基于地面测量的数据采集技术.ppt

第四章空间数据采集技术,一、基于地面测量的数据采集技术,二、基于GPS的数据采集技术,目录,三、基于遥感技术的数据采集技术,四、基于摄影测量的数据采集技术,一.基于地面测量的数据采集技术,1.地面测量概述,（1）天文测量学,研究测定恒星的坐标，以及利用恒星确定观测点的坐标的学科。,研究测定地球的形状、大小和地球重力场的测量方法、分布情况及其应用的学科。,地球的大小是指地球椭球的大小；地球的形状是指大地水准面的形状（或地球椭球的扁率）；地面点的几何位置指地面点在一个坐标系中的位置；地球重力场研究指利用地球的重力作用研究地球形状等；,（2）大地测量学,航空摄影在飞机上利用航摄机摄取地面景物影像的技术,航空摄影测量根据在飞机上拍摄的像片获取地面信息，测绘地形图,地面摄影测量利用安置在地面上的专用摄影机拍摄的立体像对，对所摄目标物进行测绘工作的技术,研究利用航天、航空、地面的摄影或遥感的技术获取地物和地貌影像，进行分析处理，以绘制地形图或获取数字化信息的理论和方法的学科。,（3）摄影测量学,研究测量和制图的理论和技术在工程建设中的应用的学科。,规划设计阶段的测量：提供地形资料，配合地质勘探和水文观测数据进行测量；,施工兴建阶段的测量：按照设计要求，在实地准确地标定出建筑物各部分的平面和高程的测量作为施工和安装的依据；,（4）工程测量学,运营管理阶段的测量：工程竣工后为监视工程状况，保证安全，进行周期性的重复测量，观测其变形情况；,高精度工程测量：采用非常规的测量仪器和方法，使其测量的绝对精度达到毫米以上要求的测量工作。,（5）普通测量学,研究将地球自然表面局部地区的地形及人工结构物测绘成地形图的基本理论和方法的学科。,海底地形测量：测定海底起伏、沉积物结构和地物的测量工作；,海洋专题测量：以海洋区域的地理专题要素为对象的测量工作；,海图编制：设计、编绘、整饰和印刷海图的工作。,（6）海洋测绘学,研究以海洋和陆地水域为对象所进行的测量和海图编制工作的学科。,海道测量：以保证航行安全为目的对地球表面水域及毗邻陆地所进行的水深和岸线测量以及底质、障碍物的探测等工作；,海洋大地测量：为确定海面地形、海底地形以及海洋重力及其变化所进行的大地测量工作；,2.地形图的基本知识,（1）地图定义,地图是按照严格的数学法则，经过制图综合，应用地图符号，将地理事物转绘于平面上，表现各种自然现象和社会经济现象的空间分布和相互联系的图形。,地图的基本特性：由特殊的数学法则产生的可量测性在地图上可以量测点的坐标、两点间的距离、区域面积、方位角、地面高程等精确数据，从而可以计算出线的曲折度、地面坡度和坡向、物体的体积以及密度、切割度等派生数据。地图的特殊数学法则包括：地图投影、地图比例尺和地图定向,使用地图符号产生的直观性由于使用了地图符号比例尺任意缩小都可以保持清晰的图形；显示出形体小而重要的物体；显示事物的数量和质量特征；显示空间被遮盖的物体；显示没有形体的自然和社会现象。,由制图综合产生的一览性地图的符号化是对于客观现实的第一次抽象，将事物分类、分级；制图综合是第二次抽象，根据其重要程度对其进行选取和概括。从而使得任意大小的区域都能够以清晰的图形整体呈现在读者面前，使读者一览无余。,地图的基本内容：地图三要素,数学要素,用以控制和确定地图上地理要素与地面事物的相关位置，以保证地图具有一定的数学精度。,坐标网：地理坐标网(经纬网)；直角坐标网(方里网),控制点：起到控制测量定位作用的点，如：三角点、水准点等。,比例尺：地图上某线段的长度与实地相应线段的水平长度之比。,定向：确定地图上图形的地理方向。,地理要素,自然地理要素：指水系、地势、地貌、土质、植被等现象。,社会经济要素：指政治行政、人口、文化、城市、经济等现象。,环境要素：指人类生活的环境状况，包括环境污染、环境保护、灾害等。,用以帮助读图、用图以及补充地图的有关内容。例如：图名、图例、图号、接图表、图廓、分度带、坡度尺、各种附图、资料以及成图说明等。,辅助要素,（2）地形图符号,地图符号是地图的语言，一个地图符号可以代表一类或一级具有共性的目标。,大面积地理事物的表示原则全依比例尺狭长地理事物的表示原则半依比例尺小面积地理事物的表示原则不依比例尺,地形图符号表示地理事物的基本原则,产生符号视觉差异的最主要特征。