数字化测图在城测量中应用.docx

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数字化测图在城测量中应用

毕业论文

题目：

数字化测图在城市测量中的应用

专业：

01级测绘工程

学号：

*********

姓名：

****

指导老师：

****

摘要

随着计算机技术的发展和全站型电子速测仪的广泛应用，人们突破了传统的测绘技术和方法，数字化测图应运而生。

以计算机磁盘为载体的数字地形图，将成为信息时代不可缺少的地理信息的重要组成部分。

本文着重论述了大比例尺数字化测图的特点、作业过程及南方CASS在数字化测图中的应用等。

关键字：

数字化；全站仪；南方CASS

目录

第一章概述………………………………………………

（1）

1.1大比例尺数字测图与白纸测图的比较………

（1）

1.2数字化测图的基本作业过程…………………（4）

第二章野外数据采集……………………………………（7）

2.1野外作业的方法………………………………（8）

第三章数字化绘图原理及应用软件…………………（14）

3.1CASS系统的特点……………………………（14）

3.2CASS系统硬件配置及地物编码……………（15）

3.3CASS系统作业模式…………………………（16）

3.4CASS系统成图………………………………（18）

3.5数字化测图的若干问题………………………（20）

第四章结束语…………………………………………（21）

第一章概述

地形测量是利用测量仪器对地球表面局部区域内各种地物、地貌的空间位置和几何形状进行测定，并按一定的比例尺缩小，绘制成地形图。

传统的地形测量是用仪器在野外测量角度、距离、高差，作记录（称外业），在室内作计算、处理，绘制地形图（称内业）等，由于地形测量的主要成果——地形图，是由测绘人员利用分度规、比例尺等工具模拟测量数据按图式符号展绘到图纸上，所以又俗称白纸测图或模拟法成图。

科学技术的进步，信息化测量仪器——全站型电子速测仪的广泛应用，以及微型计算机硬件和软件技术的迅猛发展与渗透，促进了地形测绘的自动化，并成为大比例尺地形测量全面革新的最积极、最有活力的因素和最可靠的技术保障，地形测量从白纸测图变革为数字测图。

测量的成果不仅是绘制在纸上的地形图，更重要的是提高可供传输、处理、共享的数字地形信息，即以计算机磁盘为载体的数字地形图，这将成为信息时代不可缺少的地理信息的重要组成部分。

1.1　　　大比例尺数字测图与白测图的比较

大比例尺数字地图以数字形式表示地图的内容。

地图的内容由地图图形和文字注记两部分组成，地图图形可以分解为点、线、面三种元素，而点是最基本的图形元素，数字地图的数字形式坐标表示地物和地貌点的空间位置，以数字代码表示地形符号，说明注记和地理名称注记。

总体来讲，与传统的白纸测图相比，大比例尺数字测图有着以下几条不同之处：

1、分层存贮、分层输出。

大比例尺数字地图将各种数据和信息在计算机系统中进行统一管理，可以满足各种不同用户的需要进行分层存贮。

例如，将地物分为控制点、建筑物、行政边界和地籍边界、道路、管线、水文以及植被等，而地貌则以数字地面模型表示，即以规则格网点的平面位置和高程表示。

在输出时，可以根据不同的用户需要分层分类输出用户所需的信息，这就使大比例尺数字地图有着无可厚非的通用性和灵活性。

2、具有现势性。

城市的发展加速了城市建筑物和城市结构变化，城镇地籍中地界也经常发生变化，这都需要对地图进行连续的更新，对于传统的白纸测图，这就是一道不可逾越的门槛，而对于数字地图这就是一件轻而易举的事情，只需将变化的信息输入计算机，即可对其所存贮的内容进行实时修改。

3、可变比例输出。

数字地图以数字形式存贮在计算机内的是1：

1的数据信息。

根据不同用户的需要，在一定比例尺范围内，可以输出不同比例尺和不同图幅的地图，输出各种分层叠合的地图。

4、具有较高的成图精度。

众所周知，模拟测图方法的比例尺精度决定了图的最高精度，无论所采用的测量仪器的精度多高。

测量方法多精确，都无济于事，例如1：

1000的地形图比例尺精度以图上0.1mm计，则最好的精度也只能达到10cm。

图经过蓝晒，搁置到用户手里，用图的误差就更大了。

若再考虑测量方法的误差一般可达到图上0.3mm左右。

常规图解地图的精度根据城市测量规范规定，图上地物点相对邻近图根点的点位中误差为图上0.5mm，即为1：

500地形图实地的25cm，而手工绘图的精度一般不会高于图上0.2mm，即为1：

500地形图实地的10cm，而如果采用电子速测仪进行数字测图，根据目前的测量技术，地物点相对于邻近控制点的点位精度达到5cm是不困难的，同时自动绘图仪根据数字地图绘制地形图，其精度一般高于手工绘图，且其精度较为均匀。

