【毕业学位论文】（Word原稿）大比例尺数字测图及精度分析

1 题 目 ： 大比例尺数字测图及精度分析 二 O 一 二 年 五 月 二十 三日 摘 要 大比例尺数字测图是测绘工程中的一项重要工作，也是测绘工程专业学生必备的基本技能。随着全站仪及电子计算机的普及，地形图的成图方法已经由传统的白纸法成图发展为数字化成图。传统的白纸法成图是用经纬仪或大平板仪测量目标点，在现场将地形信息直接测绘于图纸上，其测图前准备工期长、劳动强度高、精度低、成图周期长，不利于测绘行业的发展； 而数字化成图就是用数字化方法制作地形图，即把外业全站仪实测数据，通过计算机 用成图软件进行内业处理。与传统的白纸法成图相比，数字化成图具有技术先进、精度高、成图周期短、劳动强度小等优点。另外，由于数字化成图得到的是数字地图，使得地形图的更新更加方便、快捷，产品的保存和管理也十分方便。从这点来说，数字化 2 成图具有重要的研究意义，是测量史上的一次重大技术革命。因此，对数据的获取及精度的探讨具有重要意义。 本论文主要 介绍 大比例数字测图的过 程 及 步骤 ，通过 实际观测， 对数字测图 的精度 做出了分析。首先对数字测图的原理做出介绍 ； 然后 结合在南林大校园进行 数字测图的实际操作过程 ，详细介绍了数字 测图 的 过 程 与内业处理；最后，对所得的测量数据与 测量过程中的情况 做出 综合的分析，得出数字测图 精度的因素，提出如何尽量减少误差，对如何提高制图的精度做一些有据的参考，使 数字测图技术在生活中更为广泛的应用。 关键词： 大比例尺 数字测量仪器 精度 误差结果分析 3 is of of of of of or is in in of is go of of is to is by in of as In is a it of of is a of a in it of of of a of As of of it is on in of it of in of a It is of to to on to of to so it in 4 目 录 摘 要 . 1 . 3 1 绪 论 . 5 比例尺地形图的介绍 . 5 论文研究的目的与意义 . 5 内外研究的现状 . 6 计的主要内容 . 6 2 数字化测量仪器的原理和使用方法 . 7 准测量原理 . 7 准测量外业施测 . 8 制网布设 . 9 准测量的检核和内业 . 水准数据内业处理 . 13 度、距离测量与全站仪 . 14 度测量原理 . 14 离测量 . 17 站仪的使用方法 . 18 定位原理 . 19 系统组成 . 19 定位方式 . 20 3 控制测量和碎部测量 . 21 制测量的简述 . 21 部测量 . 22 站仪碎部测量的步骤 . 24 4 大比例尺数字地形图测绘 . 26 比例尺测量的设计 . 26 比例尺测图的数据采集 . 27 形图计算机编辑 . 30 果的检查和验收 . 32 5 大比例尺数字地形图测量的质量控制的分析 . 35 形图误差来源 . 35 量外业质量分析 . 35 图内业质量控制 . 37 6 小结 . 38 致 谢 . 39 参考文献 . 40 5 1 绪 论 当前，数字测图技术迅速发展，广泛应用于测绘生产中，地形测量已从白纸测图转变为数字测图。现代测绘科学技术向数字化，自动化，智能化方向发展的趋势，适应了当前测绘工作改革的需求 . 比例尺 地形图 的介绍 大比例尺 地形图 的概述， 通常大比例尺地形测图指的是 1 500 1 5000的地形测图 。根据地图的用途，所表示地区范围的大小、图幅的大小和表示内容的详略等不同情况，制图选用的比例尺有大有小。地 图比例尺 中的分子通常为 1，分母越大，比例尺就 越小。通常比例尺大小分为三类：大于二十万分之一的地图称为大比例尺地图；比例尺介于二十万分之一至一百万分之一之间的地图，称为中比例尺地图；比例尺小于一百万分之一的地图，称为小比例尺地图。在同样图幅上，比例尺越大，地图所表示的范围越小，图内表示的内容越详细，精度越高；比例尺越小，地图上所表示的范围越大，反映的内容越简略，精确度越低。