数字化应用与发展

毕业设计（论文） 题目：数字化测图应用与发展 系 部 测绘工程系 专 业 名 称 工程测量 班 级 1033 姓 名 学 号 指 导 教 师 2 目录 摘要： .1 0 引 言： .1 1 数字化测图概念 1 1.1 数字化测图简介 1 1.2 数字化测图与传统测图（白纸测图）的比较 2 1.2.1 传统测图的不足 2 1.2.2 数字化测图优点 2 1.3 数字化测图现状 3 2 数字化测图作业方法 4 2.1 数字化测图外业作业方法 .4 2.1.1 数据采集 4 2.2 数字化测图内页数据处理 5 3 数字化测图未来发展展望 .6 4 结束语 7 致谢: 7 参考文献： .8 0 数字化测图应用与发展 摘要：随着计算机技术、空间技术、通信技术和信息技术的迅速发展，使得传统的测绘技术发生了巨 大的变革，以及电子全站仪、GPS-RTK 技术等先进测量仪器和技术的广泛应用，地形测量由传统的白 纸测图向全站仪、GPS-RTK 等先进的测图方式上发展，测图过程也实现了自动化和数字化。为适应时 代经济建设的需要，数字化测图技术应运而生。数字测图与传统测图相比，以其特有的高自动化、全 数字化、高精度的优势迅速的在测绘界得到了应用，并具有良好的发展前景。本文阐述了数字化测图 的含义、特点以及数字测图技术的应用，介绍野外数据的采集及内业数据处理办法以及未来发展展望。 数字测图技术的应用发展，极大的促进了测绘行业的自动化和现代化进程。 关键词：数字测图；数据采集；发展展望 0 引 言： 随着时代的不断前进，人类必将进入信息时代。信息时代的特征就是数字化，而数字化技术是信 息时代的基础平台。数字化就是实现信息采集、处理、传输和再现的关键。数字化测图技术对测绘学 科也产生了深刻的影响：它使测量的数据采集和绘图方法发生了重大的变化，使地形测量从传统的白 纸法测图变革为数字化测图，使测量的成果不仅是绘制在纸上的地形图，更重要的是提交可供传输、 处理、共享的数字地形信息，这将成为信息时代不可缺少的地理信息的重要组成部分。目前，数字化 测图技术已越来越多的广泛用于测绘生产中，数字地形图在地理信息、水利水电工程、土地管理、城 市规划、环境保护和军事工程等部门得到广泛应用，而且许多测绘部门已经形成了数字化图的规模生 产。数字测图技术成为反映测绘技术现代化水平的标志之一，将成为地形测图的主流，它将为信息时 代地理信息的应用发展提供最可靠的保障。因此，学习大比例尺数字测图的原理、方法，掌握数字测 图的过程，对今后从事测绘事业工作打下良好基础那是很必要的，也是很有意义的。 1 数字化测图概念 1.1 数字化测图简介 20 世纪末，随着电子技术和计算机技术的进一步发展，测绘的仪器、方法、作业手段和成果形式 都发生了极大变化。20 世纪 80 年代产生了全站仪、GPS 及电子数据终端，并逐步地构成了野外数据采 集系统。20 世纪 90 年代初，测绘科技人员将其与内页机助制图系统相结合，形成了从野外数据采集 到内页成图全过程数字化和自动化的测量制图系统，人们通常将这种测图方式称为野外数字测图或地 面数字测图（简称数字测图） 。 1 我国大比例尺数字化测图测图系统发展有四个阶段，20 世纪 80 年代初到 1987 年为第一阶段，主 要是引进国外大比例尺测图系统的应用与开发及研究阶段。该阶段我国研制的数字化测图的代表作是 北京测绘院研制的“DGJ 大比例尺工程图机数字化测图系统助成图系统” 。19881991 年为第二阶段， 这一阶段研制成功了数十套大比例尺数字化测图系统，并都在生产中得到应用。19911997 年为总结、 优化和应用推广阶段，提出一些新的数字化测图方法。1997 年后为数字化测图技术的全面成熟阶段， 数字化测图系统成为 GIS（地理信息系统）的一个子系统。我国测绘事业开始步入数字化测图时代。 1.2 数字化测图与传统测图（白纸测图）比较 1.2.1 传统测图的不足 实质上是将测得的观测值（数字）用图解的方法转化为图形。