5、实现资源共享。

由于数字地图将地图信息存入计算机，这就使得它为与空间位置有关的信息系统提供基础数据成为可能，从而实现了各部门不同用户之间的数据交换，实现了地图资源共享。

6、节省人力，提高功效，降低了劳动强度。

同传统测绘方法相比，数字化测绘的外业数据采集工作集测距、测角、计算、记录于一体，减少了岗位，只需两个人就可以圆满完成工作。

又省去了内业清图过程，节省人力显而易见。

应用数字化测图，这一现代化装备的新技术，容易使人产生立竿见影的想法。

当前我国数字化应用正处在快速发展时期，完全可以相信随着成图软件的整体开发水平提高，相关标准的形成与颁布，数字化测绘生产高效，轻松这一优势会更加突出。

7、改变了测绘面貌，树立新型测量员形象。

数字化测绘技术使测量员的工作面貌焕然一新，由于采用高新技术装备，提高了产品的技术含量和测绘事业的社会地位，增强了测量员的爱岗敬业精神，有利于队伍建设，促进了测绘事业的兴旺发达。

大比例尺数字测图在控制测量与碎部测量方面也有其显著特点。

一、控制测量特点

（1）、打破了分级布网，逐级控制的原则，一般一个测区一次性整体平差，所需的少量已知控制点可以用GPS确定，这就保证了测区各控制点精度较均匀。

（2）、由于目前与大比例尺数字测图系统相匹配的都有一套地面控制测量，数据采集与处理一体化自动化系统，从而使得地面控制的数据采集、预处理、平差、精度评定与分析、成果输出与管理等全部实现了一体化和自动化，控制网的图形可以是任意混合，如测边网、测角网、边角网、线性锁、多边形等。

（3）、测区控制点的密度与传统白纸测图相比可以大大减少，图根控制的加密可以与碎部测量同时进行，随时应用自由设站法和成果线性进行加密。

二、碎部测量特点

（1）、白纸测图通常是在外业直接成图。

除在1：

500的地图上对重要建筑物轮廓注解坐标外，其余碎部点坐标是不保留的。

（2）、数字测图中，电子手簿多数具有测站点坐标计算的功能，可以进行自由设站。

（3）、碎部测量时不受图幅边界的限制，外业可不分幅作业，内业图形生成时由软件根据内业图幅分幅表及坐标范围自动进行分幅和接边处理。

（4）、白纸测图是在图根加密后进行碎部测量，数字测图的碎部测量可在图根控制加密后进行，也可和图根控制点和观测同时进行，然后在内业计算图根点坐标后再进行碎部点坐标计算。

（5）、数字测图由数控绘图仪绘制地形图，所有的地形轮廓转点都要有坐标才能绘出地形的轮廓线来，数字测图直接测量地形点的数目比白纸测图会有所增加。

1.2数字化测图的基本作业过程

数字测图（digitalsurveyingandmapping,简称DSM）系统是以计算机为核心，在外连输入输出设备硬、软件的支持下，对地形空间数据进行采集、输入、成图、绘图、输出、管理的测绘系统。

大比例尺数字地图的建立分三个阶段：

数据采集，数据处理和地图数据的输出,图1--1如示。

地形数据采集（硬、软件）

绘图与输出（硬、软件）

数据处理与成图（硬、软件）

图1-1建立大比例尺数字地图的三个阶段

数据采集和编码是计算机绘图的基础，这一工作主要在外业期间完成，在内业进行数据的图形处理。

在人机交互方式下进行图形编辑，生成绘图文件，由绘图仪绘制大比例尺地图。

见图1—2

图1—2大比例尺地面数字测图的流程图

外业工作全部用全站型电子速测仪进行外业观测，测量数据存入仪器的数据终端，然后将数据终端通过接口设备（通讯电缆）输入到计算机，采用这种方法则从外业观测到内业处理直至成果输出，整个流程实现自动化。

