第一章 数字化测图概述

第一章数字化测图概述第一节数字化测图及系统构成第二节数字化测图的作业过程第三节数字化测图的作业模式第四节数字化测图的特点及发展和展望第一节数字化测图及系统构成

一、数字化测图的概念：

测绘行业和计算机的发展，形成了一套从野外数据采集到内业制图全过程的、实现数字化和自动化的测量制图系统，称为数字化测图或机助成图。（广义的数字化测图包括：全野外数字化成图、地图数字化成图、摄影测量和遥感数字化测图）二、数字化测图的基本思想1、传统的地形测图（白纸测图):将测得的观测值（数值）用图解的方法转换为图形。

特点：转化过程几乎在野外进行，原图的室内整饰也要在测区驻地完成，劳动强度较大，这个转化过程使测得的数据所达到的精度大幅度降低，一纸之图难以承载诸多的图形信息，加之变更修改也极不方便，地形测图已经难以适应当前经济建设发展的需要。2、数字化成图：实现丰富的地形信息和地理信息数字化，作业过程的自动化或半自动化。基本思想：将地面上的地形和地理要素（或称模拟量）转化为数字量，然后由电子计算机进行处理，得到内容丰富的电子地图，需要时由图形输出设备输出地形图或各种专题图。特点：缩短野外测图时间，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，将大量手工作业转化为电子计算机控制下的机械操作，减轻劳动强度，提高成图的精度。注：将模拟量转换为数字量：整个过程称为数据采集，数据采集的方法有：野外地面数据采集、航片数据采集、原图数字化。3、数字化测图的基本过程通过采集有关的绘图信息并记录在数据终端（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，再经过人机交互的编辑，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。三、数字测图系统的构成（1）定义：数字测图系统是以计算机系统为核心组成，是在硬件和软件的支持下，对地形空间数据进行采集、输入、处理、输出及管理的测绘系统，它包括硬件和软件两部分。（2）组成：数据输入、数据处理、数据输出（3）由硬件系统和软件系统组成

图2-1数字测图硬件系统示意图2、数字测图软件数字测图软件的特点１、具备数据(图形)采集、数据输入、数据处理、图形生成、图形编辑、图形输出等功能；２、通用性强、稳定性好，图形界面直观、简洁，操作使用要符合测量人员的作业习惯；３、数字图中使用的注记、地物符号、制图规范以及地物编码等必须符合国家正在施行的标准；４、应包含多种作业模式，如“电子平板”模式、“测记法”模式、“编码成图法”模式等；５、应能识别主要仪器设备(全站仪)的数据格式，能直接与这些设备进行通信，并提供这些仪器设备的数据转换接口，以便与其他软件进行数据交换。６、成果的输出应标准、美观并符合规范要求。四、地图图形的描述：一切地图图形都可以分解为点、线、面三种图形要素。数字测图必须采集的绘图信息就是点的三类信息：

(1)点的定位信息：（即点的三维坐标）

(2)点的属性信息：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。五、地图图形的数据格式1、矢量数据：图形的离散点坐标（X,Y）的有序集合，它以X、Y坐标来精确地表示点位，能精确地定义位置、长度、大小等。它由野外采集的数据，解析测图仪获得的数据，手扶跟踪数字化仪采集的数据。2、栅格数据：它是像元阵列结构(网格的最小单元称像元或像素)，每一像元的位置由行号和列号确定，其精度取决于像元的大小，它由扫描仪和遥感获得的数据。①矢量数据特点：现实可行、方便；精确度高，数据结构严密，数据量小，显示、输出的图形精确美观。此外，相互连接的线形网络和多边形网络的生成和处理，只有矢量数据结构模式才能进行，有利于网络(如交通运输网络，上水、下水管网等)的分析等。②栅格数据结构特点：数据结构简单，但图形数据量大；其空间数据的叠置和组合十分简便，一些空间分析也易于进行；图像表现比较真切，易于与遥感数据匹配应用和分析。因此在GIS中，它与矢量数据结构并用。在数字测图中，对原图(矢量图)扫描数字化，获得栅格图形数据后，还必须将栅格数据转换为矢量数据，而至今栅格数据转换成矢量图的效率还较低，一些技术问题的解决尚不尽人意，由于扫描数据进入计算机后，还要通过屏幕人机交互，做矢量转换及屏幕数字化的工作，所以又称为扫描屏幕数字化。尽管扫描屏幕数字化目前尚未完全成熟，但它意味着高速高效及劳动强度较轻，所以它还是原图数字化的发展方向。随着扫描矢量化软件的不断完善，扫描屏幕数字化的方法将因优于手扶数字化而得到广泛的应用。六、数字化测图需要解决的问题1、使采集的图形信息和属性信息为计算机所识别；2、由计算机按照一定的要求对这些信息进行一系列的处理；3、将经过处理的数据和文字信息转换成图形，由屏幕输出或绘图仪输出各种所需形；4、按照一定的要求自动实现图形数据的应用问题。第二节数字测图的作业过程数字测图包括以下三个基本阶段：数据采集

