登封市城区1比1000数字测图技术设计.docx
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登封市城区1比1000数字测图技术设计
登封市城区1:
1000数字测图技术设计
摘要
数字测图目前已成为应用最广泛、技术最普及、大多数测绘工作人员必须掌握的现代测绘新技术。
本论文结合登封市城区的实际情况对数字测图的实施做了探讨。
在图根控制网的设计中提出两种方案，结合元江县城区地形概况对这两种方案进行比较分析，元江县城区内地形地物很复杂，房屋较多，通视条件一般，使用GPS观测时精度高、作业快，耗人力少，而导线测量实施时消耗大量人力及时间，精度较低，所以最终选用GPS作首级控制，RTK加密图根点的方法进行平面控制测量；在野外数据采集中重点介绍了使用全站仪进行大比例尺数字测图野外数据采集的方法和步骤以及碎部点采集中一些特殊情况的处理方法；最后通过内业化数字成图得出符合登封市规划要求的大比例尺数字地形图。
关键词城市控制测量数字化测图碎部点采集
Thedigitalmappingtechnologydesignofdengfengin1:
1000scale
Abstract
Theapplicationofthedigitalmappingpresenthasbecomethemostwidelyappliedandthemostpopulartechnology,thenewtechnologywhichmostofsurveyorsmustmaster.Thisthesismainlydiscussthedigitalmappingfromthedesignofmappingcontrolnetwork,actualmeasurement,themethodofusetotalstationtodetailsurveyandsomethingaboutdealwiththedataofdetailsurvey.Amongthem,mappingcontrolnetworkisadoptedtwokindsofschemes,IusetheGPSforthefirstcontrolnetworkanduseRTKencryptmappingcontrolpoint,orIusethetraversenetworkforthefirstcontrolnetworkandusetotalstationencryptmappingcontrolpoint,thenIcomparethetowkindsofschemescombinewiththesituationofYuanJiang,finallyIchoosethefirstschemetodotheplanecontrolsurveying.Thisthesisalsoelaboratedtheusageoftotalstationindigitalmapping,Imainlyusetotalstationtodothefielddatacollectionoflargescaledigitalmapping,inaddition,Ielaboratethebasicruleofdataencodeinbrief,andelaboratetheschemeoflargescaledigitalmapping.Ultimately,achievethelargescaletopographicalmapwhichaccordwiththedemandoftheregionalplanningagencyofYuanJiangusetotalstation.
Keywordscontrolsurveyofcity,digitalmapping,fielddatacollection.
绪论
步入信息化时代后，人们对身边的地理信息展示出越来越浓厚的兴趣。
“在哪里？
在附近能获得什么？
”正成为每个人关心的问题，因此对数字地图的精度和更新速度就提出了更高的要求。
目前获取数字地图的方式主要有三种：
原图数字化、地面数字化测图、摄影测量和遥感图像数字化，这三种方式各有优劣，采用哪种方式获取数字地图，主要取决于数字地图比例尺和测区面积的大小及测区经费的高低。
本文以登封市城区为实例，采用地面数字化测图的方式，目的是获取登封市数字化地图，为后期GIS的分析决策功能提供最初的数据源。