大比例尺地形图是直接为满足城市各种中程设计、施工而测绘的 。 大比例尺测图种类 主要有地形图、地籍图、房产图、地下管线图。 地籍图： 表示的内容有地籍和必要的地形要素。地籍要素包括行政境 界、土地权属界线、界址点及编号、土地编号、房产情况、土地利用类别、土地等级、土地面积等。必要的地形要素包括测量控制点、房屋道路、水系以及与地籍有关的地物、地理名称等 。 房产图：是地形图和地籍图的派生图。主要内容包括控制点、界址点、房屋结构及层次、房产类别及用途、用地界线、附属设施、围护物、道路、水系以及与房产有关的其他地形要素等。地下 管 线图：主要内容是各类地下管线的地面特征点、地下管线探测点、地下管线尺寸及用途、地下管线的附属设施以及地下管线周边的地形要素等。 论文研究的目的与意义 本次测图 的目的在于，通过现有测绘技术，完成校园 1： 500 大比例尺地形图测绘工作，并把成图结果上交，为整个校园的规划设计工作提供基础测绘资料。通过实践，亲身体验有关大比例尺地形图测图的所有过程，将课堂所学知识和实践相结合，巩固测量基础知识。 熟悉测绘界的一些测量技术和仪器， 了解并掌握全站仪 、 水准仪等现代测图仪器的原理和使用方法，并在此基础上开拓思路 ，更多层面的应用和推广。 6 内外研究的现状 地形测量包括控制测量和碎步测量（地物，地貌测量）两大内容。传统的平板测图和经纬仪（或测距经纬仪）测图通称白 纸测图，它主要是采用解析法和极坐标法，其成果为模拟式的图解图。由于其成图周期长，精度低，劳动强度大等局限性逐渐被淘汰。而全数字地形图顺应现在带测绘技术新潮流，利用先进的测量仪器和自动化成图软件，采用各种灵活的定位方法进行的以数字信息表示地图信息的测图工作，它的成果为模拟式的数字图。具体讲就是，以传统的白纸测图原理为基础，采用数据库技术和图形及数字处理方法，实现地图信息的获取，变化，传输，识别，存储，处理，显示，编辑修改和计算机绘图。 与传统白纸测图相比。全数字地形图不仅仅是方法的改进，而是技术本质的 飞跃。今天，全中国经济进入了一个高速发展的时代，从另一个方面来说，现如今是一个高速城市化的时代。大比例尺地形图测绘是很多工程规划的基础项目，而一个好的规划是一个城市和谐发展的开端 ， 也是一个城市健康发展的前提 ， 这就对测绘工作的施测速度 、 质量 、 精度等提出了更高的要求。 遥感等先进技术的开发和应用，让测绘进入了一个全新的技术升级阶段，从而对测绘人提出了更高的挑战。 计 的主要内容 本 次毕业设计 的主要内容如下： 1) 国内外数字测图的发展现状，着重介绍我 国 的发展现状。 2) 数字测图的原理和内 、 外业 数据 处理。 3) 以林 大校区东大门为中心，设计 1:500 大比例尺数字测图方案，分析控制网与碎部点的精度，实测不少于 10万 4) 内业数据处理和成果精度分析。 7 2 数字化测量仪器的原理和使用方法 准测量原理 水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。 如图 2 A、 (设水准测量是由 进行的，则 此，高差等于后视读数减去前视读数。 计算未知高程点 高差法 测得 A、 果已知 A，则 （ 这种直接利用高差计算未知点 的方法，称为高差法。 视线高法 如图 2 （ A B a b B i 大地水准面 前进方向 图 准测量原理 图 8 这种利用仪器视线高程 点高程的方法，称为视线高法。在施工测量中，有时安置一次仪器，需测定多个地面点的高程，采用视线高法就比较方便。 准测量外业施测 水准仪的使用 :水准仪的使用包括仪器的安置、粗略整平、瞄准水准尺、精平和读数等操作步骤。 安置水准仪 打开三脚架并使高度适中， 目 测 使架头 大致水平，检查脚架腿是否安置稳固，脚架伸缩螺旋是否拧紧，然后打开仪器箱取出水准仪，置于三脚架头上用连接螺旋将仪器牢固地固连在三脚架头上。 粗略整平 粗平是借助圆水准器的气泡居中，使仪器竖轴大致铅垂，从而视准轴粗略水平。