河北丰宁地区数字化成图方案设计与实现毕业论文.doc

东北大学毕业设计(论文)目录河北丰宁地区数字化成图方案设计与实现毕业论文目录摘要1Abstract2第一章 数字化成图的发展史1第二章 数字测图原理及其优点32.1 数字测图的基本原理32.2 数字测图的优点4第三章 数字测图作业模式与作业过程53.1 数字测图作业模式53.2 数字测图作业过程6第四章 控制网的建立104.1 平面控制测量104.2 控制测量的一般作业步骤114.3 测区介绍124.4 控制网的构建124.5 控制网的平差计算13第五章 数字化成图的分组原则165.1 平面图的分组原则165.2 地形图的分组原则165.3 GPS-RTK外业数据采集的方法165.3.1 控制测量175.3.2 利用RTK与全站仪组合测量碎部点185.3.3 内业GPS数据处理205.4 全站仪测量215.4.1 控制测量215.4.2 碎部测量235.5 注意事项255.6 外业草图的绘制原则及方法255.7 平面图的内业成图方法255.7.1 定显示区265.7.2 选择测点点号定位成图法265.7.3 绘平面图265.7.4 建立数字地面模型（构建三角网）275.7.5 修改数字地面模型（修改三角网）285.7.6 绘制等高线295.7.7 等高线的修饰295.7.8 绘制三维模型305.7.9 文字注记315.7.10 加图框31第六章 数字化成图的经验总结33结论34参考文献36结束语37附录A VB导线平差程序38附录B 英文资料翻译62- 67 -东北大学毕业设计(论文)第一章 数字化成图的发展史第一章 数字化成图的发展史图是科学技术与工程应用领域内人们用以表达思想、交流经验及指导生产活动的最有效载体之一。地图是利用测量仪器对地球表面局部区域内各种地物、地貌（统称地形）的空间位置和相互关系进行测定，并按一定的比例尺缩小、概括取舍绘制成的图解表象。传统的白纸测图或模拟法测图是利用经纬仪、水准仪、钢尺、视距尺、分度规等仪器在野外测量角度、距离、高差等数据，作记录、计算、处理，按图式符号展绘到白纸（绘图纸或聚酯簿膜）上绘制地形图。随着电子计算机及相关技术的迅速发展和在测绘领域的日益渗透及应用，信息化测绘仪器全站型电子速测仪、GPS卫星定位系统得到广泛使用，地形测量向自动化和数字化方向发展，数字化测图技术应运而生。数字测图与图解法测图相比，以其特有的高自动化、全数字化、高精度的显著优势而具有广阔的发展前景。数字测图实质上是一种全解析机助测图方法，在地形测量发展过程中这是一次根本性的技术变革。这种变革主要表现在：图解法测图的最终成果是地形图，图纸是地形信息的惟一载体；数字测图地形信息的载体是计算机的存储介质（磁盘或光盘），其提交的成果是可供计算机处理、远距离传输、多方共享的数字地形图数据文件，通过数控绘图仪可输出地形图。另外，利用数字地形图可生成电子地图和数字地面模型（DTM）。更具深远意义的是，数字地形信息作为地理空间数据的基本信息之一，成为地理信息系统（GIS）的重要组成部分。制图自动化问题是由美国国防制图局在20世纪50年代开始研究的，即将地图资料转换成计算机可识别处理、存储的形式，从而自动绘制地形图。这一研究同时也推动了制图自动化相关设备的研制，包括各种数字化仪、扫描仪、数控绘图仪经及各类计算机接口技术等。20世纪70年代初制图自动化形成了规模生产，美国、加拿大及欧洲各国，在相关的重要部门都建立了自动制图系统，并应用于生产实际。当时的自动制图系统主要包括数字化仪、扫描仪、计算机及绘图机等。目前，数字化仪数字化已发展成极为普通的数字化和自动成图的方法。大比例尺地面数字测图是20世纪70年代电子速测仪问世后发展起来的，80年代初全站型电子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趋成熟，它已成为主要的成图方法取代了传统的图解法测图。其发展过程大体上可分为两个阶段。第一阶段主要利用全站仪采集数据，电子手簿记录，同时人工绘制标注点点号的草图，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，并键入计算机自动成图，经人机交互编辑修改，最终生成数字地图，由绘图仪绘制地图。这虽然是数字测图发展的初级阶段，但人们看到了数字测图自动成图的美好前景。第二阶段仍采用野外测记模式，但成图软件有了实质性的进展。一是开发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。目前，国内利用全站仪配合便携式计算机或掌上电脑，以及直接利用全站仪内存的大比例尺地面数字测图方法已得到广泛应用。20世纪90年代出现了载波相位差分技术，又称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指定坐标系的三维坐标成果，在20km测程内可达到厘米级的精度。