-点状符号：符号的外形。,-线状符号：,构成线的那些点的（像元）的形状，不是线的外部轮廓。如：境界、等深线,-面积符号：,无形状变化。,形状,地形图符号的构成要素,描述数量特征最有效的变量之一。,-点状符号：指符号的整体大小。-线状符号：构成它的点尺寸改变，线宽改变。-面状符号：尺寸与面状符号范围轮廓无关。,尺寸：,色彩运用主要起到强化分类的作用：A.水系蓝色B.地貌棕色C.植被绿色D.带有人工性质的地物黑色色彩运用要与人的思维习惯相一致!,颜色,（3）地形图图式,铁路,公路,地貌符号,为了区域表达，编图、印刷、保管和使用的方便，必须对地图进行分幅和编号。,：地图的图廓由经纬线构成。,梯形分幅适用：世界各国地形图、小比例尺地图,（4）地形图的分幅与编号,将区域分为行和列，分别用字母和数字表示行号和列号，一个行号和一个列号标定一个唯一的图幅。,梯形分幅与编号,横列：从赤道算起，纬度每4为一列，至南北纬88各有22列，用字母A,B,C,V表示。纵行：从180经线起算，自西向东每6为一行，全球分为60行，用阿拉伯数字1，2，3，,60表示。,(A)旧的分幅和编号方法,1:100万地图的分幅和编号1:100万采用国际统一的行列式编号,1:100万地图是我国基本比例尺地图分幅和编号的基础,1:50万、1:25万、1:10万地形图的分幅和编号1:100万地图基础上的延伸,4幅,16幅,144幅,1:5万、1:2.5万、1:1万、1:5千地形图的分幅和编号1:10万地图基础上的延伸,4幅,4幅,64幅,4幅,5/15/2020,32,(B)新的分幅和编号方法,1:5千1：50万比例尺地图编号以1:100万为基础，每种比例尺对应一个特殊代码，地图编号由10个代码组成,图1-8,表1-3,行号从上而下，列号从左到右，不足三位时前面加0,分幅：,1:50万：221:25万：441:10万：12121:5万：24241:2.5：48481:1万：96961:5千：192192,编号：,1:50万地形图编号,1:25万地形图编号,J50B001002,J50C003003,3.地形图的测量原理,(1)平面位置测量原理,(2)地貌的测绘原理,高程点的测绘,将山顶、山谷、山脊及其他坡度变换点等一系列的地貌特征点测绘到地形图平面上并加注高程，再根据实际情况绘出地形线。除了这些地貌特征点还需均匀测绘一些高程点，平缓的地方稀疏些，陡的地方密些。,等高线的内插与勾绘,等高线的描绘主要根据高程点及地形线来内插拟合。实际勾绘时，一般先内插绘出计曲线，然后在计曲线之间按等距离内插首曲线。计曲线：从高程基准面起算，每隔四条（或三条）首曲线加粗的一条等高线首曲线：从高程基准面起算，按固定等高距描绘的等高线,(3)点位测量的基本方法,真北方向过地面任意一点，指向北极的方向叫真北。通常把图幅中央经线的北方向作为真北方向。,坐标北方向纵坐标值递增的方向称为坐标北方向。大多数地图上的坐标北方向与真北方向不完全一致。,磁北方向实地上磁北针所指的方向叫磁北方向。它与真北方向并不一致。,直线定向,坐标正算：,坐标反算：,坐标正算与反算,点位测量的基本方法,观测一边一角,观测两角,正弦定理,观测两边,4.地面测绘工作概述,测量工作的基本任务是确定地面点之间的相对空间位置，从而确定地面点位置（x,y,H）点位测量的基本要素是角度、距离和高程的测量,（1）地形图施测原则与工作程序,我国地形图投影采用等角投影为保证图像不变形，须遵循：测定地面上两点的距离是指水平距离测定地面上两条边的夹角是指水平角地面上两点的高差是指两点的高程之差（地面沿铅垂线方向到大地水准面的距离称为高程）,为了防止误差累积，地面测量需遵循：在布局上要“从整体到局部”，在程序上要“先控制后碎部”，在精度要求上要“由高级到低级”测量工作可以分为控制测量和碎部测量,（2）控制测量,控制测量的作用：为测图或工程建设的测区建立统一的平面和高程控制网控制误差的积累作为进行各种碎部测量的基准控制测量一般分为两步进行：平面控制测量、高程控制测量,A.国家控制网,在全国范围内建立的控制网，称为国家控制网，按照施测精度分为一、二、三、四等4个等级,国家平面控制网主要用三角测量法布设，西部困难地区采用导线测量法。