在整平的过程中，气泡的移动方向与左手大拇指运动的方向 致。 瞄准水准尺 首先进行目镜对光，即把望远镜对着明亮的背景，转动目镜对光螺旋，使十字丝清晰。再松开制 动螺旋，转动望远镜，用 望远镜筒 里的十字丝 瞄准水准尺，拧紧制动螺旋。然后从望远镜中观察；转动物镜对光螺旋进行对光，使目标清晰，再转动微动螺旋，使竖丝对准水准尺。 当眼睛在目镜端上下微微移动时，若发现十字丝与目标影像有相对运动，这种现象称为视差。产生视差的原因是目标成像的平面和十字丝平面不重合。由于视差的存在会影响到读数的正确性，必须加以消除。消除的方法是重新仔细地进行物镜对光，直到眼睛上下移动，读数不变为止。此时，从目镜 直 到十字丝与目标的像都十分清晰。 精平与读数 眼睛通过 位于目镜左方的符合气泡观察窗看水准管气泡，右手转动微倾螺旋，使气泡两端的像吻合，即表示水准仪的视准轴 已经 精确水平。这时，即可用十字丝的中丝在尺上读数。现在的水准仪多采用倒像望远镜，因此读数时应从小往大，即从上往下读。先估读毫米数，然后报出全部读数。 精平和读数虽是两项不同的操作步骤，但在水准测量的实施过程中，却把两项操作视为一个整体；即精平后再读数，读数后还要检查管水准气泡是否完全符合。只有这样，才能取得准确的读数。 水准点（ 水准测量路线形式 :为了统一全国的高程系统和满足各种测量的需 要，测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点，这些点称为水准点 (9 简记为 准测量通常是从水准点引测其它点的高程。水准点有永久性和临时性两种。国家等级水准点一般用石料或钢筋混凝土制成，深埋到地面冻结线以下。在标石的顶面设有用不锈钢或其它不易锈蚀材料制成的半球状标志。有些水准点也可设置在稳定的墙脚上，称为墙上水准点。 建筑工地上的永久性水准点一般用混凝土或钢筋混凝土制成，临时性的水准点可用地面上突出的坚硬岩石或用大木桩打入地下，校顶钉以半球形铁钉。 埋设水准点后，应绘出水准点 与附近固定建筑物或其它地物的关系图，在图上还要写明水准点的编号和高程，称为点之记，以便于日后寻找水准点位置之用。水准点编号前通常加 样，作为水准点的代号。水准测量路线形式主要有：闭合水准路线、附合水准路线和支水准路线。 水准测量的实施 :当预测的高程点距水准点较远或高差很大时，就需要连续多次安置仪器以测出两点的高差。为测 A、 路上增加 1、 2、 3、 4、 等中间点，将 差分成若干个水准测站。其中间点仅起传递高程的作用，称为转点（ 简写为 点无固定标志，无 需算出高程。显然，每安置一次仪器，便可测得一个高差。 制网布设 （ 1）大比例尺地形图测量首先要布控制网，简单的说就是要选取测量区域，然后按照先整体后局部，先控制后碎步的实测原则，即先在测区内建立控制网，以控制网为基础，分别从各控制点开始施测控制点的碎步点。 (2)由于测区比较大，布设了 2 个控制网。一共分为 2 部分，一个是后山图，另外一个是居民区。控制网 (测区 )如下图： 10 图 山工作区简图 11 图 民区工作简图 准测量的检核和内业 水准测量检核： 计算检核 点的高差等于各转点之间高差的代数和，也等于后视读数之和减去前视读数之和，因此，此式可用来 做 计算的检核。但计算检核只能检查计算是否正确，不能检核观测和记录时是否产生错误。 测站检核 点的已知高程和转点之间的高差计算出来。若其中测错任何一个高差， 此，对每一站的高差，都必须采取措施进行检核测量。 1）变动仪器高法：同一测站用两次不同的仪器高度，测得两次高差以相互比较进行检核。 2）双面尺法：仪器高 度不变，立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。 成果检核 12 测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差超限。