数字化测图授课知识点.docx
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数字化测图授课知识点
考试题型：
1、填空题：
2、判断题；3、名词解释题；4、选择题；5、问答题；6、综合题（分析、论述）
基本概念及术语：
数字地图、3S技术、4D产品、图形裁剪、曲线光滑、地图符号库、空间数据、空间数据格式、扫描矢量化、数字地面模型DTM）、DEM、TIN、数据编码、数字高程模型、矢量数据结构、栅格数据结构、TIN、地图定位、一步测量法、数字测记模式、电子平板模式、自由设站法、有码作业、无码作业、波特率、曲线光滑、仿射变换、赫尔默特变换、栅格数据细化
知识点：
传统平板测图与数字测图优缺点比较。
数字测图中数据采集方法主要有野外地面数据采集法、航片数据采集法、原图数字化法。
数字测图中采集的地形点信息类型及内涵（三类信息）。
数字地形图与传统地图的区别。
数字测图需要解决的几个问题。
数字测图系统概念及其构成。
数字测图的优势。
数字测图两种主要模式：
数字测记模式、电子平板模式的基本流程、人员安排及各自优缺点和适用范围。
数字测图技术发展趋势及展望。
全站仪应满足轴系关系、全站仪补偿器及自动补偿原理、全站仪单轴与双轴补偿、全站仪轴系误差改正公式原理、倾斜改正（补偿）与仪器系统误差补偿（改正）的比较、实际作业中补偿及改正开关的选择。
计算机地图制图中的坐标变换：
大地坐标系与设备坐标系的几点区别，坐标变换的类型，测量坐标与屏幕坐标之间的变换数学模型，测量坐标系到绘图仪坐标系的换算数学模型，
线段的四位编码裁剪（标号法）算法步骤（思想），多边形裁剪的思路和过程。
曲线的光滑处理方法的两种类型、曲线光滑的方法。
地图符号的实质及作用，地图符号自动绘制的关键（编码、分类、调用）
多边形轮廓线内自动绘制晕线的参数及算法步骤，面状符号的自动绘图参数及算法步骤。
空间数据基本特征、矢量数据和栅格数据两种数据格式的基本概念及图形表示方法，栅格数据和矢量数据各自结构特点、优缺点比较和选择，栅格图像与矢量图形的区别。
DEM的表示形式：
规则格网（Grid）表示法、矩形格网DTM的高程内插算法，不规则三角网（TIN）表示法，不规则三角格网（TIN）的构网及算法，TIN建立过程中的几个技术问题
不规则格网（TIN）与规则格网的优缺点比较，按三角格网法自动绘制等高线的算法步骤
地形编码设计应遵循的原则，CASS系统编码设计
数字测图中的图根控制测量方法有哪些？
，简述自由设站法的基本思想和适用范围
无码作业的草图绘制内容和基本要求，CASS系统简码使用规则，评价有码作业和无码作业这两种作业模式。
数据通讯方式和通讯的基本参数，全站仪与计算机的数据通讯操作步骤。
CASS软件简编码自动成图法，测点点号定位成图法，坐标定位成图法，编码引导自动成图的基本步骤，编码引导文件的编写格式和方法。
CASS绘制等高线具体操作步骤，CASS系统绘图中的比例尺问题。
地形图定位（图纸定向、图形纠正）的目的、数学模型和方法。
简述地形图扫描数字化前的数据预处理内容和细化过程，比较数字化仪数字化与扫描矢量化这两种方法。
栅格图像与矢量图形的区别。
论述数字高程模型的特点、建立方法、应用现状及发展趋势。
论述数字化测图技术的应用现状及发展趋势。
简述数字高程模型的应用领域及派生产品。
CASS软件绘制地形图的方法和步骤。
矢量数据结构和栅格数据结构的比较及优缺点。
将栅格图像转换为矢量地图一般需要哪些步骤。
地图数字化精度的影响因素。
简述数字测图技术设计的基本依据、基本原则和编写内容。
测绘成果检查验收的依据，如何理解测绘产品二级检查一级验收制度？
数字地形图的基本应用有那些方面？
用坐标解析法计算面积原理及公式，DTM模型计算表面积原理及公式。
方格网法计算土方量的基本步骤，DTM三角网法土方计算原理及公式，断面法计算土石方的基本步骤，区域土方量平衡。
数字高程模型的（DEM）有哪些方面的应用？
由于存在图纸的变形及扫描变形的影响，使得扫描后的图象产生某种程度的失真，因此，需要对图形进行修正。
通过修正，得到正式光栅文件，这项工作称为数据的预处理。
预处理内容包括：
