基于地面测量的数据采集技术

1、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 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 一一.基于地面测量的数据采集技术基于地面测量的数据采集技术 天文测量学天文测量学 摄影测量学摄影测量学 大地测量学大地测量学 海洋测绘学海洋测绘学 测测 量量 学学 研究测定恒星的坐标，以及利用恒星确定观测点的坐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。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、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。分布情况及其应用的学科。 地球的大小

2、是指地球椭球的大小；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（或地球椭地球的形状是指大地水准面的形状（或地球椭 球的扁率）；球的扁率）； 地面点的几何位置指地面点在一个坐标系中的地面点的几何位置指地面点在一个坐标系中的 位置；位置； 地球重力场研究指利用地球的重力作用研究地地球重力场研究指利用地球的重力作用研究地 球形状等；球形状等； 航空摄影航空摄影在飞机上利用航摄机摄取地面景物影像的技术在飞机上利用航摄机摄取地面景物影像的技术 航空摄影测量航空摄影测量根据在飞机上拍摄的像片获取地面信息，测根据在飞机上拍摄的像片获取地面信息，测 绘地形图绘地形图 地面摄影测量地面摄影测

3、量利用安置在地面上的专用摄影机拍摄的立体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。字化信息的理论和方法的学科。 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：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提供地形资

4、料，配合地质勘探和水文观测数 据进行测量；据进行测量； 施工兴建阶段的测量：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各部分的平面和高程的测量作为施工和安装 的依据；的依据； 运营管理阶段的测量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；行周期性的重复测量，观测其变形情况； 高精度工程测量：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

5、的测量工作。度达到毫米以上要求的测量工作。 研究将地球自然表面局部地区的地形及人工结构物测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。绘成地形图的基本理论和方法的学科。 海底地形测量：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；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：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；以海洋区域的地理专题要素为对象的测量工作； 海图编制：海图编制：设计、编绘、整饰和印刷海图的工作。设计、编绘、整饰和印刷海图的工作。 研究以海洋和陆地水域为对象所进行的测量和海图编研究以海洋和陆地水域为对象所

6、进行的测量和海图编 制工作的学科。制工作的学科。 海道测量：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；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；化所进行的大地测量工作； 地图是按照严格的地图是按照严格的数学法则数学法则，经过，经过制图制图 综合综合，应用，应用地图符号地图符号，将地理事物转绘于平，将地理事物转绘于平 面上，表现各种自然现象和

7、社会经济现象的面上，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。空间分布和相互联系的图形。 n地图的基本特性： 由特殊的数学法则产生的由特殊的数学法则产生的可量测性可量测性 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地图投影、地图比例尺和地图定向 使用地图符号产生的使用地图符号产生的直观性直观性 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

8、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。 由制图综合产生的由制图综合产生的一览性一览性 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。 n地图的基本内容： 地图三要素地图三要素 数学要素数学要素 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。 坐标网坐标网：地理坐标网：地理坐标网(经纬网经纬网)；直角坐标网；直角坐标网(方里网方里网) 控制点控制点：起到控制测量定位作用的点，如：三角点、：起到

9、控制测量定位作用的点，如：三角点、 水准点等。水准点等。 比例尺比例尺：地图上某线段的长度与实地相应线段的水平：地图上某线段的长度与实地相应线段的水平 长度之比。长度之比。 定向定向：确定地图上图形的地理方向。：确定地图上图形的地理方向。 地理要素地理要素 指水系、地势、地貌、土质、植被等现象。指水系、地势、地貌、土质、植被等现象。 指政治行政、人口、文化、城市、经济等现象。指政治行政、人口、文化、城市、经济等现象。 指人类生活的环境状况，包括环境污染、环境保护、指人类生活的环境状况，包括环境污染、环境保护、 灾害等。灾害等。 用以帮助读图、用图以及补充地图的有关内容。 例如：例如：图名、图例

10、、图号、接图表、图廓、分度带、坡度尺、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。各种附图、资料以及成图说明等。 辅助要素辅助要素 地图符号是地图的语言，一个地图符号可以代表一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。类或一级具有共性的目标。 大面积地理事物的表示原则大面积地理事物的表示原则全依比例尺全依比例尺 狭长地理事物的表示原则狭长地理事物的表示原则半依比例尺半依比例尺 小面积地理事物的表示原则小面积地理事物的表示原则不依比例尺不依比例尺 n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。产生符号视觉差异的最