这转化过程几乎都是野外实现的， 即使的原图的室内整饰一般也要在测区驻地完成，因此劳动强度较大，与此同时，这个转化过程还使 得测得的数据所达到的精度大幅度降低。然而在信息剧增，日新月异的今天，一纸之图已难以承载诸 多图形信息，加之变更、修改也极不方便，因此这种传统的地形测图已经难以适应当前经济建设发展 的需要。 1.2.2 数字化测图的优点 数字测图就是要实现丰富的地形信息和地理信息数字化和作业过程的自动化或半自动化。数字化 测图有以下优点。 1.点位精度高 传统的经纬仪配合平板、量角器的图解测图方法,其地物点的平面位置误差主要受展绘误差和测定 误差;测定地物点的视距误差和方向误差;地形图上地物点的刺点误差等影响.实际的图上误差可达 0.47.经纬仪视距法测定地形点高程时,即使在较平坦地区(06)视距为 150 米,地形点高程测 定误差也达0.06 米而且随着倾斜角的增大高程测定误差会急剧增加.如在 1:500 的地籍测量中测绘 房屋要用皮尺或钢尺量距用坐标法展点.普及了红外测距仪和电子速测仪,虽然测距和测角的精度大大 提高,但是沿用白纸测图的方法绘制的地形图却体现不出仪器精度的提高.也就是说无论怎样提高测距 和测角的精度,图解地形图的精度变化不大,浪费了应有的精度.这就是白纸测图致命的弱点.而数字化 测图则不同,若距离在 300m 以内时测定地物点误差约为,测定地形点高差约为18.电子速测仪 的测量数据作为电子信息可以自动传输、记录、存储、处理和成图.在全过程中原始数据的精度毫无损 失,从而获得高精度(与仪器测量同精度)的测量成果.数字地形图最好地反映了外业测量的高精度,也是 最好地体现了仪器发展更新、精度提高的高科技进步的价值。 2.改进了作业方式 2 传统的方式主要是通过手工操作,外业人工记录、人工绘制地形图;并且在图上人工量算坐标、距 离和面积等.数字测图则使野外测量达到自动记录、自动解算处理、自动成图,并且提供了方便使用的 数字地图软盘.数字测图自动化的程度高,出错(读错、记错、展错)的概率小,能自动提取坐标、距离、 方位和面积等.绘图的地形图精确、规范、美观。 3.便于图件的更新 城镇的发展加速了城镇建筑物和结构的变化,采用地面数字测图能克服大比例尺白纸测图连续更新 的困实地房屋的改建扩建、变更地籍或房产时,只须输入有关的信息,经过数据处理就能方便地做到更 新和修改,始终保持图面整体的可靠性和现势性。 4.加了地图的表现力 计算机与显示器、打印机联机,可以显示或打印各种资料信息;与绘图机联机时,可以绘制各种比例 尺的地形 也可以分层输出各类专题地图,满足不同的用户的需要。 5.方便成果的深加工利用 数字化测图的成果是分层存放,不受图面负载量的限制,从而便于成果的加工利用.比如 EPSW 软件 定义 11 层(用户还可以根据需要定义新层),房屋、电力线、铁路、道路、水系地貌等存于不同的层中, 通过打开或关闭不同的层得到所需的各类专题图,如管线图、水系图、道路图、房屋图等。 6.可作为 GIS 的重要信息源 地理信息系统具有方便的信息查询功能、空间分析功能、以及辅助决策功能,在国民经济、办公自 动化及人们日常生活中都有广泛的应用.数字化测图作为 GIS 的信息源,能及时地提供各类基础数据更 新 GIS 的数据库。 1.3 数字化测图现状 数字化成图是由制图自动化开始的。20 世纪 50 年代美国国防部制图局开始研究制图自动化问题， 这一研究同时推动了制图自动化配套设备的研制与开发。20 世纪 70 年代初，制图自动化已经形成规 模生产，在美国、加拿大及欧洲各国，在相关重要部门都建立了自动化制图系统。当时的自动化制图 主要包括数字化仪、扫描仪、计算机及显示系统四个部分。其成图过程是：将地形图数字化，再由绘 图仪在透明塑料片上回放出地形图，并与原始地形图叠置以修正错误。 大比例尺地面数字化测图是 20 世纪 70 年代电子速测仪问世后发展起来的，80 年代初全站仪型数 字速测仪的迅猛发展加速了数字测图的研究和应用。