但常规的地形测图工作要求对照实地绘图，而数字测图记录数字很难在实地进行巡察，为克服数字测图记录的不直观性，在观测数据编码后，可用便携机显示图形，对照草图检查，如果条件允许可用简易绘与仪绘制工作图，用于外业的巡视检查，以保证内业工作的顺利进行。

数据处理分数据预处理、地物点的图形处理和地貌点的等高线处理。

数据预处理是对原始记录数据作检查，删除不必要的记录，补充碎部点的坐标计算和修改有错误的信息码。

数据预处理生成点文件，点文件以点为记录单元，记录内容是点号、符号码、点之间连接关系码和点的坐标。

根据点文件形成图块文件，将与地物有关的点记录生成地物图块文件，与等高线有关的点记录生成等高线图块文件。

图块文件经过人机交互编辑形成数字地图的图形文件，图形文件根据数字地图的用途不同有不同的要求。

人机交互编辑形成的数字地图图形文件可以用磁盘储存和通过自动绘图仪绘制地图。

编辑完成后，一般采用联机方式进行绘制输入，将计算机与绘图仪直接连接，计算机将处理后的数据和绘图指令送往绘图仪成图。

第二章野外数据采集

按测量学定义，测量的基工作是测定点位或通过测量水平角、竖直角、距离来确定点位或直接测定点的坐标以确定点位。

传统的测图工作均是用仪器测得点的三维坐标，然后绘图员按坐标将点展绘到图纸上，跑尺员根据实际地形向绘图员报告，测的是什么点（如房角点），这个（房角）点应该与哪他（房角）点连接等等，绘图员则当场依据展绘的点位按图式符号将地物描绘出来。

就这样一点一点地测和绘，一幅地形图也就生成了，数字测图是经过计算机软件自动处理（自动识别、自动检索、自动连接、自动调用图式符号等），自动绘出所测的地形图，因此对地形点必须同时给出点位信息及绘图信息。

综上所述，数字测图中地形点的描述必须具备三类信息：

1、测点的三维坐标。

2、测点的属性，即地形点的物征信息，绘图时必须知道该点是什么点：

地貌点、地物点（房角、消火栓、电线杆......）？

有什么特例等等。

3、测点的连接关系，据此可将相关的点连成一个地物。

前一项是定位信息，后两项是绘图信息，测点的点位是用仪器在外业测量中直接测定的，最终以X、Y、Z三维坐标表示。

野外数据采集是大比例尺数字化测图中一项非常重要的环节，数据采集的正确与否直接影响到测量成果的好坏。

野外数据采集主要涉及到电子速测仪和电子手簿的使用。

电子速测仪用于距离、水平角、方向和天顶距等内容的观测，而电子手簿则用于观测数据的记录、处理和计算结果的贮存。

2.1野外作业的方法

在使用计算机辅助绘制地形图时，采集的数据要求按一定的格式存贮于计算机内，以建立数字地面模型，为此数据采集与过去的常规方法有所不同，主要采集地物、地貌的三维坐标，数据采集一般有下列方法：

1.野外数据采集

2.原图（底图）数据采集

3.航测数字成图

传统的测图作业步骤是先控制测量后碎部测量、先整体后局部。

数字测图当然可以采用同样的作业步骤，但考虑到数字测图的特点，图根控制测量与碎部测量可同步进行，称“一步测量法”或“一步法”测量。

下面讲的是图根导线测量和碎部测量同步进行的方法。

一、图根控制测量

这里介绍的是“一步测量法”。

在一个测站上，先测导线的数据（角度、边长等），紧接着在该测站进行碎部测量。

“一步测量法”也同时满足现场实时成图的需要。

现以附合导线加以说明。

图2—2中，J，K，Q，T为已知点，m,n,o,p为图根点，1，2，3......为碎步点，其作业步骤为:

（1）全站仪安置于K点（坐标已知），后视J点，前视m点，测得水平角βk及前视天顶距、斜距和觇标高。

由K点坐标即可算得m点的坐标（Xm，Ym，Nm）。

（2）仪器不动，后视J点作为零方向，施测K测站周围的碎部点，1，2，3，.......，并根据K点坐标，算得各碎部点的坐标。

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。

（如果是只用全站仪采集数据则不须考虑这一步，且测碎部时可以直接用全站仪测量碎部点的坐标。

）

图2-2一步测量法示意图

（3）仪器搬至m点，此测站点坐标已知（Xm，Ym，Nm），后视K点，测得水平角及前视天顶距、斜距和站标高，可算得n点坐标（Xn，Yn，Zn）。

以紧接着后视K点作为零方向，进行本站的碎部测量，如施测8，9，10.....并根据m点的坐标，算得各碎部点的坐标。

同理，依次测得各导线点和碎部点坐标，“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，在该测站上先测出下一导线点（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，测出一导线点的坐标，再测本站碎部点.....。

