实用工测19章数字化测.ppt

实用工程测量 第第1919章章 数字化测图数字化测图 19.1 19.1 数字化测图概述数字化测图概述 19.2 19.2 数字化测图实施数字化测图实施 实用工程测量 1. 1.数字化测图的基本原理数字化测图的基本原理 数字化测图（数字化测图（Digital Surveying and MappingDigital Surveying and Mapping，简称，简称DSMDSM） 是以电子计算机为核心，以测绘仪器和打印机等输入、输出设是以电子计算机为核心，以测绘仪器和打印机等输入、输出设 备为硬件，在测绘软件的支持下，对地形空间数据进行采集、备为硬件，在测绘软件的支持下，对地形空间数据进行采集、 传输、编辑处理、入库管理和成图输出的一整套过程。传输、编辑处理、入库管理和成图输出的一整套过程。 利用电子全站仪在野外进行数字化地形数据采集，并机助利用电子全站仪在野外进行数字化地形数据采集，并机助 绘制大比例尺地形图的工作，简称为数字测图。绘制大比例尺地形图的工作，简称为数字测图。 19.1 19.1 数字化测图概述数字化测图概述 实用工程测量 数字测图则由计算机自动完成这样的测绘过程。不难看出，要完成自动绘 图，必须赋于点的三类信息： (1)点的三维坐标； (2)点的属性，告诉计算机这个点是什么点（地物点，还是地貌点，）； (3)点的连接关系，与哪个点相连，连实线或虚线，从而得到相应的地物。 在外业测量时，将上述信息记录存储在计算机中，经计算机软件处理（自动 识别、检索、连接、调用图式符号等），最后得到地形图。一幅图的各种图形都 是以数字形式来存储。根据用户的需要，可以输出不同比例尺和不同图幅大小的 地形图。除基本地形图外，还可输出各种专题地图，例如交通图、水系图、管线 图、地藉图、资源分布图等。 传统的测图的方法是： 外业测量地物 地貌的特征点 在图纸上展绘 碎部点 按点之间关系连线， 显示地物地貌 按碎部点高程，手 工内插描绘等高线 实用工程测量 2. 2.数字化测图的基本配置数字化测图的基本配置 (1)(1)硬件配置硬件配置 (a)(a)野外测量数据采集：全站仪、电子手薄等。野外测量数据采集：全站仪、电子手薄等。 (b)(b)内业计算机辅助制图系统：微机、绘图仪等。内业计算机辅助制图系统：微机、绘图仪等。 (2)(2)软件配置软件配置 (a)(a)系统软件：操作系统和操作计算机所需的其他软件。系统软件：操作系统和操作计算机所需的其他软件。 (b)(b)应用软件：应用软件：AutoCADAutoCAD，MicroStationMicroStation PC PC系统，或南系统，或南 方测绘的方测绘的CASS5.0CASS5.0，或清华山维的，或清华山维的EPSWEPSW电子平板测图系统，电子平板测图系统， 或武汉瑞得的或武汉瑞得的RDMSRDMS测图系统等。测图系统等。 实用工程测量 3. 3.数字化测图的基本作业过程数字化测图的基本作业过程 (1)(1)数据采集数据采集 数据采集方法有：数据采集方法有：摄影测量法摄影测量法 对现有地图进行数字化法对现有地图进行数字化法 野外地面测量法野外地面测量法 (2)(2)数据处理数据处理 在数据采集到成果输出之间要进行的各种处理在数据采集到成果输出之间要进行的各种处理 (3)(3)成果输出成果输出 生成的图形文件存贮在磁盘上生成的图形文件存贮在磁盘上 通过自动绘图仪打印出纸质地图通过自动绘图仪打印出纸质地图 实用工程测量 全站仪或 其它测量仪器 手扶数字化仪 或扫描数字化仪 立体坐标量测仪 或解析测图仪 电子平板（便携机） PCMCIA卡 电子手簿 微型计算机 及成图软件 磁 盘 显示器 打印机 绘图仪 数字化测图系统组成 实用工程测量 4. 4.数字测图的主要特点数字测图的主要特点 (1)(1)自动化程度高自动化程度高 自动记录存储，直接传输给计算机进行数据处理、绘图，自动记录存储，直接传输给计算机进行数据处理、绘图， 由计算机建立数据和图形数据库，生成数字地图，便于成果应用由计算机建立数据和图形数据库，生成数字地图，便于成果应用 和信息管理工作。和信息管理工作。 (2)(2)精度高精度高 精度取决于对地物和地貌点的野外数据采集的精度。精度取决于对地物和地貌点的野外数据采集的精度。 (3)(3)使用方便使用方便 测量成果的精度均匀一致，与绘图比例尺无关，分层绘制测量成果的精度均匀一致，与绘图比例尺无关，分层绘制 ，实现了一测多用，同时便于地形图的检查、修测和更新。，实现了一测多用，同时便于地形图的检查、修测和更新。 实用工程测量 5. 数字化测图的现状与发展 发展过程大致可以分为以下两个阶段： (1)全站仪在野外测量，电子手薄记录，人工画草图，室内将数 据用电子手薄传输到计算机，配以成图软件编辑成数字地图，最后 由绘图仪输出。 (2)仍然采用野外数字测记模式，但成图软件有了实质性进展。 主要表现在两个方面：一是开发了智能化外业数据采集软件；二是 自动成图软件能直接针对电子手薄记录的地形信息数据进行处理。 实用工程测量 随着科学技术水平的进一步发展，地面数字测图系统发展为更 自动化的模式： (1)全站仪自动跟踪测量模式 测站上安置自动跟踪式全站仪，棱镜站则有司镜员和电子平板 操作员（或由一人兼担）。 (2)GPS测量模式 近几年发展起来的GPS载波相位差分技术，又称RTK（Real Time Kinematic），即实时动态定位，能够实时给出厘米级的定位 结果。 在RTK作业模式，若与电子平板测图系统连接，就可现场实时 成图，避免了测后返工问题。 随着RTK技术的不断发展和系列化产品的不断出现，一些更轻 小、更廉价的RTK模式的GPS接收机正在不断地推向市场。现在有 一些厂家还生产出了用于地形测量的GPS产品，称为GPS Total Station（GPS全站仪）。 实用工程测量 19.2 19.2 数字化测图实施数字化测图实施 19.2.1 19.2.1 地面数字化测图地面数字化测图 1. 1.数据采集的作业模式数据采集的作业模式 (1)(1)数字测记法模式数字测记法模式： 将野外采集的地形数据传输给电子手簿，利用电子手簿将野外采集的地形数据传输给电子手簿，利用电子手簿 的数据和野外详细绘制的草图，室内在计算机屏幕上进行人机的数据和野外详细绘制的草图，室内在计算机屏幕上进行人机 交互编辑、修改，生成图形文件或数字地图。交互编辑、修改，生成图形文件或数字地图。 ( 2)( 2)数字测绘法模式数字测绘法模式（又称电子平板模式）：（又称电子平板模式）： 在野外利用电子全站仪测量，将数据传输给便携式计算在野外利用电子全站仪测量，将数据传输给便携式计算 机，测量工作者在野外实时地在屏幕上进行人机对话，对数据机，测量工作者在野外实时地在屏幕上进行人机对话，对数据 、图形进行处理、编辑，最后生成图形文件或数字地图，所显、图形进行处理、编辑，最后生成图形文件或数字地图，所显 即所测，实时成图，内外业一体化。即所测，实时成图，内外业一体化。 实用工程测量 测站点 A b a 便携式电子计算机 （电子平板） 或 电子手簿 全站仪 草图 已知控制点 B 数字测绘法模式数字测绘法模式（又称电子平板模式）（又称电子平板模式） 实用工程测量 2. 2.地形信息的编码地形信息的编码 （1 1）地形信息编码应包含的信息）地形信息编码应包含的信息 (a)(a)测点的三维坐标测点的三维坐标 (b)(b)测点的属性，即点的特征信息测点的属性，即点的特征信息 (c)(c)测点间的连接关系测点间的连接关系 （2 2）地形信息编码的原则）地形信息编码的原则 (a)(a)规范性规范性 (b)(b)简易实用性简易实用性 (c)(c)便于计算机处理，且具有唯一性便于计算机处理，且具有唯一性 （3 3）地形编码的方案）地形编码的方案 (a)(a)三位整数编码三位整数编码 (b)(b)四位整数编码四位整数编码 实用工程测量 3.地面数字化测图的实施 （1）施测方法 传统的测图作业步骤是先控制后碎部。数字测图同样可以采取 相同的作业步骤，但考虑到全站仪数字测图的特点，充分发挥其优 越性，图根控制测量与碎部测量可以同步进行。 在采用图根控制测量与碎部测量同步进行的作业过程中，图根 控制测量与传统的作业方法相同；所不同的是在施测每个图根点的 测站上，同步测量图根点站周围的地形，并实时计算出各图根点和 碎部点坐标。