我国从 1983 年开始开展数字测图的研究工作。目 前，数字测图技术在国内已经趋于成熟，它已经作为主要的成图方法取代了传统的图解法测图。其发 3 展过程大体上可以分为两个阶段。 第一阶段主要是利用全站仪采集数据，电子手簿记录，同时人工绘制标注测点点号的草图到室内 将测量数据直接由记录器传输到计算机，再由人工按草图编辑图形文件，并键入计算机自动生成图形， 经人机交互编辑修改，最终生成数字地形图，由绘图仪绘制地形图。 第二阶段仍采用野外测记模式，但是成图软件有了实质性的进展。一是开发出了智能化的外业数 据采集软件；二是计算机成图软件能直接对接收的地形信息数据进行处理。 20 世纪 90 年代出现了载波相位差分技术，又称为 RTK(Real Time Kinematic)实时动态定位技术， 这种测量模式是位于基准站（已知的基准点）的 GPS 接收机通过数据链接将其观测值及基准站坐标信 息一起发给流动站的 GPS 接收机，流动站不仅接收来自参考站的数据，还直接接收 GPS 卫星发射的观 测数据组成相位差分观测值，进行实时处理，能够实时提供测点在制定在坐标系的三维坐标成果，在 20km 测程内可以达到厘米级的测量精度。实时差分观测时间短，并能实时给出定位坐标。可以预料， 随着 RTK 技术的不断完善和更轻小型、价格更低廉的 RTK 模式 GPS 接收机的出现，GPS 数字测图系统 将在开阔地区成为地面数字测图的主要方法。 2 数字化测图作业方法 21 数字化测图外业作业方法 2.1.1 数据采集 数字测图的数据采集主要有以下几种方法：GPS 法，即通过 GPS 接收机采集野外碎部点的信息数 据；航测法，即通过航空摄影测量和遥感手段采集地形点的信息数据；数字化仪法，即通过数字化仪 在已有地图上采集信息数据；大地测量仪器法，即通过全站仪、测距仪、经纬仪等大地测量仪器实现 碎部点野外数据采集。目前我国主要采用数字化仪法、航测法和大地测量仪器法采集数据。前两者主 要是室内作业采集数据，大地测量仪器法是野外采集数据。现对着我国主要采用的采集方法进行详述。 原图数字化采集通常有两种方法：数字化仪数字化和扫描仪数字化。目前，我国主要采用扫描矢 量化对旧的地形图进行数字化，再对旧的地形图进行修测，可较快的得到数字图。 航片数据采集就是利用测区的航空摄影测量获得的立体像对，在解析测图仪上或在经过改装的立 体量测仪上采集地形特征点，自动转换成为数字信息。这种方法工作量轻，采集速度快，是我国测绘 基本图的主要方法 大地测量仪器法就是用全站仪或测距仪、经纬仪等大地测量仪器进行实地测量，并将野外采集的 4 图 1 RTK 工作原理示意图 数据自动传输到电子手簿、磁卡或便携机，现场自动记录.它主要用于没有底图的地区，因为要用全站 仪实地测量，精度最高，但是费用也高。 1.全站仪是全站型电子速测仪简称，又称为“电子全站仪” ，它是一种集光、机、电为一体的高技 术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离、高差测量功能于一体的测绘系统。广泛应用于控制测量、 地形测量地籍与房产测量、施工放样等的电子测量仪器 2. GPS-RTK 技术是基于载波相位观测值的实时动态差分地位技术2,3，能实时提供观测点的三 维坐标，并达到厘米级的精度。 在已知点上架设基准站 GPS 接收机，连续接收所有可视 GPS 卫 星信号。基准站实时的将测量的数据通过无线电传送给流动站，流 动站接收机在接收 GPS 卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接 收来自基准站的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，根据 相对定位的原理，得到基准站和流动站的基线向量（X，Y， Z） ，基线向量加上基准站的坐标，实时地显示用户站的坐标和高程 以及精度3。