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。东北大学毕业设计(论文)第二章 数字测图原理及其优点第二章 数字测图原理及其优点2.1 数字测图的基本原理传统的地形测图（白纸测图）实质上是将测得的观测值（数字值）用图解的方法转化为图形。这一转化过程几乎都是在野外实现的，即使是原图的室内整饰一般也在测区驻地完成，使得劳动强度大。再则，这个转化过程将使测得的数据所达到的精度大幅度降低。另外，白纸测图质量管理难，往往因比例尺大小和精度指标等与设计人员有“说不清楚”的矛盾。特别是在信息剧增，建设日新月异的今天，一纸之图已难载诸多图形信息，变更、修改也极不方便，实在难以适应当前经济建设的需要。数字测图就是要实现地形信息数字化和作业过程的自动化或半自动化。它希望尽可能缩短野外作业时间，减轻野外劳动强度，而将大部分作业内容安排到室内去完成。与此同时，将大量手工作业转化为电子计算机控制下的机械操作，这样不仅减轻劳动强度，而且不会损失观测精度。数字测图的实质是将图形模拟量（地面模型）转化为数字量，然后由电子计算机对其进行处理，得到内容丰富的电子地图，需要时由电子计算机的图形输出设备（如显示器、绘图仪）恢复地形图或各种专题图图形。将模拟量转换为数字这一过程通常称为数据采集。目前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。数字测图的基本成图过程，就是通过采集有关地物、地貌的各种信息并及时记录在数据终端（或直接传输给便携机），然后在室内通过数据接口将采集的数据传输给电子计算机，并由计算机对数据进行处理而形成绘图数据文件，最后由计算机控制绘图仪自动绘制所需的地形图，最终由磁盘、磁带等贮存介质保存电子地图。数字测图虽然生产成品仍然以提供图解地形图为主，但是它以数字形式保存着地形模型及地理信息。表示地图图形的数据一般有矢量数据和栅格两种。矢量数据是图形的离散点坐标（X，Y）的有序集合；栅格数据是图形像元按矩阵形式的集合。由野外采集的数据、由解析测图仪获得的数据和手扶跟踪数字化仪采集的数据是矢量数据；由扫描仪和遥感获得的数据是栅格数据。一幅地图图形的栅格数据量一般情况下比矢量数据量大得多。矢量数据结构是人们最熟悉的图形表达形式，从测定地形特征点位置到线划地形图中各类地物的表示经及设计用图，都是利用矢量数据，计算机辅助设计（CAD）、图形处理及网络分析，也都是利用矢量数据和矢量算法，因此数字测图采用矢量数据结构和画矢量图。若采集的数据是栅格数据，必须将其转化为矢量数据。由计算机控制输出的矢量图形不仅美观，而且更新方便，应用非常广泛。2.2 数字测图的优点数字化测图的优点与传统的白纸测图相比，数字化测图具有以下几个方面的优点：（1）自动化程度高。自动记录、解算和成图，效率高、劳动强度小，图面美观。（2）精度高。因它是用坐标来记录关键点，故其直接能体现外业测量精度，且应用时无精度损失。（3）现势性强。可根据地形变化不断更新。（4）整体性强。不用接边。（5）适应性强。不固定比例尺，可根据需要输出各种比例尺的数字化图。（6）内业成图周期短、规范、精度高。（7）以数据代码反映地表各类地理属性特征，以磁带、磁盘和光盘为信息载体，便于传输和共享。东北大学毕业设计(论文)第三章 数字测图作业模式与作业过程第三章 数字测图作业模式与作业过程3.1 数字测图作业模式由于设备不同，软件设计者思路不同，不同软件所支持的作业模式不尽相同。目前国内流行的数字测图软件所支持的作业模式大致有如下几种：（1）全站仪+电子手簿测图模式；（2）普通经纬仪+电子手簿测图模式；（3）平板仪测图+数字化仪测图模式；（4）旧图数字化成图模式；（5）电子平板测图模式；（6）镜站遥控电子平板测图模式；（7）航测像片量测成图模式。第一种作业模式为绝大部分软件所支持，且自动化程度较高，可以较大地提高外业工作的效率，在采用这种作业模式时的主要问题是地物属性和连接关系的采集。由于全站仪的采用，测站和镜站的距离可以拉得很远，因而测站上就很难看到所测点的属性和与其它点的连接关系。属性和连接关系输入不正确，会给后面的图形编辑工作带来极大的困难。若将属性和连接关系的采集移到镜站用草图来完成，测站电子手簿只记录几何数据（坐标）在内业编辑时用“引导文件”导入属性和连接关系，这样，既保证了数据的可靠性又大幅度地提高了外业工作的效率，可以说是一种较理想的作业模式。第二种作业模式适合暂时还没有条件购买全站仪的用户，它采用记录器（如运行于PC1500、PCE500上的记录程序）来记录观测数据。由于用手工键入数据，其数据可靠性和工作效率显然都存在一定的问题。然而，由于它对仪器设备的要求较低，也有一些单位仍在采用。第三种作业模式也几乎被所有的数字测图软件所支持。该模式的基本作法是先用平板测图方法测出白纸图，可不清绘，然后在室内用数字化仪将白纸图转为数字地图。