐标，欲求1，2，3，…i各点，可分别量取相邻点间的距离…，，即可依次推出各点的坐标为

（8-77）

式中，（当脚标等于-1时，为A；当脚标等0时，为B）。

当i为左折点时取“-”，右折点时取“+”，如1点位于方向的左侧，称为左点；3点位于12方向的右侧，称为右折点。

（2）无定向微导线

如图8-27所示直角构筑物，已知A，B两点坐标，欲求1，2，3，…“各点，可分别量取相邻点间的距离即可依次推出各点的坐标。

先依据丈量的a，b（注a，b可以是同方向的几条边长的代数和）长度，求两已知点的ab距离为S，再按余弦公式（8-78）求得角，然后按照前方交会式（8-75）计算得到P点的坐标。

此后以为直角构筑物定向方向，按照上述定向微导线法进行计算即可。

（8-78）

图8-26定向微导线图8-27无定向微导线

三、计算法

计算法不需要外业观测数据，仅利用图形的几何特性计算碎部点的坐标。

1．矩形计算法

如图8-28所示，已知A，B，C三个房角点，求第四个房角点，可按下式计算得到，即

（8-79）

2．垂足计算法

如图8-29所示，已知碎部点A、B、1、2、3、4，且11'丄AB、22'丄AB、33'丄AB、44'丄AB，求1'，2'，3'，4'各点，则可由下式（8-16）计算得到其坐标。

图8-28矩形计算法图8-29垂足计算法

（8-80）

式中，，i=l，2，3，4；平距和坐标方位角由坐标反算得到。

使用此法确定规则建筑群内楼道口点、道路折点十分有利。

3．直角点计算法

如图8-30所示，在测站上可以测定房角点A、B、D，但直角点C却无法测定，而且BC和CD的长度也不易直接量取，此时可以用下式（8-17）计算直角点的坐标。

（8-81）

式中：

4．直线相交法

如图8-31所示，A、B、C、D为4个已知碎部点，且AB与CD相交于i，则交点i的坐标为

（8-82）

式中，，相减小于0时加360

图8-30直角点坐标法图8-31直线相交

5．平行曲线定点法

图8-32是两条平行曲线，已知平行曲线一边点1、2、3、4…和与1点间距为的另一曲线上的点1'，求另一边线对应点2'，3'，4'…的坐标。

（1）对于直线部分，其坐标公式为

（8-83）

式中，，当所求点位于已知边的左侧时取“-”；所求点位于已知边的右侧时取“+”。

（2）对于曲线部分，其坐标公式为

（8-84）

式中，，当所求曲线点位于已知边的左侧，且时，或当所求点位于右侧，且时，c=0；当所求曲线点位于已知边的右侧，且时，或当所求点位于左侧，且时，c=180°。

此法用于计算曲线道路另一侧点的坐标是十分便利的。

图8-32平行曲线定点法

6．对称点法

图8-33是一轴对称地物，测出1，2，…，5和A点后，再测出A点的对称点B，即可按式（8-85）分别求出各对称点1'，2'，…，5'的坐标。

（8-85）

式中，，。

许多人工地物的平面图形是轴对称图形，运用该法，可大量减少实测点。

在本节公式中，坐标方位角需用坐标反算时，可由式（8-86）求得（的计算不需判断语句，编程简单）。

（8-86）

式中，SGN为取正负号函数，ATN为反正切函数。

图8-33对称点法

8.2.4测记法野外数据采集

测记法就是用全站仪或GPSRTK在野外测量地形特征点的点位，用仪器内存储器记录测点的定位信息，用草图笔记或简码记录其他绘图信息，到室内将测量数据传输到计算机，经人机交互编辑成图。

由于测记法外业操作方便，外业作业时间短，是测绘人员常采用的作业方法。

测记法按使用仪器的不同可区分为全站仪法数据采集和RTK法数据采集，它们都有无码作业和简码作业之分。

一、全站仪法数据采集

使用全站仪进行野外数据采集是目前较为广泛的一种方法。

首先在已知点（等级控制点、图根点或支站点）上安置全站仪，并量取仪器高，若使用电子手簿，连接好电子手簿。

然后启动操作全站仪和电子手簿，对仪器的有关参数进行设置，如外界温度、大气压，使用的棱镜常数，仪器的比例误差系数等。

随后调用全站仪中数据采集程序，输入测站点，后视定向点信息。

在开始采集数据前还需要选择第三个已知点进行测量，用其测量值与已知坐标值相比较，如果二者差值在限差以内，则可进行下一步碎部点数据采集工作，如果出现错误或超限情况，可从以下方面来查找问题：

检查已知点和定向点的坐标值是否输错、已知点成果表是否抄错、成果计算是否有误、仪器设备是否有故障等；如果在测站点上不方便或者找不到第三个已知检査点，可直接测量后视定向点来检査。

定向检査通过后，即可开始数据采集。

特殊情况下也可在通视良好、测图范围广的地点安置全站仪，利用全站仪中后方交会的功能进行自由设站，先测算出测站点的坐标，再用该点作为已知点进行数据采集。

下面以徕卡TS02全站仪为例，具体介绍全站仪数据采集方法。

为满足不同的功能应用需求，徕卡TS02全站仪安装内置标配程序和选配程序，其中标配程序有测量、放样、自由设站、高程传递、建筑轴线法、面积（平面&表面）体积计算、对边测量、悬高测量、隐蔽点测量、偏心测量、参考线、道路放样等程序，选配程序有参考弧、参考面、隧道测量、油罐测量等。

开机后，显示主菜单：

图8-34TS0

2主菜单

通过导航键选择，按确认键即可进入相应的功能。

1．仪器设置

（1）基本设置

从主程序-配置-常规设置中，设置倾斜