1、如果底图存在污点，线条不光滑等，再受到扫描系统分辨率的限制，就有可能给扫描出来噪声（误差或缺陷），包括黑斑、孔洞、毛刺、凹陷等。
所以一般在细化和矢量化之前，应利用专门的计算机算法对栅格数据进行噪声和边缘的平滑处理，消除这些噪声，以防矢量化的误差和失真。
2、对原始光栅进行图纸定向，纠正坐标偏差。
3、图层设置及地物编码处理，以方便矢量图的后续利用。
曲线的光滑处理方法有曲线拟合和曲线内插两种类型
曲线拟合：
光滑后的曲线不一定通过已知点
曲线内插：
光滑后的曲线一定通过已知节点，计算机地图制图中大都要求光滑后的曲线通过已知点。
线性迭代拟合缺点是：
迭代结果会造成曲线偏离全部特征点，向内收缩，在曲线挠度大时愈加明显，使曲线定位精度较低。
优点是：
图形向内收缩可以确保等高线即使在较密集的情况下也不会相交，且计算量小。
当δ→0时，张力样条函数就等同于三次样条函数；
当δ→1时，张力样条函数就退化为分段线性函数，即相邻节点之间以直线连接。
要实现地图符号的自动绘制，关键在于建立一个结构完整、功能完备、开放式的地图符号库。
编码、分类、调用是地图符号自动绘制的关键。
从几何学的角度，可以将地图符号划分为点状、线状、面状三类。
地图图形要素按照数据获取和成图方法的不同，可区分为矢量数据和栅格数据两种数据格式。
大比例尺野外测量、解析测图仪获得和地图数字化（矢量化）的成果是矢量格式数据，而扫描和遥感获得的成果是栅格数据的数字图。
扫描矢量化是将栅格数据格式的地形图转换为矢量数据格式的数字图。
规则格网法是把DEM表示成高程矩阵。
大比例数字测图的DTM建模一般都采用不规则三角网（TIN）这种方式（规则格网法）。
建立不规则三角格网（TIN）有最近距离算法、最小边长算法和泰森多边形的算法。
TIN建立过程中可不考虑地性线问题。
CASS系统简编码必须转换为程序内部码才能绘图。
CASS系统简码识别的目的是将简编码转换为程序内部码。
在数字测图中，为了赶工期，避免人力浪费，可采用自由设站功能，打破传统的“先整体后局部，先控制后碎部”思路，进行先碎部测量成图，后改化到控制点。
全站仪数据采集的基本方法是极坐标法（角度交会法，距离交会法，直角坐标法）。
名词解释：
数字地图：
是用数字形式表达地形信息的地图
DEM：
是以数字形式按一定结构组织在一起的,表示实际地形特征空间分布的一种实体地面模型,也是地形地理位置和起伏的数字描述。
数字测记模式：
就是用全站仪（或普通测量仪器）在野外测量地形特征点的点位，用电子手簿（或PC卡）记录测点的几何信息及其属性信息，或配合草图到室内将测量数据由电子手簿传输到计算机，经人机交互编辑成图。
图形裁剪：
是一种保留给定区域内的图形而除掉区域外的图形的一种图形处理方法。
矢量数据：
采用定位信息（x，y）的有序集合，来描述点、线、面等三种基本类型的图形元素，并结合属性信息实现地形元素的表述；
栅格数据结构是将整个绘图区域划分成一系列大小一致的栅格，形成栅格数据矩阵，按照地理实体是否通过或包含某个栅格，使其以不同的灰度值表示，从而形成不同的图像。
DEM：
表示地表区域上地形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合，数学表达为：
z=f（x，y）。
数字地面模型（DTM）：
就是一个用于表示地面特征空间分布的数据阵列，严格地说，DTM是定义在某一区域D上的m维向量有限序列，即﹛Vi，i=1，2，3，……，n﹜。
其向量Vi=（Vi1，Vi2，……，Vim）的分量为地形（Xi，Yi，Zi，（Xi，Yi）∈D）、资源、环境、土地利用、人口分布等多种信息的定量或定性描述。
不规则三角网（TIN）：
利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，把这些离散点（各三角形的顶点）连接成相互连续的三角面，它是DEM一种主要表示形式。
数据编码：
按一定规则构成、表示地物属性和连接关系等信息的符号串称为数据编码。
无码作业：
外业采集数据时不输入简码，只用全站仪测定碎部点的定位信息（xi，yi，Hi），生成无码坐标数据文件，同时绘制草图（手工记录碎部点的属性信息与连接信息），数据通讯后，根据草图在计算机上利用测图软件相关功能进行成图。