微电子技术的迅速发展，使得GPS、全站仪等仪器的精度迅速提高，为全数字化测图提供了更加高效便利的获取手段。
GPS的最大优点是无需从高等级控制点铺设控制网，直接能获取测点的三维坐标，并且无需考虑视线能否通视的影响。
本文重点利用GPS—RTK获取数字地图，只在GPS信号较为微弱的地区利用全站仪测绘。
本次全野外数字测图数据采集方式采用GPS-RTK为主，全站仪辅助进行碎部测量的手段，每天采集的数据及时导入到微机中，在微机中利用南方测绘自主开发的数字成图软件CASS7.0进行数字化成图，从实际的操作实施来看此方案的精度和效率完全可以满足本次数字成图的需求。
1项目概况
1.1项目背景
登封市隶属于郑州，是历史悠久的名城。
登封市辖区内拥有天下名刹少林寺、五岳之一嵩山等著名旅游景区，是新兴的旅游城市。
城区内道路基础设施已显陈旧，为了更好的服务游客，打造属于登封的专属名片，需对登封市主城区进行1:
1000大比例尺数字测图，获得登封市区当下的电子地图，为市政部门进行规划建设提供第一手的参考资料。
本设计正是依托于此种目的，根据国家相关规范，进行登封市城区数字测图具体实施。
1.2测区概况
登封市地理位置位于河南省中部，属郑州管辖，东临郑州城区，西靠古都洛阳，北有嵩山，南部为能源城市平顶山。
辖域东西长56公里，南北宽35.5公里，面积1,220平方公里，其中耕地56万亩，辖区内山地丘陵占大多数，气候为温带大陆性气候。
登封市拥有65.52万人（2009年），有24个民族长期定居在登封。
全市拥有3个街道、8个镇、5个乡。
登封市凭借着悠久的历史和丰富的文化历史传统，被称为著名的“文物之乡”和“武术之乡”。
地理坐标：
N34°21′56.58″
E113°0′15.05″
登封市是著名旅游城市，辖区景点众多，有天下文明古刹“少林寺”，道教圣地“中岳庙”，儒家名胜“嵩岳书院”。
辖区内自然风光秀丽，拥有世界级地质公园，是探究地质构造的天然仓库。
1.3项目工作内容
根据已知地图资料，对登封市主城区概况进行研究，登封市主城区地形起伏较大，房屋杂乱，通视条件较差，因此决定分两级布设平面控制网，这样既可以满足实测要求又可以满足精度需要，因此平面控制网中一级控制选用GPS网，图根加密方式为RTK；另一种控制网布设方式是首级控制网采用导线网铺设可用GPS或者是全站仪，而图根点加密则使用全站仪来进行。
两种方案均采用四等水准测量获取高程点坐标。
对比分析验证两种方案，选择其中一个最合适的方案使其满足1:
1000登封市区数字测图的需求。
具体内容如下：
（1）首级控制网的铺设：
首级平面控制网在登封市城区附近已有的D级GPS控制点的基础上，延伸铺设一级GPS导线控制网；高程控制利用已知的一等水准点，并进行四等水准测量。
（2）图根控制测量：
方案一：
在已经铺设的一级GPS网的基础上，直接采用RTK的方式对图根点进行加密。
方案二：
在首级控制测量的基础上布设图根导线，并对所布的图根点进行图根水准测量。
（3）碎部测量：
在登封市主城区铺设完成的一级导线控制网和图根点的基础上，利用GPS-RTK或者全站仪进行1：
1000数字化地形图测绘。
（4）最终成果：
根据相应的国家标准和项目要求，对电子地图进行加工编辑，提交最终成果。
2作业依据及精度控制
数字化测图是相当严密的工作，必须依照相应的操作规范和国家标准依步骤进行，只有明确相应比例尺上的精度要求，才能获得质量较好的数字地图。
2.1作业依据
1、《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73-1997）；
2、《国家三、四等水准测量规范》（GB12898-91）；
3、《城市测量规范》（CJJ8-1999）；
4、《1:
500、1:
1000、1:
2000地形图图式》（GB/T7929-1995）；
5、《数字测绘产品检查验收规定与质量评定》（GB/T18316—2001）；
2.2采用的平面和高程系统
平面坐标系统：
采用1980年西安坐标系，中央子午线为114°。
高程坐标系：
本设计拟采用1985国家高程基准。
测图比例尺：
本设计根据登封市建设要求，采用1：
1000比例尺，而图幅规格为50cm×50cm，最终根据要求需要提交格式为*.dwg的最终数据。
2.3控制测量和成图基本精度
2.3.1平面精度