（4）待导线测到P测站，可测得Q点坐标，记作Q,点。

Q,坐标与Q点已知坐标之差，即为该附合导线的闭合差。

若闭合差在限差范围之内，则可平差计算出各导线点的坐标。

为提高测图精度，可根据平差后的坐标值，重新计算各碎部点的坐标，称碎部点坐标重算。

若闭合差超限，则想办法查找出导线错误之处，返工重测，直至闭合为止。

但这个返工工作量仅限于图根点的返工，而碎部点的原始测量的数据仍可利用，闭合后，重算碎部即可。

“一步测量法”对图根控制测量少设一次站，少跑一启遍路，提高外业效率是明显的，但它只适合于数字测图。

白纸测图时，必须先计算出图根控制点坐标，并展绘到图纸上。

因为在现场，要根据它才能展绘碎部点成图。

如果导线点位置错了，本站所展的碎部点图就全部错了。

一旦画错，要全部擦除，甚至返工重测，这个工作量太大。

数字测图则不然，导线闭合差超限，只需重测导线错误处，且全站仪数字测图出错的可能性很小，因而在数字测图中采用“一步测量法”是合适的。

二、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。

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+室内交互编辑来完成测图工作。

但这样一来，势必会降低外业的工作效率，操作也比较烦琐。

在测量的运作中，绘制草图并不简单，特别是再建筑物在建筑物建筑物多时，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，经多年的实践，表明是可行的。

在点号的编码方式中，一般可以采取6至7位，为（0至9）（XX）（XXX），第一位为连接关系，如0表示独立点，不与前面的其它点发生联系；1与前面的点为同一地物（貌），与前点连；2表示与前一点为隔一点连关系；3表示有三个方向，4表示该地物（貌）到此结束；5曲线连；等等，各单位可自行约定。

第二到第三为地物（貌）的代码，如2层砖房为F2，简易房为F0，在建房为FJ，围墙为WQ，加固陡坎为K2，不加固陡坎为K1，高压线为D2，输电线为D1，通讯线为D3，地类界为DL等等。

最后三位为全站仪的自动增加的点号，如下图所示：

则采用以上编码方法所得到的各点的点号编码如下：

点号编码备注点号编码备注

1、OF3001砖3开始150DL015地类界开始

2、1F3002与上点连161DL016与上点连

3、1F3003与上点连171DL017与上点连

4、1FY004砖3的阳台184DL018与上点连

5、0F2005砖2开始190K1019不加固陡坎开始

6、1F2006与上点连201K1020与上点连

7、1F2007与上点连213KT021与上点连，有一稻田方向

8、0F0008简易房开始223KT022与上点连，有一稻田方向

9、1F0009与上点连234K1023不加固陡坎结束

10、1F0010与上点连240K2024加固陡坎开始

11、0D1011低压线开始253KT025与上点连，有一稻田方向

12、1D1012与上点连263KT026与上点连，有一稻方向

13、1D1013与上点连274K2027加固陡坎结束

14、1D1014与上点连

依此类推，当在外业完成各点的编号（编码）后，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，实现自动连接。

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辑，从而行最终的地形图。

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。

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上坐标，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许，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。

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，除了测量特征线外，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需要解决的。

特别是在测区远离内业地点时，必须有一定的措施。

第三章数字化绘图的原理及应用软件

任何复杂的图形都是由基本图形元素（如点、直线、圆、弧等）组成的。

为了能在图形输出设备上生成图形，计算机绘图等程序要提供基本图形元素的类型以及确定其位置的坐标和其它有关参数，如颜色、线型等。

由于计算机图形输出设备在二维空间（平面上）生成图形，所以其绘图程序的主要数字原理是平面解析几何和数值分析。

本世纪六十年代以来，随着电子计算机在测绘行业的广泛应用，电子经纬仪、测距仪、全站仪的出现，数字化测图技术应运而生。

众所周知，传统的白纸测图，其实质是图解法测图，在测图过程中，将测得的观测值——数字值按图解法转化为静态的线划地形这种转化使得所测数据精度大大降低，设计人员用图时又要产生角析误差。