又称“草图法”工作方式。
传统的平板测图
●缺点：
1）成果载体为纸张，不能满足信息化时代计算机处理图形和数据的要求。
为了利用要将其扫描矢量化成为数字化图。
2）劳动强度大、作业效率低。
3）精度低，质量难以保证。
成图过程的读数、记数、量角、距离换算、展点绘图等众多环节精度不高，出错机率大，使得地形图成果质量难以保证。
4）数据利用率低。
以图纸为载体受图面负载能力局限，只能按一种比例尺作业，数据利用率低。
5）成图周期长、不便于更新维护、图纸会产生伸缩变形、影响成果精度。
6）资料更新慢。
总之，不能适应当今信息社会的需要。
数字测图中描述地形点的三类信息：
Ø测点三维坐标信息（数字表示）；
Ø测点间连接关系信息：
连接点和连接线型（数字或字母表示的编码）；
Ø测点的属性信息：
地形编码（数字或字母表示的编码）。
4D产品：
数字线划图DLG（DigitalLineGraphic）
数字正射影像图DOM（DigitialOrthophotoMap）
数字高程模型DEM（DigitalElevationModel）
数字栅格地图DRG（DigitalRasterGraphic
数字测图的优势：
●测图过程自动化、劳动强度低、效率高；
●图形数字化，成果能满足数字化、信息化时代的需求；
●点位精度高，精度与比例尺无关；
●成果便于保存与更新；
●数据利用率高，可满足多用户的需要，方便成果的深加工利用。
●可作为GIS的重要信息源。
多边形轮廓线内自动绘制晕线的参数及基本的算法步骤：
多边形轮廓线内绘制晕线的参数为：
轮廓点个数N，轮廓点坐标，（Xi，Yi）i=1,2…N，晕线间隔D以及晕线和X轴夹角α，如图所示。
轮廓线内绘制晕线可按如下步骤进行。
Ø对轮廓点坐标进行旋转变换
Ø求晕线条数
Ø求晕线和轮廓边的交点
Ø交点排序和配对输出
以下图绘制花圃地物符号为例，说明面状符号的自动绘图参数及基本的算法步骤。
面状符号的绘图参数为：
轮廓边界点个数N，轮廓边界点坐标（Xi，Yi），i=1,2,…，N，符号轴线间的间隔D以及轴线和X轴的夹角α，每一排轴线
上符号的间隔d，如图所示。
面状符号的自动绘制步骤如下：
1.按计算晕线的方法求出面状填充符号的轴线。
2.计算面状填充符号的中心位置。
计算轴线（即晕线）长度，根据轴线长度和轴线上符号的间隔d，按均匀分布的原则计算注记符号的中心位置。
3.绘制填充符号。
根据填充符号代码，在符号库中读取表示该符号的图形数据，在上步算出的符号中心位置上绘制填充符号。
栅格数据结构特点
⏹离散的量化栅格值表示空间对象。
⏹位置隐含，属性明显。
⏹数据结构简单，易于扩充、修改，特别易于与遥感数据结合，但数据量大。
⏹适合于高级语言作文件或矩阵处理。
⏹存在几何和属性误差。
矢量数据结构的特点
⏹用离散的点描述空间对象与特征，定位明显，属性隐含。
用拓扑关系描述空间对象之间的关系。
⏹面向目标操作，精度高，数据冗余度小。
⏹与遥感等图象数据难以结合。
⏹输出图形质量好，精度高。
简述TIN建立过程中对于地性线、断裂线和不规则区域边界等几个技术问题的处理方法。
1、地性线问题及处理
问题：
TIN中三角形穿过山脊或在山谷处悬空，造成TIN模型与实际地形不符。
解决办法：
TIN构网时应该以山脊线、山谷线的相邻点连成三角形的一条边作为起算边，即需要在原始数据中包含地性线的信息。
这就要求在野外进行数据采集和建模之前，必须采集和记录地性线信息。
2、断裂线问题及处理
断裂线：
变化不连续的地形边线，如陡坎、雨裂、冲沟等。
TIN构网时应该考虑断裂线信息。
解决办法：
采集和记录信息断裂线信息，建模时把断裂线提取出来并以断裂线作为三角网边扩展一个狭窄的条形区域。
3、不规则区域边界问题及处理
不规则区域边界可能使程序在无数据区构造出三角格网或构造出与实际地形不符的三角格网。
处理办法：
在构造三角格网的过程中加入对边界的识别，同时检查边界附近的三角形格网中是否有异常的三角形（如某个三角形的部分区域已处于边界以外）。
CASS软件中先用复合线绘制构网范围（边界），再由软件自动构网。