由 于风力 、大气折光、尺垫下沉和仪器下沉等到外界条件引起的误差，尺了倾斜和估读的误差，以及水准仪本身的误差等，虽然在一个测站上反映不很明显，但随着测站数的增多使误差积累，有时也会超过规定的限差。 1）附合水准路线检核 2）闭合水准路线检核 3）支水准路线检核 水准测量内业： 水准测量外业式作结束后，要 检查手簿，再计算各点间的高差。经检核无误后，才能进行计算和调整高差闭合差。最后计算各点的高程。 附合水准路线闭合差的计算和调整 ,附合水准路线成果计算。 高差闭合差的计算 高差闭合差可用来衡量测量成果的精度，等外水准测量的高差闭合差容许值。 闭合差的调整 在同一条水准路线上，假设观测条件是相同的，可认为各站产生的误差机会是相同的，故闭合差的调整按与测站数（或距离）成正比反符号分配的原则进行 。 高程计算 闭合水准路线闭合差的计算与调整 :闭合水准路线各段高差的代数和应等于零，即 由于存在着测量误差，必然产生高差闭合差，闭合水准路线高差闭合差的调整方法、容许值的计算，均与附合水准路线相同。对于 微倾水准仪， I 值不得大于 20 。校正 :转动微倾螺旋使中丝对准 时视准轴处于水平位置，但管水准气泡必然偏离中心。 用拨针拨动水准管一端的上、下两个校正螺丝，使气泡的两个半象符合 。测图过程中使用的是二等水准规范。 二等水准测 量采用单路线往返观测。一条路线的往返测，须使用同一类型的仪器和转点尺承，沿同一道路进行。往返测高差不符值、闭合环差、往返测高差不符值、闭合环差和检测高差较差的限差应不超过表 表 级 测段、区段、路线往返测高差不符值（ 附合路线闭合差（ 环闭合差 （ 检测已测测段高差之差（ 二等 注： K 测段、区段或路线长度， 13 L 附合路线长度， F 环线长度， R 检测测段长度， 准数据内业处理 经过一系列的内业处理，闭合水准路线共进行了两次往返测， 以后山测区为例， 后山 控制点高程 成果如表 示。 表 一次往返测高程值 (单位： m) 返测闭合差计算 F= d= 4 F = h测闭合差计算 F= d= 4 F = h 水准高程值（单位： m） 点号 高程 点号 高程 7 2 8 3 9 4 10 5 点号 高程 点号 高程 7 2 8 3 9 4 10 5 14 往测闭合差计算 F = d= 4 F = h 测闭合差计 算 F = d= 4 F = h于数据较多，居民区的水准放在附件中，附件中会有体现的。 度、距离测量与全站仪 度测量原理 水平角测量原理 15 图 度观测示意图 水平角 （如图 ：从一点出发的两空间直线在水平面上投影的夹角即二面角，称为水平角。其范围：顺时针 0360 ，通常用 表示。如图所示， A、 O、 三点沿铅垂线方向投影到水平面 到相应的 A 、 O 、 B 点，则水平面上的夹角 即为地面 由此可知测量水平角的仪 器应满足的条件为： 1）有水平放置的圆盘，圆盘上有顺时针方向注记的 0360 刻度。 2）圆盘的中心在角顶点 3）有一个能瞄目标的望远镜，望远镜不但可以在水平面内转动，而且还应能在竖直面内转动。通过望远镜可分别瞄准高低和远近不同的目标 ，并可在圆盘得相应的读数 a和 b。则水平角 即为两个读数之差。即： =b a 测回法测水平角（适用于一个测站上只有两个观测方向） 1）在 左位置（目镜端朝观测者时，竖盘位于望远镜左边）瞄准左目标点 00248 ）；为了计算方便，将起始目标的读数调至 000 附近。 2）松开照准部制动螺旋，瞄准右目标点 B，读取水平度盘读数 813424 ）。 则盘左位置所得上半测回角值为： A B O a b 10 270 90 180 水平面 16 左 = 813424 00248=813136 用盘左所进行的观测，称为上半测回。 3）竖直面内转动望 远镜成盘右位置（竖盘在望远镜右边），再次瞄准右目标点 B，读取水平度盘读数 2613354 ）。 4）盘右再次瞄准左目标点 A，读取水平度盘读数 1800230 ）。 则盘右位置所得下半测回角值为 右 = =2613354 1800230 8131224 用盘右所进行的观测，称为下半测回。