数字化测图技术的展开使得上述问题迎刃而解。

数字化测图的实质是解析法测图，将地形图形信息通过测绘仪器或数字化仪转化为数字量，输入计算机，以数字形式在硬盘或软盘存贮，从而便于传输与直接获得地形的数量指标，需要时通过显示屏显示或用绘图仪绘制出线划地形图。

因数据成果易于存取，便于管理，所以也是今后建立地理信息系统（GIS）的基础。

目前，国内外数字化测图技术尚无统一模式，这里重点介绍比较适合我国国情的数字化测图，这个系统是我国南方测绘仪器公司建立的，已在实践中得到证明可行。

3.1《CASS》软件的特点

《CASS》是具有极强的专业功底的基础数字化测绘软件。

它具有完备的数据（图形）采集、数据处理、图形生成、图形输出等功能，能方便灵活地完成数字化接口等数字地图应用与管理功能。

其选用了先进的系统平台。

采用了基于W操作系统的平台，确保了系统界面的美观实用以及用户操作的灵活方便，借助于技术优势，在图形编辑、图形浏览、外设接口、用户二次开发等方面均有其他数字化测图软件不可比拟的优势。

函盖了手工测记到无线遥控电子平板采集、现场作业到图板数字化和扫描矢量化等内外业所有采集方法：

功能齐全完整，可完成地形测量（陆上和水下）、地籍测量、工程勘察测量、施工放样、断面数据和土方/库容量提取、比例尺缩放、地图缩编、图/数/编码转换和信息提取、DTM立体模型生成和渲染、与GIS数据交换等工作。

真正实现了在现场采集（更新）为现状图（缩编为专题图）；在现状图上规划设计为施工图；在施工图上拨地放样为竣工图；在竣工图上进行图/数/编码交换进入GIS基础数据管理分发库；GIS需更新时再分发数据给《CASS》返回现场等过程的工程勘测设计一体化和信息采集管理一体化和信息采集管理一体化，把基础测绘与工程和新信息应用中的人和电脑有机完整地联系起来，即通过人——图/数/编码——电脑的交换，实现整个应用过程的自动化。

3.2CASS系统硬件配置及地物编码

一、数字化测图所需主要便件设备

1、测绘仪器---可以是高档次的配置，如选用5级全站仪或电子经纬仪+测距仪，配合电子手簿可在野外自动、直接采集、予处理、记录数据；可以是中档的光学经纬仪+测距仪，光学经纬仪部分的数据要手动输入电子手簿，还可是低档的光学经纬仪配置，按视距测量法采集碎部点数据，所有观测值一律手动输入电子手簿。

2、微机一般要求CPU为80486内存64M，硬盘540M，带局部总线SVGA显示器。

微机主要用来存贮、处理数据，并编辑地形图。

3、打印机一般要A2或A4幅面，分辨率为，用来打印数据成果。

4、数字化仪一般要A2或A1幅面，建议选用价格较低的喷黑绘图仪。

5、绘图仪一般要A2或A1幅面，建议选用价格较低的喷黑绘图仪。

当然，野外数据采集亦可选择GPS法、性测量法、航测法等。

二、野外采集与编码方法

（1）将全站仪（或其它测绘仪器）与E500手簿通过电缆连接；

（2）全站仪进入测角、测距状态，用E500的定点功能，根据屏幕提示，依次输入测点点号、定向点点号、定向点起始值、仪器高、觇镜高及地物代码。

（3）瞄准测点棱镜，全站仪自动将定点数据传入E500，经处理为三维坐标后存贮在主机内存之中。

（4）棱镜立于另一个地形点重复（3）的操作、此时只需输入新立镜点的觇镜高和地物代码。

数字测图对图幅概念很淡化，每日开始和结束最好以线状地物分开，以免漏测与重测，当日采集数据请传入微机并用软盘备份。

三、地物点编码

软件可采用简编码法编码，分类别、关系码、独立符号码三种，一般只有1位数，比较简单、直观、如代表普通房，代表电线杆，地物连接码也只用“+”“-”表示。

3.3CASS系统作业模式

3.4CASS系统成图

一、进入子菜单

在装有CASS的盘上（如D:

盘）操作。

D:

\CDCASSD:

\CASS>C

则CASS启动。

二、接收南方电子手簿

南方电子手簿以E