就我国的基本国情和目前测绘行业的现状（设备条件、技术力量）而言，平板测图仍然被大部分测绘单位所钟爱。而某些工程项目却又需要数字地图（例如用计算机作城市规划等）。这时可采用这种可以认为是折衷方式的作业模式。然而，这种作业模式所得到的数字地图的精度较低，特别是数字地图用于地籍管理等精度要求较高的工作时，精度问题可能更突出。第四种作业模式是我国早期（80年代）的数字测图的主要作业模式。由于大多数城市都有精度较高、现势性较好的地形图。要制作多功能的数字地图，这些地形图是很好的数据源。1987年1997年主要用手扶跟踪数字化仪数字化旧图。近年来随着扫描矢量化软件的成熟，扫描仪逐渐取代用数字化仪数字化旧图。先用扫描仪扫描得到栅格图形，再用扫描矢量化软件将栅格图形转换成矢量图形。这一扫描矢量化作业模式，不仅速度快，劳动强度小，而且精度几乎没有损失。第五种作业模式即电子平板，它的基本思想是用计算机屏幕来模拟图板，用软件中内置的功能来模拟铅笔、直线笔、曲线笔，完成曲线光滑、符号绘制、线型生成等工作。具体作业时，将便携机移至野外，现测现画，且可不需要作业人员记忆输入数据编码。这种模式的突出优点是现场完成绝大部分工作，因而不易漏测。另外内业编辑工作量小，在测图时观念上也不须大的改变。然而，它也有其本身难以克服的缺陷。首先它对设备要求较高，起码要求每个作业小组配备一台档次较高的便携机。其次，由于几何数据和连接关系都在测站采集，当测、镜站距离较远时，属性和连接关系的录入仍将是极其困难的。这种作业模式适合条件较好的测绘单位，用于房屋密集的城镇地区的测图工作。第六种作业模式将现代化通讯手段与电子平板结合起来，从根本上改变了传统的测图作业概念。该模式由持便携机电脑的作业员在跑点现场指挥立镜员跑点，并发出指令遥控驱动全站仪观测，观测结果通过无线传输到便携机，并在屏幕上自动展点。作业员根据展点即测即绘，现场成图。由于由镜站指挥测站能够“走到、看到、绘到”，不易漏测，能够同步地“测、量、绘、注”，以提高成图质量。这种作业模式效率高，可能代表未来的野外测图发展方向。但该测图模式由于需数据传输的通讯设备，需高档便携机及带伺服马达的全站仪（非单人测图时可用一般的全站仪），设备昂贵，一般测绘单位难以承受。第七种作业模式的基本方法是：用经过改造的立体坐标量测仪或解析测图仪量测像片点的坐标，并将量测结果传送到计算机，形成数字化测图软件能支持的数据文件。经验证明，这种作业模式能极大地减少工作量，对于平坦地区的数字化测图显然是一种可行的方法。然而，由于受航测方法本身的局限和精度方面的限制，这种作业模式对于大比例尺成图来说其应用范围会受到限制。3.2 数字测图作业过程数字测图的作业过程，概而言之可分为数据获取、数据处理、数据输入3个阶段。然而数字测图的作业过程与作业模式、数据采集方法、使用的软件等不同而又有很大区别。在众多的数字测图模式中，以全站仪+电子手簿测图模式（通常称为测记式）和电子平板测图模式应用最为普通。由于电子平板测图模式与传统的大平板测图模式作业过程相似，下面着重介绍测记式数字测图的基本作业过程。1. 资料准备收集高级控制点成果资料，将其按照代码及三维坐标（x, y, H）或其它成果形式录入电子手簿或磁卡。2. 控制测量数字测图一般不必按常规控制测量逐级发展。对于大测区（如15km2以上）通常先用GPS或导线网进行三等或四等控制测量，而后布设二级导线网。对于小测区（如15km2以下），通常直接布设二级导线网，作为首级控制。等级控制点的密度，根据地形复杂、稀疏程度，可有很大差别。等级控制点应尽量选在制高点或主要街区上，最后进行整体平差。对于图根点和局部地段用单一导线测量和辐射法布设，其密度通常比白纸测图小得多。一般用电子手簿及时解算各图根点的三维坐标（x, y, H），并记录图根点代码。3. 测图准备目前绝大多数测图系统在野外数据采集时，要求绘制较详细的草图。绘制草图一般在准备的工作底图上进行。这一工作底图最好用旧地形图、平面图的晒蓝图或复印件制作，也可用航片放大影像图制作。另外，为了便于野外观测，在野外采集数据之前，通常要在工作底图上对测区进行“作业区”划分。一般以沟渠、道路等明显现状地物将测区划分为若干个作业区。4. 野外碎部点采集碎部点采集的方法随仪器配置不同及编码方式不同有所区别。一般用“测算法”采集碎部点坐标，并用电子手簿记录碎部点三维坐标（x, y, H）及其绘图信息。点号每次自动生成，顺序加1。绘图信息输入主要区分为全码输入、简码输入、无码输入3种。大部分情况下采集数据时要及时绘制观测图。5. 数据传输用专用电缆将电子手簿与计算机连接起来，通过键盘操作，将外业采集的数据传输到计算机。一般每天野外作业后都要及时进行数据传输。6. 数据处理首先进行数据预处理，即对外业采集数据的各种可能的错误检查修改和将野外采集的数据格式转换成图形编辑系统要求的格式（即生成内部码）。接着对外业数据进行分幅处理、生成平面图形、建立图形文件等操作，再进行等高线数据处理，即生成三角网数字高程模型（DTM）、自动勾绘等高线等。