数据处理数据输出数字化测图的基本作业过程(1)数据采集数据采集方法有：①摄影测量法②对现有地图进行数字化法③野外地面测量法(2)数据处理在数据采集到成果输出之间要进行的各种处理(3)成果输出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一、数据采集1、野外测量数据采集：使用测量仪器直接在野外进行数据采集。2、原图数字化采集：充分利用已有的测绘成果，可以利用原图在室内采集数据。3、航片数字采集1、野外测量数据采集：根据使用的仪器的不同分为：（1）大地测量仪器法：用全站仪或测距仪、经纬仪等大地测量仪器实现野外碎部点数据采集。（2)GPS接收机采集法：通过GPS接收机采集野外碎部点的信息数据。2、原图数字化采集方法：（1）用数字化仪采集：可对原图的地形特征点逐点进行数据采集，对曲线采用手扶跟踪数字化，此法得到的数字化图的精度一般低于原图，加上使用数字化仪数字化时，作业员的眼睛易疲劳，效率低，这种数字化法逐渐被扫描矢量化取代。（2）用扫描仪数字化：仪器沿x方向扫描，沿y方向走纸，图在扫描仪上走一遍，就将图形数字化。（扫描仪获得的是栅格数据）3、航片数据采集：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。二、数据处理数据处理包括：（1）数据传输（2）数据预处理（3）数据转换（4）数据计算（5）图形生成（6）图形编辑与整饰（7）图形信息的管理与应用数据预处理：坐标转换、各种数据资料的匹配、测图比例尺的统一、不同结构数据的转换数据转换：将野外采集的带简码的数据文件或无码数据文件转换为带简码的数据文件数据计算：地貌关系进行插值模型建立，插值计算，等高线光滑处理数据处理还包括：对“原始”图形进行修改、编辑、整理、加汉字注记、填充各种面状地物符号、测区图形拼接、图形分幅、图廓整饰等。对图形信息的全息保存、管理、使用。三、成果输出磁盘、磁带（作为永久性保存）转换为地理信息系统的图形格式，建立GIS图形数据库第三节、数字测图的作业模式数字测图的作业模式有两种：一、数字测记模式：就是用全站仪（或普通测量仪器）在野外测量地形特征点的点位，用电子手簿（或ＰＣ卡）记录测点的几何信息及其属性信息，或配合草图到室内将测量数据由电子手簿传输到计算机，经人机交互编辑成图。特点：测记式外业设备轻便，操作方便，野外作业时间短。由于是“盲式”作业，对于较复杂的地形，通常要绘制草图。二、电子平板测绘模式：就是全站仪十便携机十相应测图软件，实施外业测图的模式。这种模式将便携机的屏幕模拟测板在野外直接测图，可及时发现并纠正测量错误，外业工作完成，图也就出来了，实现了内外业一体化。

（能完成即测即显）实际作业模式很多，目前我国数字测图作业模式有：1、全站仪+电子手薄：作业自动化程度高，地物属性和连接关系的采集困难。2、普通经纬仪+电子手薄：没有条件购买全站仪的用户，采用手工键入观测数据到电子手薄，数据的可靠性及工作效率都存在一定的问题。3、平板仪测图+数字化仪：数字地图的精度较低，不能用于地籍管理等精度要求较高的工作。4、旧图数字化成图模式：先扫描得到栅格数据，再用扫描矢量化软件将栅格图形转换成矢量图形。5、测站电子平板测图模式：现测现画，对设备要求较高，起码要求每个作业小组具备一台便携机，便携机在野外易坏。6、镜站遥控电子平板测图模式：了解7、航测像片量测成图模式：了解第四节

数字测图特点

1、测图作业实现自动化和智能化2、测图的精度高

3、测图作业劳动强度小4、图形实现数字化5、便于地形图内容的更新与修补

6、避免图纸伸缩引起各种误差

7、可以多种形式输出成果8、便于成果的深加工利用

9、便于保存与管理10、易于发布和实现远程传输

11、可作为GIS的重要信息源一、测图作业实现自动化和智能化传统测图作业方式：野外落后的测量手段、复杂的测量程式、沉重的经济负担、内业大量低效的手工计算及作图方式，导致所有过程基本上都由人工参与完成。数字测图作业方式：手工作业向自动化、系统化作业方向发展，数据采集、记录、计算、处理、制图有机结合实现内外业一体化，整个作业过程由计算机自动处理，使内外业界限不再明显。二、测图的精度高传统的测图技术：以光学仪器和视距测量方法为基础，地物点平面位置的误差受解析图跟点的测量误差、展绘误差、测定地物点的视距误差、方向误差、地形图上地物点的刺点误差；控制测量采用从整体到局部、逐级布设的方式、等级和环节过多，成果造成一定的精度损失，限制了地形图的精度数字测图技术：采用内外业一体化成图模式，全部碎步点均用全站仪测量，避免了传统测图方法中影响地形图精度的各种环节，控制层次也相对减少，数字测图的精度明显高于白纸测图三、测图作业劳动强度小传统测图作业：地形原图在野外绘制，工作繁琐、效率低、费时费力。数字测图作业：用全站仪观测碎部点时，观测范围受视距的限制较小，碎部点观测可以在很大范围内进行，减少了搬站工作量，电子测量仪器配合电子记录手薄使用，省去记录工作，快捷、方便、准确，在不同程度上减轻了测绘工作者的劳动强度。四、图形实现数字化数字地图存储了具有特定含义的数字、文字、符号等各类数据信息，可方便地传输、处理和供多用户共享。数字图形可以实现自动提取点位坐标、两点距离、方位以及地块面积，供工程、规划、计算机辅助设计和地理信息系统建库使用。

数字地形图的管理节省空间，操作方便。五、便于地形图内容的更新与修补数字测图软件具有“图形编辑”功能，如：增加、删除、修改等，其调用、显示和进行图形处理都十分方便，并且这些功能能满足地形图修测和补测的要求。修改方法：只要输入变化信息的坐标、代码，进过编辑处理，很快得到更新图形，可以确保成果的可靠性和现势性。六、避免图纸伸缩引起各种误差纸质图纸：随着时间的推移，会出现变形就会产生变形误差