（1）城镇道路，街（巷）道等一类地物点两侧，以及事业单位内部的明显建筑物角点，城镇的居住区的点位中误差不大于±5.0cm，间距中误差（同类邻近地物点间距的中误差）不大于±5.0cm；
（2）对于建筑物或者构筑物的墙角等明显地物，其均属于二类地物，二类地物点位中误差应小于等于±7.5cm，间距中误差应小于等于±7.5cm；
（3）除了一类、二类地物点的其他地物点均可以算成是三类地物点，三类地物点的点位中误差应小于等于±25.0cm，间距中误差应小于等于±20.0cm；
（4）不同类别相邻地物点间距中误差应严格按照下列公式：
=±
和
为各种地物点点位中误差。
其限差详见表2-1。
表2-1邻近地物点间距中误差单位：
cm
一类地物点
二类地物点
三类地物点
一类地物点
±5.0
±6.4
±18.0
二类地物点
±6.4
±7.5
±18.5
三类地物点
±18.0
±18.5
±20.0
2.3.2高程精度
（1）根据四等水准测量标准，四等水准测量每公里的测量偶然中误差不应大于±5mm,全中误差不应大于±10mm；
（2）在标记高程点时，当以0.5m为等高距，以0.01m为最小精度；以大于等于0.5m等高距时，精度应达到0.1m。
2.4GPS控制网精度要求
一级GPS控制网需要在D级GPS控制网的基础上进行加密铺设。
（1）一级GPS控制网精度满足一下要求：
б=±
（2-1）
式中：
б——标准差，mm；
a——固定误差，mm；
b——比例误差，×10-6；
d——相邻点间距离，km。
（2）想要获得较高精度的控制精度，则GPS各级控制网应尽量由非同步观测边构成的闭合环组成，并且要求按照表1的标准来要求每个闭合环的边数。
并且每级控制网组成的闭合环应当相互独立。
表2-2GPS控制网基本技术指标表
项目
指标
一级GPS网
GPS
设计
闭合环或符合路线边数
10
GPS网平均基线长度
（m）
400
标准差
б参数
固定误差a
（mm）
≤10
比例误差b
（×10-6）
≤10
GPS观测参数
GPS测量方式
静态相对定位
卫星截止高度角
（°）
≥15
数据采样间隔
（s）
＝15
有效观测卫星数
≥5
需观测的时间长度（min）
GPS双频机
≥45
观测平均时段数
≥1.6
基线的精度
最弱边相对中误差
≤1/20000
当GPS控制网边长小于200m时，其边长的中误差应<20mm。
对于GPS控制网的铺设，本设计将其网型按照导线网的标准形状布设，保证足够的网型强度，将起算点均匀分布。
其控制点的铺设点位应严格按照图根控制加密原则，两个控制点之间平均边长400米，应保证在单个控制点上有一个通视方向。
为了保证数字测图控制网的精度，GPS布设首级控制网时具体技术按照表2-2执行。
（3）GPS网点的密度标准
任务的需求不同，服务的对象不同，对GPS网点的密度要求也不尽相同。
表2-3规定了不同等级GPS网中每个闭合环的边数和附和线路中的边数：
表2-3GPS网的主要技术要求
等级
平均距离（Km）
a（mm）
b（1×10-6）
最弱边相对中误差
四等GPS
2.0
≤10.0
≤10.0
1/45000.0
一级GPS
1.0
≤10.0
≤10.0
1/20000.0
闭合环或附和线路的边数规定如下表：
表2-4闭合环或附和线路的边数规定
等级
四等
一级
二级
附合路线或闭合环边数
≤10.0
≤10.0
≤10.0
3控制测量
3.1平面控制网铺设
在进行地形数字测图之前，必须要进行基本的控制，因此选择一个相对较好的平面控制方案就显得尤为重要。
根据实测的需求，平面控制网采用分级布设、逐级控制的原则，在办证精度的同时，尽量照顾工作效率；确保平面控制网中有满足需求的精度和密度；并且要有统一的布网方案、确定的精度指标和严格遵守作业流程。
根据登封市原有的纸质地图及其它相关地图资料进行分析，登封市城区起伏较大，城区内房屋杂乱，有的难以通视，因此决定本次平面控制测量采用分级布设，在保证测量精度的同时尽量满足测量的方便与否。
首级平面控制网实测方式是一级GPS网，图根点加密方式是采用RTK的方式；另一种平面控制网布设方式是首级控制网采用导线网铺设，利用GPS进行导线控制，而图根点则采用全站仪或者GPS-RTK直接进行测量。
比较分析验证两种方案，选择最为简单合理的方案，对登封市进行1：
1000数字测图。
3.1.1GPS平面控制
首级平面控制网采用GPS方法，图根加密点为RTK。