7. 图形编辑一般采用人机交互图形编辑技术，对照外业草图，对漏测或错测的部分进行补测或重测，消除一些地物、地形的矛盾，进行文字注记说明及地形符号的填充，进行图廓整饰等。也可对图形的地形、地物进行增加或删除、修改。8. 内业绘图经过编辑可由绘图仪绘制出不同要求、不同目的的图形。9. 检查验收按照数字化测图规范的要求，对数字地图及由绘图仪输出的模拟图，进行检查验收。对于数字化测图，明显地物点的精度很高。外业检查主要检查隐蔽点的精度和有无漏洞。内业验收主要看采集的信息是否丰富与满足要求，分层情况是否符合要求，能否输出不同目的的图形。用全站仪进行数字测图，除了按上述的作业程序进行施测以外，还可以采用图根导线与碎部测量同时作业的“一步测量法”，即在一个测站上，先测导线的数据，接着就测碎部点。这是一种少安置一轮仪器、少跑一轮路，大大提高外业工作效率的测量方法。如图3.1所示，A、B、C、D为已知点，1，2，3，为图根导线点，1，2，为碎部点。作业步骤如下：（1）全站仪置于B点，先后视A点，再照准1点测水平角、垂直角和距离，可求得1点坐标。（2）不搬运仪器，再后视A点为零方向，施测B点周围的碎部点1，2，。根据B点坐标可得到碎部点的坐标（近似坐标）。（3）B点测量完毕，仪器搬到1点，后视B点，前视2点，测角、测距，得2点坐标，再施测1点周围碎部点，根据1点坐标，可得周围碎部点坐标。A1DC31B2sdasdsaassaBBB金324图 3.1同理，可依次测得各导线点坐标和该站周围的碎部点坐标，但要注意及时勾绘草图、坐标点号。（4）待测至C点，则可由B点起至C点的导线数据，计算附合导线闭合差。若超限，则找出错误重测导线。若在限差以内，用计算机重新对导线进行平差处理。然后利用平差后的导线坐标，再重新改算各碎部点的坐标。一步测量法提高工效是明显的，尤其适合于线路测量。东北大学毕业设计(论文)第四章 控制网的建立第四章 控制网的建立在测量工作中，为限制测量误差的积累，保证必要的测量精度，为各分区测绘的地形图能够拼接成一个整体，为工程建设中整体设计的工程建筑物能够分区施工放样，这就必须首先在全测区范围内选定一些控制点。构成一定的几何图形，用精密的测量仪器和精确的测算方法，在统一的坐标系统中，确定它们的平面位置和高程，再以这些控制点为基础测算其他碎部点的位置。上述由控制点构成的几何图形，称为控制网；对控制网进行布设、观测、计算，确定控制点的位置，这种测量工作称为控制测量。控制测量分为平面控制测量和高程控制测量，平向控制测量确定控制点的平面位置（X、Y），高程控制测量确定控制点的高程（H）。控制测量的任务可概括为：在测绘各种大比例尺地形图时，要进行必要精度的控制测量；在工程建设施工阶段，要进行一定精度的施工控制测量；在工程竣工后的营运阶段为进行建筑物变形观测而作的专用控制测量。由此可见，控制测量的作用在于：它是进行各项测量工作的基础；它具有传递点位坐标并等精度控制全局的作用；具有限制测量误差的传播和积累的作用。4.1 平面控制测量平面控制网的常规布设方法主要采用三角网、三边网和导线网。三角网是把控制点按三角形的形式连接起来，测定三角形的所有内角以及少量边，通过计算确定控制点间的相对平面位置。而三边网其网形结构和三角网相同。只是测定三角形的所有边长各内角通过计算求得。导线网是把控制点连成一系列折线，或构成相连接的多边形，测定各边的边长和相邻边的夹角，计算它们的相对平面位置。在全国范围内布设的平面控制网，称为国家平面控制网，主要按三角网方法布设，分为四个等级。其中一等三角网精度最高。二、三、四等精度逐级降低。一等三角网由沿经纬线方向的三角锁构成，并在锁段交叉处测定起始边，三角形平均边长为2025m。一等三角网不仅作为低等级平面控制网的基础，还为研究地球形状和大小提供重要的科学资料。二等三角网布设在一等锁环所围成的范围内，构成全面三角网，平均边长为13km。二等三角网是扩展低等平面控制网的基础。三、四等三角网采用插网和插点的方法，作为一、二等控制网的进一步加密，三等三角网平均边长8km，四等三角网平均边长26km。四等控制点每点控制面积约为1520km2，可以满足1：10 000和l：5 000比例尺地形测图需要。在城市地区为满足1：5001：2000比例尺地形测图和城市建设施工放样的需要，布设城市平面控制网。城市平面控制网在国家控制网的控制下布设，按城市范围大小布设不同等级的平面控制网，分为二、三、四等三角网或三、四等导线网和一、二级小三角网或一、二、三级导线网以及布设直接为大比例尺测图所用的图根小三角网和图根导线网。城市三角测量和导线测量的主要技术要求如表4.1和表4.2所示。