RTK 工作原理如图 1 所示。 2.2 数字化测图内页处理 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。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。 数字测图的内页必须借助专业的数字测图软件完成，数字测图软件是数字测图系统中重要的组成 部分。内业数据处理的过程，主要是通过计算机及相应的软件系统对全站仪采集来的原始数据进行数 据的预处理，并自动快速生成图形，经修改编辑后通过绘图仪输出打印成图。主要用的成图软件有南 方测绘仪器公司的“数字化地形地籍成图系统 CASS”系列、清华三维和北京威远图的 SV300 系列等。 数字测图的基本过程见图 2 5 几何信息 属性信息 野外数据采集 数据传输 地貌模型地物模型 绘草图 存盘 绘图文件 屏幕编辑 数据处理 地形图 图 2 数字化测图基本过程 3 数字化测图未来发展展望 在现在科技发展如此迅猛的环境下，产生了大量的新技术新方法。数字化测图的技术也在不断 完善和创新。全数字地形测图不只在方法上有所改进，在技术上也有本质的飞跃。科技是第一生产力， 未来数字化测图的作业方法将由编码方法向无码方法转变，提高成图质量，也从对作业人员操作技能 的要求转到提升作业人员的理论水平。今后的测量仪器更向免棱镜，自动将处理数据，自动成图，完 全减轻测量员劳动强度，减少作业人数的方向发展。各种数字化测图标准、规格要统一，坐标要统一， 数据格式要统一以便实现数据转换。全站仪自动跟踪测量模式全站仪能自动跟踪照准立在测点上 的棱镜，通过无线数字通信将测量数据自动传输给棱镜站的电子平板记录成图，实现了测站无人值守 的遥控测量。GPSRTK 将不再受天气，地域条件影响的新仪器会出现。随着科学技术发展，各种操作 简便，精度高的仪器将会产出，地图将不会局限于一个小区域，比例尺概念将会淡化，代之以更具体 的地形、地物的表达要求。大力促进工程测量技术方法与手段的更新换代，积极推广和应用，充分利 用 GPS 技术、数字化技术、摄影测量技术，把传统的手工测量向电子化、数字化、自动化方向发展。 原图数字化 航片数字采集 6 测绘也将综合更多学科，更多新技术、新理论、新科技将应用于测绘工程。 4 结束语 科学在进步，社会在发展。测绘也将会融入人生活中。传统的测图方法正逐步被不断涌现的新仪 器、新设备、新技术、新方法所取代。数字化测图是为以后建设信息化提供必要的图形信息，让建设 更规范，定位更准确。数字化测图已经成为我们生活的一部分，不可分割。相信，数字化测图技术在 国内必将逐步的走向成熟。而且，随着测绘仪器的不断更新，以及测绘软件的发展，数字化测图技术 定会走向新的高潮，数字城市，数字中国、甚至数字地球将会逐步发展起来，它们将是数字测图发展 的方向和目标。技术在更新，我们的知识也需要更新，所以现在的我们还要不停的学习新知识，为自 己的将来而奋斗。 致谢:时光荏苒，转瞬间，我已经在四川水利职业技术学院度过了三个年头。学校从 5.12 地震中风 雨走来，成长起来。学校凤凰涅槃，从都江堰老本部转战到羊马新校区，我们也在学校中不断成长， 变得坚强。三年大学光阴让我成长，让我从青涩走向成熟。大学三年将是我们人生的转折点谱写不同 的轨迹。 本论文要感谢我的指导老师熊老师，感谢他的细心帮助和指导论文的修改，对学生的耐心指导。 在此谨向熊老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在这短暂的大学生活中,所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识、技能，更重要是在阅读、实践中所培 养的思维方式、表达能力、解决问题的方式。首先要感谢我的老师们。本着“授人以鱼，不如授人以 渔”的教学传统，老师正是以自己的言行身教来教育指导我们。测量本着对数据负责对工作严谨，不 准数据造假。这些都是