这时的图根点坐标是未经平差的。 待图根控制导线测毕，由系统对图根导线进行平差计算。若闭 合差在允许范围之内，则认可计算的各点的坐标，不必重新计算。 如两者相差很大,则根据平差后的坐标值重新计算各碎部点的坐 标，然后再显示成图。若闭合差超限，则应查找出错误的症结所在 ，进行返工，直至闭合差在限差允许的范围之内，然后根据平差所 得各图根导线点的坐标值重算各碎部点坐标。 实用工程测量 （2）碎部测量 (a)测站设置与检校 将电子全站仪安置在测站点上，对中、整平、量仪器高， 连接电子手簿或便携机，启动野外数据采集软件，按菜单提示 键盘输入测站信息。 根据所输入的点号即可提取相应控制点的坐标，并反算出 后视方向的坐标方位角，以此角值设定全站仪的水平度盘起始 读数。 然后，用全站仪瞄准检核点反光镜，测量水平角、竖 直角及距离，输入反光镜高度。即可自动算出检核点的三维坐 标，并与该点已知信息比较，若检核通过则继续碎部测量。 实用工程测量 (b)碎部点的信息采集 数字化测图野外数据的采集方式，常用的方法是极坐标法。 在完成好测站设置和检核后，即可用全站仪瞄准选定的碎部点反光 镜进行测量；同时按菜单提示输入碎部点信息；全站仪自动测量测站点 至待测碎部点间的坐标方位角、竖直角和距离。经软件的自动处理，即 可算出待定点的三维坐标，以数据文件的形式存储或在便携机屏幕上显 示点位，实时展点成图。 现在的电子测图软件，能够在现场自动完成成图，测完后图也全部 显示出来。经过现场的编辑、修改，可确保测图的正确性，真正做到内 外业一体化。 实用工程测量 4. 4. 地形图的处理与输出地形图的处理与输出 (1)(1)图形截幅图形截幅 对所采集的数据范围应按照标准图幅的大小或用户确定的图幅对所采集的数据范围应按照标准图幅的大小或用户确定的图幅 尺寸，进行截取。对自动成图来说，这项工作就称为图形截幅。尺寸，进行截取。对自动成图来说，这项工作就称为图形截幅。 基本思路：基本思路： 根据四个图廓点的平面直角坐标，确定图幅范围。根据四个图廓点的平面直角坐标，确定图幅范围。 判断坐标，将属于图幅内的数据，组成该图幅相应的图形判断坐标，将属于图幅内的数据，组成该图幅相应的图形 数据文件，而图幅外的数据仍保留在原数据文件中，以供相邻图幅数据文件，而图幅外的数据仍保留在原数据文件中，以供相邻图幅 提取。提取。 图形截幅的原理和软件设计的方法很多，常用的有四位码判断图形截幅的原理和软件设计的方法很多，常用的有四位码判断 截幅、二位码判断截幅和一位码判断截幅等方法。截幅、二位码判断截幅和一位码判断截幅等方法。 实用工程测量 (2)(2)图形的显示与编辑图形的显示与编辑 高斯直角坐标向屏幕坐标的转换高斯直角坐标向屏幕坐标的转换 只需将高斯坐标系的原点平移至图幅左上角，在按顺时针方 向旋转90，并考虑两种坐标系的变换比例，即可实现由高斯直角 坐标向屏幕坐标的转换。 高斯直角坐标系高斯直角坐标系 屏幕坐标系屏幕坐标系 x y x y 实用工程测量 对在屏幕上显示的图形，可根据野外实测的草图或记录 的信息进行检查，若发现问题，用程序可对其进行屏幕编辑 和修改，同时按成图比例尺完成各类文字注记、图式符号以 及图名图号、图廓等成图要素的编辑。 经检查和编辑修改成为准确无误的图形，软件能自动将 其图形定位点的屏幕坐标再转换成高斯坐标。连同相应的信 息编码保存在图形数据文件中（原有误的图形数据自动被新 的数据所代替）或组成新的数据文件，供自动绘图时调用。 实用工程测量 (3)(3)等高线的自动绘制等高线的自动绘制 根据实测的离散高程点自动建立不规则的三角网数字高根据实测的离散高程点自动建立不规则的三角网数字高 程模型，并在该模型上内插等值点生成等高线；程模型，并在该模型上内插等值点生成等高线； 依已建立的规则网格数字高程模型数据点生成等高线。依已建立的规则网格数字高程模型数据点生成等高线。 由于不规则三角网数字高程模型点（三角形的顶点）全为由于不规则三角网数字高程模型点（三角形的顶点）全为 实测的碎部点，地形特征数据得到充分利用，完全依据碎部点实测的碎部点，地形特征数据得到充分利用，完全依据碎部点 高程的原始数据插绘等高线，几何精度高，且算法简单。