表4.1 城市三角测量的主要技术要求等级平均边长(km)测角中误差()最弱边边长相对中误差测回数三角形最小闭合差（）DJ1DJ2DJ3二等91.01/120 000123.5三等51.81/80 000697四等22.51/45 000469一级小三角15.01/20 0002615二级小三角0.510.01/10 0001230表4.2 城市导线测量的主要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（）测回数方位角闭合差（）导线全长相对闭合差DJ1DJ2DJ3三等1531.5188121/60 000四等101.62.518461/40 000一级3.60.3515241/14 000二级2.40.2815131/10 000三级1.50.121215121/6 0004.2 控制测量的一般作业步骤控制测量作业包括：技术设计、实地选点、标石埋设、观测和平差计算等主要步骤。在常规的高等级平面控制测量中，当某些方向受地形条件限制不能使相邻控制点间直接通视时，就需要在控制点上建造测标。采用GPS定位技术建立平面控制网，由于不要求相邻点之间通视，因此不需要建造测标。控制测量的技术设计是在收集测区的地形图、已有控制点成果资料以及测区地理条件等资料的基础上，进行控制网的图上设计。根据图上设计的控制网方案，到实地选点。确定控制点的最适宜位置。控制点点位一般应满足：点位稳定，等级控制点应能长期保存；便于扩展、加密和观测。经选点确定的控制点点位，要进行标石埋设，将它们在地面上固定下来。控制点的测量成果都是以标石中心的标志为准的，因此标石的埋设、保存很重要。标石类型很多，按控制网种类、等级和埋设地区地表条件的不同而有所差别。控制网中控制点的坐标或高程是由起算数据和观测数据经平差计算得到的。控制网中只有必要的一套起算数据，例如三角网中己知一个点的坐标、一条边的边长和一边的坐标方位角；水准网中已知一个点的高程，这种控制网称为独立网。如果控制网中多于必要的一套起算数据时，则这种控制网称为非独立网。控制网中的观测数据按控制网的种类不同而不同，有水平角或方向、边长、高差以及三角高程测量的竖角或天顶距。例如三角网观测水平角；边角网观测水平角和边长；水准网观测高差。观测工作完成后，应对观测数据进行检核，保证观测成果满足要求，然后进行平差计算。对于高等级控制网需进行严密平差计算(由测量平差课程讲述)，而低级的控制网可以采用近似计算。控制测量的作业规范有国家三角测量和精密导线测量规范、国家一、二等水准测量规范、国家三、四等水准测量规范、城市测量规范以及工程测量规范等。4.3 测区介绍测区位于河北省丰宁满族自治县土城子镇大西沟金矿，范围约4平方公里。该地区地形较为复杂，高程起伏较大，最大高程差距为346米，山上分布有较多植被。测区四至：(4597822.893，453369.146)，(4599023.073，452676.130)，(4600475.213，455191.309)，(4599274.993，455884.256)。4.4 控制网的构建如图4.1图4.1 控制网略图建立5秒导线。在天乔沟梁头设站，后视苦芥地沟，布设支导线，测量烽火台，烽边，一号山尖。在烽火台引测太阳沟、川辛甸两点。在烽边引测斜井上。在一号山尖引测一号近、二号近两点。4.5 控制网的平差计算控制网平差过程见如下：图4.2为启动窗体。图4.2输入用户名和密码弹出窗体：图4.3图4.3按回车出现窗体：图4.4图4.4附合导线平差如图4.5图4.5闭合导线平差如图4.6图4.6选择“支导线”，“右角”，出现窗体，点击“演示”-“平差”，显示数据如图4.5图4.5见表4.3表4.3 控制点数据已知点点号等级X(米)Y(米) H(米)改正数据201苦芥地沟四4598770.0920-451962.391566.4202天乔沟梁头二4601133.9920-456559.61726.8测量点301烽火台4599970.486454371.5191573.6771574.093302烽边4599617.993454145.8611535.4361535.864307一号山尖4598682.462453022.5411354.2751354.850东北大学毕业设计(论文)第五章 数字化成图的外业数据采集及内业成图第五章 数字化成图的外业数据采集及内业成图在外业数据采集之前应实地踏勘，确定外业数据采集原则。测图单元的划分，尽量以自然分界为界，如河流道路等等，以便于地形图的施测,也减少了接边的问题。平板测图是把测区按标准图幅划分成若干幅图，再一幅一幅往下测；数字化测图是以路、河、山脊等为界线，以自然地块进行分块测绘。例如：有甲、乙两个作业小队，甲队负责路南区域，乙队负责路北区域（包括公路）。甲队再以山谷和河为界，乙队再以公路和河为界，分块分期测绘。5.1 平面图的分组原则以道路，墙壁，行政区域边界。各小组测绘时，应在边界处往外延测少许。5.2 地形图的分组原则以山脊线，山谷线，河流为界，分组作业尽量均衡。同平面图的分组原则一样，应在地形边界外延测少许。5.3 GPS-RTK外业数据采集的方法利用GPS-RTK进行数字化测图的基本流程包括外业数据采集和内业数据处理两大步骤。