与规则格网相比，不规则格网（TIN）构网建模有哪些优点：
优点
⏹利用原始数据作为格网结点，保持了原始数据及其精度；
⏹构网时考虑地物地貌对TIN的影响并进行特殊处理，保存了原有的关键地形特征；
⏹利用TIN追踪等高线的算法相对简单；
⏹TIN能较好适应不规则区域边界；
⏹数据冗余小。
因为TIN可根据地形的复杂程度来确定采样点的密度和位置，能充分表示地形特征点和线，从而减少了地形较平坦地区的数据冗余。
规则格网的特点：
⏹优点:
存贮量小，便于使用且容易管理。
⏹缺点:
地形简单的地区存在大量冗余数据；如不改变格网大小，则无法适用于起伏程度不同的地区；由于删格过于粗略，不能精确表示地形的关键特征，如山顶、山脊、山谷等。
简述按三角格网法自动绘制等高线的算法步骤：
1.构网（建立DEM）；
2.内插（寻找等高点位）；
3.追踪（依序追踪等高点以形成等高线）；
4.等高线的光滑；
5.等高线的注记；
6.等高线的修剪。
地形编码设计应遵循的原则：
Ø科学性：
指设计代码时要明确反映出地理对象之间的相互联系，在进行地形地物符号的分类划分上要反映类别之间的相互关系。
符合国标图式分类，符合地形图绘图规则；
Ø实用性：
简练，便于操作和记忆，比较符合测量员的习惯；
Ø编码的一致性：
代码所定义的地形地物必须是唯一的，一一对应的。
；
Ø扩展性：
编码设置时应留有扩展的余地，以适应新地理对象出现的需要，避免编码失效；便于GIS等软件的使用。
无码作业的草图绘制内容和基本要求：
⏹草图绘制内容：
测点编号（一定要准确）、地物属性（可用图式符号或文字注记说明）、测点之间的连接关系（可用连线表示）
⏹草图绘制要求
Ø清晰易读，不必过于讲究美观；
Ø相对位置准确，不必严格按比例；
Ø信息可靠，要表示出地物属性和连接关系，测点点号与记录的坐标文件点号一一对应！
评价有码作业和无码作业这两种作业模式。
有码作业与无码作业相比，各有何优缺点？
⏹有码作业：
自动化程度高，内业工作量少；对观测员要求较高，观测员应熟悉简码，观测员与立尺员应密切协作；地物一般应连续观测。
⏹无码作业：
外业减少了简码输入这一环节，观测员工作压力小；对领镜员要求较高，需绘制草图；观测地物时可适当进行“跳点”观测，采集工作直观、方便，实用。
⏹地物比较规整时，可采用有码作业
⏹地物比较零乱时，可采用无码作业（或勘丈法等）
由于存在图纸的变形及扫描变形的影响，使得扫描后的图象产生某种程度的失真，因此，需要对图形进行修正。
通过修正，得到正式光栅文件，这项工作称为数据的预处理。
预处理内容包括：
1、如果底图存在污点，线条不光滑等，再受到扫描系统分辨率的限制，就有可能给扫描出来噪声（误差或缺陷），包括黑斑、孔洞、毛刺、凹陷等。
所以一般在细化和矢量化之前，应利用专门的计算机算法对栅格数据进行噪声和边缘的平滑处理，消除这些噪声，以防矢量化的误差和失真。
2、对原始光栅进行图纸定向，纠正坐标偏差。
3、图层设置及地物编码处理，以方便矢量图的后续利用。
*栅格数据细化：
是指在正式光栅文件中，将二值图像像元阵列逐步剥除轮廓边缘的点，使之成为线划宽度只有一个像元的骨架图形。
细化后的图形骨架既保留了原图形的绝大部分特征，又便于下一步的跟踪处理。
细化的过程就是寻找扫描图像线条的图形原骨架（中心线）。
地图数字化精度的影响因素：
1、原图固有误差：
数字化首先要保证原图的质量，要求图纸变形小和图面清晰。
2、跟踪数字化过程中引起的误差：
包括仪器误差、图纸定位误差、采样误差、等。
（1）仪器误差：
仪器误差是指由于数字化仪本身的结构及分辨率等因素引起的误差，属于系统误差。
如扫描误差。
（2）图纸定位误差：
定位误差受到定位点本身的误差、定位点的分布情况以及坐标变换模型选择等因素的影响。
定位点应分布均匀，图纸定位时应保证有一定的多余观测，即有多余的定位点。
（3）采样误差：
采样误差主要有采点时的对中误差和取点的代表性误差。
采样误差属于偶然误差，当数字化一条粗线时，很难连续地把光标对准在线的中央。
数字化的精度在很大程度上受到操作员的技能及责任心和疲劳情况的影响，另一方面，还受到被数字化要素的宽度、密度及复杂性的影响。
第八章数字测图的质量控制