等高高程的原始数据插绘等高线，几何精度高，且算法简单。等高 线和碎部点的位置关系与原始数据完全相符，减少了模型中错线和碎部点的位置关系与原始数据完全相符，减少了模型中错 误的发生。因此，数字化测图中生成等高线，多数采用建立不误的发生。因此，数字化测图中生成等高线，多数采用建立不 规则的三角网数字高程模型生成等高线。规则的三角网数字高程模型生成等高线。 实用工程测量 (4)绘图仪自动绘图 平台式绘图仪： 具有性能良好的x导轨和y导轨、固定光滑的绘图面板， 故应用最为普及，但绘图速度较慢。 滚筒式绘图仪： 图纸装在滚筒上，前后滚动作为x方向，电机驱动笔架 作为y轴方向，因此图纸幅面在x轴方向不受限制，绘图速度 快，但绘图精度相对较低。 实用工程测量 19.2.2 19.2.2 地形图手扶跟踪数字化地形图手扶跟踪数字化 1. 手扶跟踪数字化仪的原理 采用电磁感应元件制作，在数字化平板的表层下有相互垂 直的x和y两组栅格线，作为测量x和y方向坐标值的依据；鼠标 器内设有一个圆形线圈，线圈发射正弦交流信号，栅格线接受 线圈的发射信号，通过对鼠标器下方附近栅格线感应信号的处 理，即可确定线圈中心在平板上的坐标，其坐标值是相对于零 栅格线的坐标值。 数字化板 鼠标器 46.42 47.18 46.62 45.78 49.74 44.37 第一小学 影响图形数字化采集精度 的主要因素有仪器本身的硬件 误差、人为的采样误差、图纸 伸缩变形及定位误差等。 实用工程测量 数字化仪坐标系的坐标数字化仪坐标系的坐标 地图坐标系的坐标地图坐标系的坐标 2. 2. 数字化仪坐标转换成地图测量坐标系数的确定数字化仪坐标转换成地图测量坐标系数的确定 利用原图数字化采集的数据，应考虑图纸的伸缩变形和利用原图数字化采集的数据，应考虑图纸的伸缩变形和 平面坐标的变换。平面坐标的变换。 通过四个定向元素确定，即通过四个定向元素确定，即x x、y y坐标的平移值、旋转坐标的平移值、旋转 角和长度比。通常在图幅内选择角和长度比。通常在图幅内选择3 35 5个均匀分布的已知点个均匀分布的已知点 （或四个图廓点）作为定向点。定向元素可以按间接平差（或四个图廓点）作为定向点。定向元素可以按间接平差 原理求出。原理求出。 实用工程测量 3. 图形数字化的方法 图形数字化的具体步骤如下： (a)固定图纸 (b)检查设备、开机 (c)地图定位 (d)菜单定位 (e)地图符号的数字化 (f)全图数字化结束后，应再次数字化四个图廓点或选定的控 制点，以检核数字化成果的质量。 手扶跟踪数字化由于速度较慢，工作强度较大、精度较低等 因素，正在逐步丧失数字化方法的主导地位，取而代之的是扫描 屏幕数字化。 实用工程测量 19.2.3 19.2.3 地形图扫描屏幕数字化 1扫描仪简介 按色彩辐射分辨率分为： 黑白扫描仪和彩色扫描仪 按照仪器的结构分为： 滚筒式和平台式扫描仪 数据形式：扫描区域内每个象素的灰度或色彩值，属于栅 格数据。 通过扫描仪生成的地形图要能精确地由绘图仪输出， 方便地提供给规划设计、工程CAD和GIS使用，关键问题是 必须具有功能完善、方便使用的地形图扫描矢量化软件，方 能快捷地完成扫描栅格数据向图形矢量数据的转换。 实用工程测量 2扫描栅格数据及其矢量化 利用扫描仪得到的地形图信息是按栅格数据结构的形式存 储的，相当于将扫描范围的地形划分为均匀的网格，每个网格 作为一个象元，象元的位置由所在的行列号确定，象元的值即 扫描得到的该点色彩灰度的等级（或该点的属性类型代码）， 称为象素。 数字化的主要目的是能方便地提取地物地貌特征点的三维 坐标，及各类地物实体的空间位置、长度、面积等信息，以供 使用，或用计算机控制绘图仪自动绘图。 通过记录坐标的方式，用点、线、面等基本信息要素来精 确表示各类地形实体，这种数据结构称为矢量数据结构。 一条曲线是通过一系列带有x，y坐标的采集点给出的，点 位越密，表示的曲线越精确，计算机绘图时可以通过软件自动 计算并拟合，绘制出平滑曲线。 实用工程测量 地物符号、