外业数据采集主要包括控制点测量和碎部点测量，其中碎部点测量有两种方式：（1）先利用 RTK 测量 图根控制点，再利用全站仪进行碎部点测量；（2）直接利用RTK进行碎部点测量。内业数据处理主要包括GPS控制测量数据处理、GPS-RTK数据编辑与整理和利用CASS 软件进行数字化成图等。数字化成图控制测量利用RTK测量图根点利用全站仪测量碎部点利用RTK测量碎部点图5.1 利用 RTK进行数字化测图的基本流程5.3.1 控制测量在进行碎部测量之前，需进行控制点的布设和测量。控制点主要任务是用作RTK测量的基准站。控制点的部设需遵循GPS控制点的基本选择原则，由于要将它作为RTK测量的基准站，故需特别注意以下几点：（1）选择在位置较高的地方，例如可以将其选择在高楼的顶部。RTK测量需要在控制点安置基准站，并需要把基准站的差分信号传播出去，位置较高的地方有利于差分信号的传播。（2）选择在交通便利的地方，最好选择在汽车可以到达的地方。RTK的基准站所需的仪器较多，为了能够使基准站能够工作较长的时间，有时需要携带较重的大功率电池。（3）控制点点数应合理。如在30km2以内的测区内，布设23个控制点为宜。RTK电台发射信号的覆盖范围一般为520km，基准点的差分信号必须覆盖整个测区。如果小于5km2测区，可以只布设一个控制点。控制点的测量方法可以采用快速静态相对定位模式，网形的连接采用边连接，GPS接收机最好用双频GPS接收机。由于测图对于控制点的坐标精度要求不是很高，一般2cm的精度足够满足要求，因此测量的时段长度以1h为宜。为了将控制点的坐标与国家坐标系或地方坐标系联系起来，需要联测2个以上的有国家坐标系或地方坐标系坐标的点。数据处理可以采用随机软件，卫星星历采样广播星历即可满足要求。为了工程进度的需要，控制点的外业采集完成后，一般需要立即进行数据处理，各控制点的坐标最后需要转换到国家坐标系或地方坐标系。5.3.2 利用RTK与全站仪组合测量碎部点很多生产单位采用“RTK+全站仪”模式进行碎部测量。这种作业模式分为两个步骤：利用RTK测量图根控制点；利用全站仪测量碎部点。1. 利用RTK测量图根控制点利用RTK进行图根控制测量时，可以采用1个基准站+多个流动站的作业模式。基准站的基本操作流程为： （1）天线的对中、整平、定向和量天线高。（2）GPS天线和GPS主机的连接。（3）发射电台和电池、GPS主机的连接。（4）基准站的参数设置。不同型号的GPS所进行操作步骤会略有不同。基本设置内容包括:坐标系统的参数；发射电台的型号、发射频率和数据传输率；控制点的坐标；接收机类型和天线类型；天线高和量高方式等。（5）启动基准站，注意检查该点的坐标是否正确。（6）启动发射电台。基准点测量的常见问题有:（1）坐标转换问题。一般已知点的X坐标需要加表示带号的两位数值。在输入值时需要将表示带号的两位数值去掉。（2）坐标系统设置。注意设置中央子午线，旋转参数等值。这些参数不能出错，否则影响所有测量结果。（3）确保差分改正数已经发射。可以用一台流动站在基准点附近测试一下。若不能接收到差分信号，需要检查发射电台型号、发射频率和数据传输率等参数的设置是否正确。流动站的基本操作流程为：（1）在合适的地点钉入一木桩作为图根控制点，用油漆将点位编号写在木桩上 ,并在附近插一面小红旗便于碎部测量时容易找到该点。（2）将GPS-RTK流动站置于该图根控制点上 ,待GPS整周模糊度固定后开始RTK“点测量” 模式。测量时需要注意的事项有：GPS整周模糊度是否固定；能否收到基准站的RTK差分信号；天线类型、天线高是否正确等。（3）记录下该点的点位坐标，填写好点之记。2. 利用 RTK测量碎部点在地势上空开阔的地区，完全可以用 RTK作业模式测量碎部点，其测量速度比全站仪更快。根据我们的实践经验：1个GPS流动站的作业速度是1台全站仪的24倍。根据测量需求，RTK测量碎部点的作业模式可以分为“点模式”和“线模式”两种。 （1）点模式碎部点的测量都可以采用点模式作业，每进行一次数据记录就可以测量一个点。测量第一个点时的基本操作包括：（a）仪器连接。将GPS天线、GPS主机、差分信号接收天线、控制器等部件连接好。用控制器启动GPS主机，建立该测量任务的数据文件，数据文件可存储在控制器上，也可以存储在GPS主机中。为了便于数据管理，建议文件名称可以采用“测区+日期+组号”的形式，如测区为XL，时间为2月14日，测量组的编号为A，则该文件命名为“XL0214A”。（b）参数设置。进行GPS主机类型、接收机天线类型、电台型号等相关参数设置。选择RTK的测量模式为“点模式”或“测量点”。输入天线高和测站名称。后续的测量点名会在第一站点名的基础上自动增加。（c）开始 RTK测量。（d）停止测量。在测量其它点位时，只需进行“测量”和“停止测量”即可以。利用RTK进行测量时需要注意以下问题：（a）在测量不同点位坐标时，保持对GPS卫星的跟踪。