11、主要特征。 - -点状符号：点状符号：符号的外形。 - -线状符号：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：面积符号：无形状变化。 形状形状 n地形图符号的构成要素 描述数量特征最有效的变量之一。描述数量特征最有效的变量之一。 - -点状符号：点状符号：指符号的整体大小。 - -线状符号线状符号：构成它的点尺寸改变，线宽改变。 - -面状符号面状符号：尺寸与面状符号范围轮廓无关。 尺寸：尺寸： 色彩运用主要起到强化分类的作用：色彩运用主要起到强化分类的作用： A.A.水系水系蓝色蓝色 B.B.地貌地貌棕色棕色 C.C.植被植被绿色绿色

12、 D.D.带有人工性质的地物带有人工性质的地物黑色黑色 色彩运用要与人的思维习惯相一致色彩运用要与人的思维习惯相一致! ! 颜色颜色 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。对地图进行分幅和编号。 矩形分幅矩形分幅 拼接拼接 不拼接不拼接 梯形分幅分幅 ：地图的图廓由经纬线构成。：地图的图廓由经纬线构成。 梯形分幅适用：梯形分幅适用： 世界各国地形图、小比例尺地图世界各国地形图、小比例尺地图 将区域分为行和列，分别用字母和数字表示行号和列将区域分为行和列，分别用字母和数字表示行号和列 号，一个

13、行号和一个列号标定一个唯一的图幅。号，一个行号和一个列号标定一个唯一的图幅。 A B C D E F G H I J K 49 50 51525354 55 56 F-53 n梯形分幅与编号 横列横列：从赤道算起，纬度每从赤道算起，纬度每4 4为一列，至南北纬为一列，至南北纬8888 各有各有2222列，用字母列，用字母A,B,C,VA,B,C,V表示。表示。 纵行纵行：从从180180经线起算，自西向东每经线起算，自西向东每6 6为一行，全球为一行，全球 分为分为6060行，用阿拉伯数字行，用阿拉伯数字1 1，2 2，3 3，,60,60表示。表示。 (A) 旧的分幅和编号方法 n1:100

14、1:100万地图的分幅和编号万地图的分幅和编号 1:1001:100万采用国际统一的行列式编号万采用国际统一的行列式编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12 13 1 4 1 5 16 17 18 19 2 0 2 1 22 23 2 4 25 26 27 28 29 3 0 3 1 3 2 33 34 35 36 37 38 39 4 0 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 49 50 51 52 53 54 55 56 5 7 58 59 6 0 0 6 12 18 24 30 36 4 2 48 54 60 66 72 78 84 114

15、150 6 1 5 162 168 174 180 17 4 16 8 1 62 15 8 150 144 132 1 26 120 1 14 1 08 102 96 9 0 84 78 72 66 6 0 54 48 42 36 30 24 18 1 2 6 132 144 126 1 06 10 2 96 9 0 120 138 V U T S R Q P O N M L K 64 84 80 76 72 68 60 56 52 48 44 40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 1:100万地图是我国基本比例尺地图分幅和编号的基础万地图是我国基本比例尺地图分幅和编号的基础

16、 n 1:501:50万、万、1:251:25万、万、1:101:10万地形图的分幅和编号万地形图的分幅和编号 1:1001:100万地图基础上的延伸万地图基础上的延伸 4幅 16幅 144幅 n1:51:5万、万、1:2.51:2.5万、万、1:11:1万、万、1:51:5千地形图的分幅和编号千地形图的分幅和编号 1:101:10万地图基础上的延伸万地图基础上的延伸 4幅 4幅 64幅 4幅 7/11/202132 (B) 新的分幅和编号方法新的分幅和编号方法 例例 北京为：北京为：J50J50 n1:1001:100万地图的分幅和编号万地图的分幅和编号 行列对换，且由列行列对换，且由列-