◆数字测图质量控制的依据
●数字测图技术规范、规程及图式
●数字测图技术设计说明书
技术设计的依据
Ø测绘任务的相关文件或合同书；
Ø相关的测量技术规范；
Ø测量生产定额、成本核算定额和设备标准等；
Ø测区已有资料。
技术设计的基本原则
1先整体后局部，且顾及发展；满足用户要求，重视社会效益。
2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。
3充分利用已有的测绘成果和资料。
4尽量采用新技术、新方法和新工艺。
5当测区面积较大，可以分区分别进行设计。
6
技术设计书的具体内容：
1、任务概述、2.测区概况3.已有的资料利用情况4.作业依据5.控制测量方案6.数字测图方案7、检查验收方案8、工作量统计、作业计划和经费预算9.上交资料清单10.建议与措施
检查验收的依据：
•有关的测绘任务书
•合同书中有关产品质量特性的摘录文件或委托检查、验收文件
有关法规和技术标准
技术设计书和有关的技术规定等
二级检查一级验收制：
数字测绘产品实行过程检查，最终检查和验收制度。
过程检查由生产单位的中队（室）检查人员承担是在作业组（人员）自查互检的基础上，对作业组生产的产品进行的全面检查；最终检查由生产单位的质量管理机构负责实施；验收工作由任务的委托单位组织实施，或由该单位委托具有检验资格的检验机构验收。
各级检查工作必须独立按顺序进行，不得省略或代替。
过程检查实行全面检查，最终检查实行全面检查、验收实行抽样检查。
如何理解测绘产品二级检查一级验收制?
一级检查是在全面自查、互检的基础上，由测绘作业组的专职或兼职检查人员对产品质量实行过程检查。
二级检查是在一级检查的基础上，由施测单位质量检查机构和专职检查人员对产品质量实行的最终检查。
产品成果的最终验收工作由任务的委托单位组织实施，即一级验收。
项目设计由（）承担。
A.项目的法人单位负责B.测绘专业的法人单位负责C.专业人员D.设计人员
4.测绘工程质量，应满足（）。
A.一般的质量标准B.合同规定的质量标准
C.规范规定的标准D.环境协调性的要求
第九章数字测图成果的工程应用
数字地形图的基本应用有那些方面？
对于数字化地形图而言，均是采用坐标解析法计算面积。
汇水面积的边界线是由一系列山脊线（分水线）连接而成的。
DTM模型计算表面积原理及公式：
1.采用三角形中任意两个顶点之间间高差h和平距D，计算出三角形各边的斜距SD。
SD=√（h^2+D^2）；2.根据三角形ABC三条边的斜距边长，计算三角形的表面积。
面积计算海伦公式：
P=（A+B+C）/2S=√[P（P-A）（P-B）（P-C）]3.计算表面积计算范围内所有三角形表面积的总和。
DTM三角网法法土方计算原理及公式：
DTM法土方计算的模型：
三角网法体积计算。
v三角网法计算体积（土方）的计算单元是三角棱柱。
。
v把地面按野外采集的高程点构成的不规则三角网进行三角形化，面积可求。
地面填挖量转化为求一定平面上的三角棱柱的体积量之和。
三角棱柱的高可由三角形角点的重心（或平均角点高程）来内插高程。
v计算公式V=1/3（h1+h2+h3）×s
v优点：
根据实地采集的地面点坐标（X，Y）直接用来进行面积、高程计算，而不用先内插角点高程。
若屏幕水平方向和垂直方向长度分别为sx和sy，相应的实地长度分别为SY和SX屏幕左下角的测量坐标为（X0，Y0），任一点P的测量坐标（X，Y）和相应的屏幕坐标（x，y）之间存在如下关系：
其中，kx=sx/SY和ky=sy/SX分别
为x方向和y方向的比例系数。
其中，KX=SX/sy和KY=SY/sx分别为X方向和Y方向的比例系数。
测量坐标系到绘图仪坐标系的换算
如图所示，XOY为测量坐标系，xoy为绘图仪坐标系，A（X1，Y1）、B（X2，Y2）、C（X3，Y3）、和D（X4，Y4）是4个图廓点的测量坐标，则图幅中心的测量坐标为：
图幅中任一点P的测量坐标与相应的绘图仪坐标
存在如下关系：
式中x、y——P点的绘图仪坐标；
X、Y——P点的测量坐标；
M——测图比例尺分母。
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