（b）测量时若整周未知数不为整数时，需要查看相关原因，若周围测量环境较差，则可以采用隐蔽点测量模式。（c）一旦发现没有差分信号时，需要立即进行检查，如通知基准站的发射电台的电池没有电等。（2）线模式对于公路、水渠、田埂等线状地物或连续地形，采用“线模式”将具有更高的作业效率。该测量的数据自动记录有两种方式：等时间间隔和等距离间隔存储数据。等时间间隔存储数据，将根据设定时间间隔进行数据采样。等距离间隔存储数据根据设定距离间隔进行数据采样。采用“线模式”作业的基本流程为：（a）仪器连接。同“点模式”。用控制器启动GPS主机，建立该任务的数据文件。同“点模式”。（b）参数设置。同“点模式”。选择RTK的测量模式为“线模式”或“连续地形”。设定数据时间采样或距离采样值。（c）设定第一个测量点的点号，开始测量。在测量过程注意保持测杆的垂直度。当信号状况不好时，如整周模糊度成实数解时，需稍微停顿一下，当其变为整数时再继续前进。在连续测量过程中，点的变化将根据第一个点的命名方式自动增加。（d）最后停止测量。线模式测量的主要问题有：（a）不同接收机有不同的处理方式和数据记录形式。如Trimble5700称之为连续地形，能够进行等时间间隔或等距离间隔测量，点名可以自动增加。Leica SR510称之为轨迹测量，数据记录只能采用等时间间隔存储，点名只能自动生成，不能命名。（b）在连续地形测量时，若碰到一些独立地物，则可以将“线模式”暂停，当独立地物用“点模式”测量完成后，在继续进行连续地形测量。（c）在转弯等重要地形点，可以稍微停顿一下，确保在该处有数据采样。（d）在行进过程中，应将测杆竖直，确保GPS测量成果的正确性。（e）在行进过程中，确保GPS测量成果的质量，可将声音提示打开。（f）对于道路等，可将GPS安置在运输工具上，将数据采样率设置较高一些，以便加快作业进程。5.3.3 内业GPS数据处理内业数据处理主要包括GPS数据处理和利用CASS软件进行数字化成图两项内容。前者所需时间较短，而后者工作比较烦琐，所需时间较长。GPS测量数据处理GPS数据处理包括两项任务：GPS控制网的基线解算与网平差；RTK数据的整理。1. GPS控制网的基线解算与网平差GPS控制网的基线解算与网平差可以采用随机软件，卫星星历可以采用广播星历，数据处理模式采用静态数据处理模式。GPS网平差主要包括以下几个环节：无约束平差；引入已知点坐标；约束平差。2. RTK数据的整理RTK直接得到点位的坐标和相应测量精度。RTK数据整理主要包括两项内容：剔除含有粗差的观测值；数据存储格式的标准化。可以根据测图精度要求和RTK测量结果的中误差来剔除掉含有粗差的观测值。CASS软件需要接收一定格式的数据，最基本的格式如下：1,53167. 880,31194. 120,495. 800点名,x,y,h 2,53151. 080,31152. 080,495. 400点名,x,y,h数据转换的方式有多种方法，一种简单实用方法是：将RTK计算结果读入到EXCEL软件中，在读入时可以利用空格或其它符号分隔，然后利用EXCEL软件的列插入、列删除等编辑功能，将数据准备成上述格式，然后将其以文本形式存储到硬盘上。3. CASS数字化成图化绘图CASS是南方测绘仪器公司开发数字化成图软件，它以AutoCAD为基础平台，是一个方便易用的数字化成图插件、工具和图库的集合。作业人员根据CASS软件所附带的说明书和操作指南，即可制作出符合国家规范的数字化地图。数字化成图是一个烦琐而细致的工作，作业人员需要认真和耐心。为了方便作业，在作业安排时，最好做到谁测图则谁制作相应的图。因此，每一台仪器最好配备两名绘图员，两名绘图员轮流进行外业绘制草图和内业数字化成图，即每人作一天外业草图绘制，接着进行一天内业数字化绘图。5.4 全站仪测量5.4.1 控制测量全站仪用于控制测量，可以将测水平角、竖直角、斜距一次进行。同时还可以测量平距、高差用来检核计算，在已知点上还可以测量各观测点的坐标作为平差中的近似坐标。全站仪测角除读数外，与经纬仪测量的操作程序和限差要求一样，全站仪测距与测距仪相同。但是全站仪测控制应注意以下几点要求。1. 全站仪控制测量注意事项：（1）用于控制测量的全站仪的精度要达到相应等级控制测量的要求。（2）测量前要对仪器按要求进行检定、校准；出发前要检查仪器电池的电量。（3）必须使用与仪器配套的反射棱镜测距。（4）在等级控制测量中，不能使用气象、倾斜、常数的自动改正功能，应把这些功能关闭，而在测量数据中人工逐项改正。（5）测量前要检查仪器参数和状态设置，如角度、距离、气压、温度的单位，最小显示、测距模式、棱镜常数、水平角和垂直角形式、双轴改正等。可提前设置好仪器，在测量过程中不再改动。（6）手工记录以便检核各项限差，内存记录用作对照检查。2. 测量操作（1）在测站上安置全站仪，对中、整平（激光对中、电子整平时要先启动仪器），量测仪器高。