上、下半测回称为一个测回。 解释：利用盘左、盘右两个位置观测水平角，可以抵消仪器误差对测角的影响，同时也可以检核观测中有无错误存在。 精度要求：对于 左与 右 的差数不超过 30 ， 光学经纬仪，如果 左与 右的差数不超过 15 。 结论：可取上、下半测回平均值作为最后结果，即 : =(1/2)( 左 + 右 )=(1/2)(813136+813124)=813130 竖直角测量原理 图 直 角原理 竖直角概念 （如果图 ：测站点到目标点的视线与水平线间的夹角，用 表示。如书2 2： 为 值从水平线算起，向上为正，称为仰角，范围是 0 90 ；向下为 负，称为俯角，范围为 0 90 。 A B + - z 水平方向 天顶方向 17 天顶距概念：视线与测站点天顶方向之间的夹角， 图 表示，其数值为 0 180 ，均为正值。与竖直角的关系： 90 （ 为了测定天顶角或竖直角，那我们同测水平角类似，在 样是带有刻划和注记。这个竖直度盘随着望远镜上下转动，瞄准目标后则有一个读数，那此读数就为竖直角。 离测量 测量地面上两点连线长度的工作。通常需要测定的是水平距离，即两点连线投影在某水准面上的长度。它是确定地面点的平面位置的要素之一。测量地面上两点连线长度的工作。测量工作中最基本的任务之一。通常需要测定的是水平距离，即两点连线投影在某水准面上的长度。距离测量的精度用相对精度表示，即距离测量的误差同该长度的比值，用分子为 1的分式 1 离测量的方法有量尺量距、视距测量 、视差法测距和电磁波测距 等，可根据测量的性质、精度要求和其他条件选择。 量尺量距 ： 用量尺直接测定两点间距离，分 为刚尺 量距 和因瓦基线尺 量距。钢 尺是用薄钢带制成，长 20米、 30 米或 50 米。所量距离大于尺长时 ，需先标定直线再分段测量。钢尺量距的精度一般高于 1 1000。因瓦基线尺是用温度膨胀系数很小的因瓦合金钢制造的线状尺或带状尺。常用的线状尺长 24米，钢丝直径 ，线尺两端各连接一个有毫米刻划的分划尺 ，分划尺刻度为 80毫米。量距时用 10千克重锤通过滑轮引张，使尺子成悬链线形状，线尺两端分划尺上同名刻划线间的直线距离，即悬链线的弦长，是线尺的工作长度。因瓦基线尺受温度变化影响极小，量距精度高达 1 1000000，主要用于丈量三角 网的基线和其他高精度的边长。 视距测量 ： 用有视距装置的测量仪器，按光学和三角学原理测定两点间距离的方法。常用经纬仪、平板仪、水准仪和有刻划的标尺施测。通过望远镜的两条视距丝，观测其在垂直竖立的标尺上的位置，视距丝在标尺上的间隔称为尺间隔或视距读数，仪器到标尺间的距离是尺间隔的函数，对于大多数仪器来说 ， 在设计时使距离和尺间隔之比为 100。视距测量的精度可达 1 300 1 400。 视差法测距 ： 用经纬仪测量定长基线横尺所对的水平角，利用三角公式计算仪器至基线间的水平距离。此水平角称视差角。基线横尺两端固定 标志间的距离一般为 2 米。尺 18 上装有水准器和瞄准器，以便将横尺安置水平并使尺面与测线垂直。 视差法测距的精度较低。 电磁波测距 ： 新的理想的测距方法，测程较长，测距精度高，工作效率高。 2101101 距离测量 ： 测量地面上两点连线长度的工作。通常需要测定的是水平距离，即两点连线投影在某水准面上的长度。它是确定地面点的平面位置的要素之一。 在三 角测量、导线测量、地形测量 和工程测量等工作中都需要进行距离测量。距离测量的精度用相对误差（相对精度）表示。即距离测量的误差同该距离长度的比值 ,用分子为 1 的公式 1/n 表示。比值越小 ,距离测量的精度越高。距离测量常用的方法有量尺量距、视距测量、视差法测距和电磁波测距等。 站仪的使用方法 全站仪具有角度测量、距离 (斜距、平距、高差 )测量、三维坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量等多种用途。内置专用软件后，功能还可进一步拓展。 