17、-行式行式 行列式行列式 n1:51:5千千1 1：5050万比例尺地图编号万比例尺地图编号 以以1:1001:100万为基础，每种比例尺对应一个特殊代码，地图编号万为基础，每种比例尺对应一个特殊代码，地图编号 由由1010个代码组成个代码组成 比例尺1：501：251：101：51：2.51:11:5千 代 码 B C D E F G H 图 1-8 表1-3 图幅列号数字码 1:100万图幅行号字符码 1:100万图幅列号字符码 图幅行号数字码 比例尺代码 图01-08 1:5千1:50万比例尺地形图图号的构成 行号从上而下，列号从左到右，不足三位时前面加行号从上而下，列号从左到右，不足三

18、位时前面加0 0 001002003004 6 4 037073145 048096192 列 序 001 002 002001003004005006007 008009 010011 012 001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018 019020021 022 023 024 001 001 001 002 002 002 003 003 001001001 012024048 013025 049 024048 096 049097 036 072144 001 002 003 004

19、005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018 004 005 006 007 008 009 行 序 1 1 1 1 1 1 1 50 25 10 5 2.5 1 5000 万 万 万 万 万 万 004 010 011 012 019 020 021 022 023 024 1 11 1111 5025102.515000万万万万万万 经差 纬差 001 001 001 012 024 013 025 049 024 096 025 049 097 036 072 144 037 073 145 048 096 192分幅：分

20、幅： 1:50万：万：22 1:25万：万：44 1:10万：万：1212 1:5万：万：2424 1:2.5： 4848 1:1万万：9696 1:5千：千：192192 001001001002 002001 002002 117 36 o o o o o o J5038 40 120 001001001002001003001004 002001002002 002003002004 003001003002003003003004 004001 004002004003004004 114 120 117118 30115 30 40 39 38 37 36 o o o o ooo o

21、 o o J50 , , 编号：编号： 1:50万地形图编号 1:25万地形图编号 J50B001002 J50C003003 (1) 平面位置测量原理平面位置测量原理 (2) 地貌的测绘原理地貌的测绘原理 高程点的测绘高程点的测绘 l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。 l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内插与勾绘 l等高线的描绘主要根据高程点及地形线来内插拟 合。 l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。 l

22、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 l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点位测量的基本方法 n真北方向真北方向 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。 n坐标北方向坐标北方向 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。 n磁北方向磁北方向 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：坐标正算： 坐标反算：坐标反算： 坐标正算与反算 点位测量的基本方法 观测一边一角观测一边一角 观测两角观测两角 正弦

23、定理正弦定理 观测两边观测两边 l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） l点位测量的基本要素是角度、距离和高程的测量 l我国地形图投影采用等角投影 l为保证图像不变形，须遵循： v测定地面上两点的距离是指水平距离 v测定地面上两条边的夹角是指水平角 v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） l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” l测量工作可以分为控制测量和碎部测量 l控制测量的作用： v为测图或工程建设的测区建立统

24、一的平面和高程控制 网 v控制误差的积累 v作为进行各种碎部测量的基准 l控制测量一般分为两步进行：平面控制测量、高 程控制测量 国家平面控制网主要用三角测量法布设，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。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，一等三角锁沿经、纬线布设成纵横交叉的三角锁系， 锁长锁长200250km，构成，构成120个锁环；个锁环； 一等三角锁由近于等边的三角形组成，边长为一等三角锁由近于等边的三角形组成，边长为20 30km l二等三角测量有两种布网形式，二等三角测量有两种布网形式， l一是由纵横交叉的两条二等基

25、本锁一是由纵横交叉的两条二等基本锁 l将一等锁环划分成将一等锁环划分成4个大致相等的部分，个大致相等的部分， l这这4个空白部分用二等补充网填充，称纵横锁系布网方案个空白部分用二等补充网填充，称纵横锁系布网方案 l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是在一等锁环内布设全面二等三角网的全面布网方案 l二等基本锁边长二等基本锁边长2025km，二等网的平均边长，二等网的平均边长13km。 l一等锁两端和二等网中间，一等锁两端和二等网中间， l测定起算边长、天文经纬度和方位角。测定起算边长、天文经纬度和方位角。 l国家一、二等网合称为天文大地网，国家一、二等网合称为天文大地网， l我国