（2）在各镜站上安置棱镜，对中、整平，量测棱镜高，镜面对向测站。（3）打开全站仪电源，上下转动望远镜、水平旋转仪器进行初始化，设置为角度测量状态。（4）测站、各镜站分别读记测前气压、温度。（5）盘左望远镜十字丝照准1号方向的反射棱镜觇牌纵横标志线，水平方向设置为000，读记水平角、天顶距，测记斜距、平距、高差。（6）盘左依次照准2N号方向，同法测记。（7）盘右望远镜十字丝照准N号方向的反射棱镜觇牌纵横标志线，读记水平角、天顶距，测记斜距、平距、高差。（8）盘右依次照准N-11号方向，同法测记。（9）测站、各镜站分别读记测后气压、温度。（10）上面(4)(9)为第一个测回的观测，照准第1方向，设置水平度盘，同法测完全部测回。（11）量测仪器高、棱镜高作为检核。（12）检查记录，关闭仪器。本站结束。3. 控制测量内业计算（1）资料准备（a）画出平面控制网的示意图，标上真实点名，并标出已知点、已知方向和固定边。（b）把已知数据、观测等级、测距仪精度等抄记在示意图上。（c）从水平角观测测站平差数据中抄取每个点各个方向的方向观测值，写在示意图上。（d）从边长改正计算表中抄取各观测边的改正后的平均边长，写在示意图上每边的中间。（e）按已知点在前、未知点在后用1、2N的顺序给网点编号。（2）平差计算（a）按准备好的示意图和数据，以文本格式编写数据文件。不同软件要求的内容、格式不一样，计算人员一定要按照软件使用说明进行编写。（b）启动平差软件，按程序要求输入数据文件名和结果文件名，自动计算。（c）根据提示的出错信息，修改数据文件，再启平差程序计算。这个过程可能要重复多次，直到完成计算。（d）打开结果文件，检查验算结果和平差结果。（3）整理资料整编平面控制测量的原始记录手簿、测站平差资料、边长改正资料、展点图、点之记、验算资料、精度数据、成果表以及技术设计、技术总结、验收报告。5.4.2 碎部测量1. 数据采集：（以GTS-332全站仪为例）（1）准备工作（a）数据采集文件的选择1) 按MENU键进入主菜单2) 由主菜单1/3按F1（数据采集）键3) 按F2（调用）键，显示文件目录4) 按或键使文件表向上、向下滚动，选定一个文件5) 按F4（回车）键，文件即被确认显示数据采集菜单1/2也可以新建一个文件，直接输入文件名。按F1（输入）键，然后键入文件名（b）坐标文件的选择1) 由数据采集菜单2/2按F1（选择文件）键2) 按F2（坐标数据）键，按1-1的方法选择一个坐标文件（c）测站点与后视点测站点坐标可按下面两种方法设定：1) 利用内存中的坐标数据设定2) 直接由键盘输入后视点定向角可按下面三种方法设定：1) 利用内存中的坐标数据设定2) 直接键入后视点坐标3) 直接键入设置的定向角测站设置：1) 由数据采集菜单2/2按F1（测站点输入）键，显示原有数据2) 按F4（测站）键3) 按F1（输入）键，输入测站点号、标识符、仪器高4) 按F3（记录）键5) 按F3（是）键。显示屏返回数据采集菜单1/2设置后视点1) 由数据采集菜单1/22) 按F2（后视）即显示原有数据3) 按F4（后视）键4) 按F1（输入）键，输入后视点点号、号编码、反射镜高5) 按F3（设置）键6) 照准后视点，选择一种测量模式并按相应的软键，设定水平度盘读数，显示屏返回数据采集菜单1/2（2）数据采集步骤：（a）由数据采集菜单1/2（b）按F3（前视/后视）即显示原有数据（c）同样方法输入编码、棱镜高（d）按F3（测量）键（e）照准目标（f）按F1到F3中的一个键（g）输入下一个镜点数据并照准该点（h）按F4（同前）键，继续测量。按ESC键可退出数据采集模式。外业数据采集应注意的问题：5.5 注意事项1.以比例规则的建筑只需测出三点，第四点可以由计算机完成。2.不规则的地貌应尽量多测一些点，因为传统测图中，一些细小的变化可以由手工来完成，但计算机的模拟是无法比较真实的反映出这些实际地形的。3.对于程序中规定的顺序绘制的图块，如桥梁，广告牌等等，最好能按其顺序进行测量。4.能够测量到的点尽量施测，尽量避免用皮尺(钢尺)量取。因为用全站仪所测的速度远非皮尺量取所能比的，而且精度也会高些。5.同一地物(地貌)应先测，以避免内业造成一些不必要的麻烦，当然，根据实地的实际情况，可以灵活的运作。同时，也方便测站观测人员的数字及字母的输入。6.测等高线时，除测量特性线外，还有尽量测些加密点，以满足计算机建模的需要，也能更加详细的反映出地貌。5.6 外业草图的绘制原则及方法草图是室内数据处理和图形编辑的重要依据，所以草图上的内容必须正确、清楚、规范和完整，所有注记、点位相互关系、线条符号等必须符合实际，图面清晰美观，图饰符号运用规范，重要的信息应及时而完整地记录下来。草图内容一般包括测站信息和测站地形略图。测站信息包括测图日期、测站点、定线点、仪器高、本站碎部点起止点号、点号加常数、增设测站点号；错误改正信息包括镜高、编码、坎比高。这些信息常绘制在草图左上角。测站地形略图