全站仪的基本操作与使用方法 ： （一） 水平角测量 1）按角度测 量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标 A。 2）设置 0000 。 3）照准第二个目标 B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。 （二） 距离测量 1）设置棱镜常数 测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。 2）设置大气改正值或气温、气压值 光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化， 15 和 760仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为 0测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大 气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。 3）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。 4）距离测量 :照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。精测模式是最常用的测距模式，测量时间约 小显示单位 1踪模式，常用于跟踪移动目标或 19 放样时连续测距，最小显示一般为 1次测距时间约 测模式，测量时间约 小显示单位 1 1距离测量或坐标测量时，可按测距模式（ 选择不同的测距模式。应注意，有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。 （ 三） 坐标测量 1）设定测站点的三维坐标。 2）设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。 3）设置棱镜常数。 4）设置大气改正值或气温、气压值。 5）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。 6）照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距 并计算显示测点的三维坐标。 定位原理 系统组成 为了解决海军舰艇的定位导航问题，自 1957年人类发射第一颗卫星开始，美国海军就着手卫星定位方面的研究工作，产生了子午仪卫星导航系统 (尽管子午仪卫星导航系统得到了广泛的应用，并显示出巨大的优越性，但在实际应用方面仍存在缺陷，如观测时间较长，定位精度不高，只有经纬度，没有高程。鉴于子午仪卫星导航系统存在的缺陷，美国国防部制定了现在的 球卫星定位系统）方案，该方案耗资 120亿美元，由 24 颗卫星组成，这些卫 星分布在互成 120 度的轨道平面上，每个轨道平面平均分布 8颗卫星 。 码（精码）和 C/码）两种定位服务。 P 码为军方服务，定位精度达到 3米； C/A 码对社会开放，定位精度为 14米。出于自身安全的考虑，美国先后实施了 ，使定位精度下降到 100米；策则对 P 码实行加密。 由于 社会开放，因此各类接收机、测量设备如雨后春笋般涌现，并广泛应用于各行各业，彻底改变了传统的定位导航方式。 空间星座部分、地面 监控部分和用户设备部分。 4颗均匀分布在 6个轨道平面内的卫星组成； 地面监控部分负责卫星的监控和卫星星历的计算，它包括 1个主控站、 3个注入站和 5个监测站； 户通过用户设备接收 信号 20 处理而获得用户位置、速度等信息，最终实现利用 图 定位方式 用交互定位的原理。已知几个点的距离，则可求出求未知所处的位置。对 言，已知点是空间的卫星，未知点是地面某一移动目标。 卫星的距离由卫星信号传播时间来测定，将传播时间乘上光速可求出距离。 （ 其中，无线信号传输 速度为 v=3 m/s, 卫星信号传到地面时间为