26、天文大地网于我国天文大地网于1951年开始布设，年开始布设，1961年基本完成，年基本完成， l1975年修补测工作全部结束。年修补测工作全部结束。 l三、四等三角网为在二等三角网内进一步加密。三、四等三角网为在二等三角网内进一步加密。 l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 l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 l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。

27、l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 l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 导线的布设形式导线的布设形式 交会测量交会测量 交会定点交会定点 前方交会前方交会 后方交会后方交会 a 前进方向前进方向 b hAB hAB= a - b = HB - HA, HB = HA + hAB 地形起伏很大的地区如何进行高程测量地形起伏很大的地区如何进行高程测量 hAB = HB - HA = i + D tg- l 或或= i + S sin- l 经纬仪主要结构经纬仪主要结构 视距法测距原理：利

28、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 1、电磁波测距基本原理公式、电磁波测距基本原理公式 D CtD 2 2 1 A B D 出射光 入射光 测定测定t方法有直接测时：脉冲式测距仪方法有直接测时：脉冲式测距仪 间接测时：相位式测距仪间接测时：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。达测距。 tD cmm 2 1 s m c 8 103 3

29、 D mmm 要求 smt 11 102 D CtD 2 2 1 8 10一般只能达到 测距仪的分类和分级测距仪的分类和分级 按测定按测定t t的方法的方法 相位式测距仪 脉冲式测距仪 按载波按载波 微波测距仪微波 红外测距仪激光测距仪光波, 公里以下短程 数公里至十多公里中程 几十公里长程 3 按测程按测程 按载波数按载波数 , , , 单载波可见光 红外光 微波 双载波可见光与可见光 可见光与红外光 三载波可见光可见光和微波 可见光红外光微波 按反射目标按反射目标 非同频载波应答机同频载波应答机有源反射器 角反射镜平面反射镜合作目标 非合作目标漫反射目标 , , )( 测距精度估计测距精度

30、估计 衡量仪器的测距精度，一是仪器的内部符合精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。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。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它反映了仪器的测相误差以及外界大气条件的 影响影响 外部符合精度：指用测距仪在基线上比测后，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。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。每台仪器出厂

31、时的标准精度也是外部符合精度。 l碎部测量是以控制点作为测站碎部测量是以控制点作为测站 ，将周围的地物、地貌特征点，将周围的地物、地貌特征点 的平面位置和高程测绘于图上的平面位置和高程测绘于图上 。 l一一. .特征点的选择特征点的选择 l1.1.地物特征点：地物特征点：轮廓的转折点轮廓的转折点 ；不能用比例符号表示的地物；不能用比例符号表示的地物 中心点。中心点。 l注意适当综合和取舍注意适当综合和取舍，一般规一般规 定，主要建筑物轮廓线的凹凸定，主要建筑物轮廓线的凹凸 长度在图上大于长度在图上大于0.4mm0.4mm时，应时，应 该表示。该表示。 2.2.地貌特征点：地貌特征点： l坡度与

32、方向的变化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 坡度的变化点坡度的变化点 l一般间距点一般间距点 l一个测站的工作程序：一个测站的工作程序： l1.1.准备工作准备工作 （1 1）安置仪器，量取仪高；）安置仪器，量取仪高； （2 2）已知方向定向，即瞄准已）已知方向定向，即瞄准已 知方向后，水平度盘配知方向后，水平度盘配 0 0 0000 0000 。另一已知方向作检。另一已知方向作检 查。或以已测定的明显地物查。或以已测定的明显地物 点作检查；点作检查； （3 3）确定中丝读数并作标志；）确定中丝读数并作标志； （4 4）商定跑尺方案和联系信号）商定跑尺方案和联系信号 。 二二. .经纬仪测绘法测图经纬仪测绘法测图 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。角测量和视距测量，用极坐标法展绘碎部点。 l2.2.施测施测 立尺员立尺员选择特征点立尺； 观测员观测员观测视距、水平角、竖直角； 记录员记录员记录数据并计算水平距离和高程； 绘图员绘图员用量角器在图板上极坐标法展点、连线、绘图。 3.3.结束工作结束工作 检