一等三角锁沿经、纬线布设成纵横交叉的三角锁系，锁长200250km，构成120个锁环；一等三角锁由近于等边的三角形组成，边长为2030km,二等三角测量有两种布网形式，一是由纵横交叉的两条二等基本锁将一等锁环划分成4个大致相等的部分，这4个空白部分用二等补充网填充，称纵横锁系布网方案二是在一等锁环内布设全面二等三角网的全面布网方案二等基本锁边长2025km，二等网的平均边长13km。一等锁两端和二等网中间，测定起算边长、天文经纬度和方位角。国家一、二等网合称为天文大地网，我国天文大地网于1951年开始布设，1961年基本完成，1975年修补测工作全部结束。三、四等三角网为在二等三角网内进一步加密。,B.城市及工程控制网,城市或工程控制网是为城市规划、土木工程设计、施工放样及地形图测绘等目的而建立的测量控制网，是在国家控制网的基础上加密的城市或工程控制网的高程控制网可以采用几何水准测量和三角高程测量。水准测量的等级分为一、二、三、四等，是城市大比例尺测图、工程测量及地面沉降观测的基本控制,直接用于地形图的控制点称为图根控制点（也称地形控制点），简称图根点。图根点密度（包括高程点）取决于测图比例尺不同测绘区域的地物、地貌复杂程度测定图根点位置（X，Y，H）的工作称为图根控制测量。平面控制为导线测量，高程控制为三、四等水准测量,(3)图根控制测量,三角测量,A.平面控制测量,三边测量,导线测量,导线的布设形式,交会测量,hAB=a-b,=HB-HA,HB=HA+hAB,水准测量原理:主要利用仪器获得的水平视线来确定地面点的高程,B.高程控制测量,连续水准测量的高差传递,地形起伏很大的地区如何进行高程测量,hAB=HB-HA=i+Dtg-l或=i+Ssin-l,三角高程测量原理,经纬仪主要结构,（4）测量原理与测量仪器,视距法测距原理：利用望远镜内的视距装置配合视距尺，根据几何光学原理，同时测定距离和高差。不受地形限制，但测距精度较低,电磁波测距的基本原理,1、电磁波测距基本原理公式,测定t方法有直接测时：脉冲式测距仪间接测时：相位式测距仪,直接测时一类测距仪称为脉冲式测距仪，该仪器因其精度较低，通常只用于精度较低的远距离测量、地形测量和炮瞄雷达测距。,测距仪的分类和分级,按测定t的方法,按载波,按测程,按载波数,按反射目标,测距精度估计衡量仪器的测距精度，一是仪器的内部符合精度，二是仪器的外部符合精度。内部符合精度：指仪器对同一距离进行多次观测，其观测值之间的符合程度。它反映了仪器的测相误差以及外界大气条件的影响外部符合精度：指用测距仪在基线上比测后，所得到的量测值与基线比较而求得的精度指标。每台仪器出厂时的标准精度也是外部符合精度。,（5）碎部测量,碎部测量是以控制点作为测站，将周围的地物、地貌特征点的平面位置和高程测绘于图上。一.特征点的选择1.地物特征点：轮廓的转折点；不能用比例符号表示的地物中心点。注意适当综合和取舍，一般规定，主要建筑物轮廓线的凹凸长度在图上大于0.4mm时，应该表示。,2.地貌特征点：坡度与方向的变化点山峰的最高点；山脊线、山谷线、山脚线上方向和坡度的变化点一般间距点,一个测站的工作程序：1.准备工作（1）安置仪器，量取仪高；（2）已知方向定向，即瞄准已知方向后，水平度盘配00000。另一已知方向作检查。或以已测定的明显地物点作检查；（3）确定中丝读数并作标志；（4）商定跑尺方案和联系信号。,二.经纬仪测绘法测图经纬仪安置在测站上，小图板安置在测站旁，进行水平角测量和视距测量，用极坐标法展绘碎部点。,2.施测立尺员选择特征点立尺；观测员观测视距、水平角、竖直角；记录员记录数据并计算水平距离和高程；绘图员用量角器在图板上极坐标法展点、连线、绘图。,3.结束工作检查零方向，检查绘图情况，增设测站点。4.勾绘等高线,计曲线加粗，注记高程；5.绘示坡线。,三.等高线勾绘原理：高差与平距成比例。目估法：1.测绘特征点，绘地性线；2.内插等高线通过的点；3.用均匀光滑曲线连接高程相同的相邻点；4.计曲线加粗，注记高程；5.绘示坡线。,（6）全数字测图,数字化测图（DigitalSurveyingMapping，简称DSM）是近二十年发展起来的一种全新的测绘地形图方法。从广义上说，数字化测图应