一级GPS控制网的主要技术要求见表3-1[2]
表3-1一级GPS网测量的基本技术要求
等级
平均边长（KM）
卫星高度角
有效观测卫星数
各时段有效观测时间长度（min）
平均重复设站数
数据采样间隔（s）
PDOP值
一级
≤1.0
≥15°
≥4
≥15
≥1.6
10
<6
注：
本技术要求出自《工程测量规范》（GB50026-2007）
。
3.1.1.1布网原则与设计
（1）根据测区的实际情况铺设GPS网，虽然不要求GPS网点之间的通视，但还要考虑的用常规方法进行测量的可能性，因此要求在每点至少有一个通视方向。
（2）收集城市原有的测绘资料及各种比例尺地形图或者电子地图，在选择坐标系时尽量采用城市原有独立坐标系，对于原有的控制点，应充分利用其标石。
（3）GPS控制网的网型选择较为自由，可以选择一个或若干个独立观测环构成，也可以采用附合水准路线的方式。
在不同等级的GPS控制网中对每个闭合环或者是附合路线中的边数都有要求，其具体要求如表3-2的规定。
表3-2附合导线或闭合环边数的规定
等级
二等
三等
四等
一级
二级
闭合环或附合线路的边数（条）
≤6
≤8
≤10
≤10
≤10
GPS控制网与国家控制网联测和转换，应根据城市的大小和项目的需求进行。
大、中城市对控制网的精度要求较高，故对大中城市的GPS控制网和国家控制网的连接和转换，对控制点的要求至少为3个，小型城市要求相对较低，在对工程控制网或小型城市控制网与国家控制网进行联测时则至少需要2-3个相同控制点，根据相同的控制点，将两个控制网进行转换联测。
在获取GPS的正常高时，应对水准控制网进行高程联测具体实施细则如下：
①当进行高程联测时选用的方法应不低于四等水准测量的精度进行，具体操作规程应参见四等水准测量国标。
②如果进行数字测图的地区为平原地区，则进行高程联测时，联测点应大于等于5个，并且点位分布均匀。
③如果在山地丘陵地带进行数字测图，则进行高程联测时必须增加一定数量的联测高程点，联测高程点数目应大于等于10个。
根据项目需求和上述布网规范，故本次登封市1:
1000数字地形图测绘的起算点拟选择登封市主城区附近三个保存完好的GPSD级控制点，虽然登封市主城区地形起伏较大，但是道路宽畅，通视条件较好，因此在交通主干道布设一级GPS控制点，在具体铺设过程中，对点位位置的要求为点位均匀，对控制网型结构要求为边连式多边形网，并且要求相邻两点边长的平均值为500m左右。
各等级GPS控制网控制作业时应遵守的操作规范标准如表3-3规定。
表3-3各等级GPS控制测量作业技术要求
项目
等级
观测方法
二等
三等
四等
一级
二级
卫星高度角（°）
静态
快速静态
≥15
≥15
≥15
≥15
≥15
有效观测卫星数
静态
快速静态
≥4
―
≥4
≥5
≥4
≥5
≥4
≥5
≥4
≥5
平均重复设站数
静态
快速静态
≥2
―
≥2
≥2
≥1.6
≥1.6
≥1.6
≥1.6
≥1.6
≥1.6
时段长度（min）
静态
快速静态
≥90
―
≥60
≥20
≥45
≥15
≥45
≥15
≥45
≥15
数据采样间隔（s）
静态
快速静态
10～60
10～60
10～60
10～60
10～60
3.1.1.2选点、埋石、编号及点之记
（1）选点
在标志明显，不易破坏，稳固可靠的地方选点，将木桩或钉子钉入预先选定的地区。
在进行点位选择时应随身携带地图和事先设计好的网图，以利于网型的优化和时间的节约。
在已经选定的点位上打下木桩，并且将点位位置信息标明在点之记上，方便后期寻找。
GPS选点应符合下列标准：
①在电磁干扰严重的地区，点位选择应至少距离干扰源200m，如果附近有高压电线或者输电塔，点位应该至少离其50m。
②进行一级GPS点点位布设时，选择土质坚实不易变形的地方，对于GPS点的使用保存及精度的需要都有重要的意义；
③选点要原理大面积水域，点位应原理强烈干扰卫星信号的物体；④为了方便在高等级控制网上对低级网的加密，则一级GPS点在铺设时应至少满足有两点通视；
⑤对铺设点位时应考虑和周围建筑物的高度角，其不应大于15°，点位应当铺设在平摊和视野开阔的地方，这样对以后设备的安放和实地测量有利；
⑥为了方便点位的寻找，在完成GPS点位选定之后，按要求绘制选点图；
⑦充分利用原有的控制点及标石，减少工作量。
在选点时满足下列规定：
①选点时，测量人员要进行实地踏勘，考察实地情况，及时修正点位，在实地选定后要做出明显的标记。
②实地实时在点之记上绘制点位，包括已有资料中的旧点；
③GPS控制点命名时尽量取附近的地物名称，这样便于区分也便于寻找，命名的点位之前一定要向本地居民确认地物名称的正确，利用旧点时，旧点点名不在改变，点好编码一般以自然数顺序进行，以便于计算机计算；
（2）埋石
根据不同的埋设条件，根据不同的类型选择不同的埋设标志，具体参考表3-4。
表3-4各类型埋设标志各类型埋设标志
等级
埋设条件
标志类型
埋设方法
备注
一级
水泥路面
8-12cm
铸铁标志
实地打孔，现浇混凝土
平齐路面
沥青路面
20cm铸铁标志
直接钉入路面
平齐路面
碎石路面
土质路面
预制混凝土标石
挖坑,做20cm碎石垫层放置标石，四周捣固压实。
略高于
地面3-5cm
（3）点位编号
在对一级GPS点进行编号时宜选用自然数顺序法，并在点号前面添加大写字母“G”。
（4）点之记点之记是标定控制点点位的重要手段。
每确定一个控制点，就必须绘制相应的点之记。
点之记绘制严格按照《全球定位系统城市测量技术规程》要求。
点之记采用word文档制作，并且要求其缩略图采用CAD标定坐标，最终将CAD图像插入到word文档中
。
（1）提交检查的资料：
点之记1套包含纸质图和电子图，其中要求首页为GPS网选点图。
在铺设完一级GPS控制网之后，应及时提交下列资料：
1）GPS观测手簿；
2）一级GPS控制网展点图；
3）一级GPS点点之记；
4）仪器鉴定资料；
5）一级GPS控制网平差计算结果及各种成果表；
3.1.1.3图根测量
图根控制点要在已经铺设完成并且经过平差处理的GPS首级控制网的基础之上进行，图根点的铺设方式选用GPS-RTK，可直接获得各个图根点的三维坐标。
一般情况下，图根点标志采用木桩和小铁钉，木桩一般使用在城区附近土路、农田中，而在较为坚硬的水泥和沥青路面上应选用大铁钉进行标志设定。
设定完成后要及时进行编号的标定，通常的规则是数字采用顺序编码，并在数字前添加大写英文字母。
图根控制点最后应以图根点成果表作为最后的成果。
3.1.2导线网控制
另一种方案：
首级网采用导线网进行控制，而加密点可以采用GPS-RTK方法或者全站仪方式进行加密。
GPS虽然操作简单，效率较高，但是仪器较为昂贵，从控制成本的角度来说不太适合本次数字测图首级控制。
因此本次登封市城区的平面控制测量考虑采用全站仪方式进行一级导线控制。
虽然本次首级控制选用全站仪，但是为了保证数字测图的精度，选用金控徕卡仪器，配合专用的三脚架，棱镜使用。
碎部点直接使用全站仪进行采集。
3.1.2.1导线网形设计要求
不同等级导线控制网铺设时的技术要求，具体要求如表3-5。
表3-5导线控制测量技术要求
等级
导线
长度（km）
平均
边长（km）
测角中误差（″）
测距中误差（mm）
测距相对中误差
测回数
方位角闭合差（″）
导线全长相对闭合差
1″级仪器
2″级仪器
6″级仪器
三等
14
3
1.8
20
1/50000
6
10
—
3.6
≤1/55000
四等
9
1.5
2.5
18
1/80000
4
6
—
5
≤1/35000
一级
4
0.5
5
15
1/30000
—
2
4
10
≤1/15000
二级
2.4
0.25
8
15
1/14000
—
1
3
16
≤1/10000
三级
1.2
0.1
12
15
1/7000
—
1
2
24
≤1/5000
注：
①表中n的意义测站数
②表中的全站仪、电子经纬仪和光学经纬仪的测角精度分别为1″、2″、
6″。
有时会出现导线控制网的边长比较短，出现此情况时应该控制该导线中边长的数目，使其小于等于对应等级的导线长度和平均边长推算的边数；如果导线网中边长的长度小于表3-5中规定长度的1/3时，导线全长的绝对闭合差应小于等于13cm。
在平面控制导线网中，相邻结点之间的测线长度应小于等于表中相应等级长度的0.7倍
。
（1）在对导线控制网进行布设时必须满足下述要求：
①首级控制网采用导线网来进行控制时，对导线网的网型有具体要求。
导线网最好铺设成环形或者多边形，并且最好能与两个一直方向进行联测；
②对导线网型进行加密时，加密网网型可采用多结点导线网或者全部采用符合导线的形式；
③在控制网内相邻路线上的点不能相距过近。
（2）导线网的设计步骤:
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