21第二十一讲大比例尺数字地形图测绘

大比例尺数字测图传统的地形测图(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)转换为数字量，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。

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。数字测图所要解决的问题:

(1)如何便各种地形要素为计算机识别。

众所周知，计算机只能识别数码。因此首先必须将图形要素数字化。图形要素可以分解为两类信息：

一类是定位信息，用平面直角坐标和高程来表示；

一类是绘图信息(属性信息，用类码和文字表示，它包括地物属性、连接关系、绘图方向等。

(2)

计算机按照既定的要求对这些信息进行一系列的处理。

数字测图所要解决的问题:

(3)

如何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的图形。

(4)

如何按照一定的数字模型完成各类数字化图形的应用问题。如面积计算与统计、土方计算、坡度计算及图形管理等。

数字测图系统需有一系列硬件和软件组成。

用于野外采集数据的硬件设备有全站式或半站式电子速测仪。

用于室内输入、处理和输出的硬件设备有数字化仪、微机、打印机和数控绘图仪。

最基本的软件设备有系统软件和应用软件。

应用软件主要包括控制测量计算软件、数据采集和传输软件、数据处理软件、图形编辑软件、等高线自动绘制软件、绘图软件及信息应用软件等。

数字测图的优点

1、点位精度高

传统的经纬仪配合小平板、半圆仪白纸测图，地物点平面位置的误差主要受解析图根点的展绘误差和测定误差、测定地物点的视距误差、方向误差、地形图上的地物点的刺点误差的影响，综合影响使地物点平面位置的测定误差图上约为士0.59mm(1：1000比例尺)。主要误差源为视距误差和刺点误差。经纬仪视距高程法测定地形点高程时，即使在较平坦地区(00～60)，视距为150m，地形点高程测定误差也达

0.06m，而且随着倾斜角的增大，高程测定误差会急剧增加。

用数字测图，测定地物点的误差在距离450m内约为22mm，测定地形点的高程误差在450m内约为21mm。

若距离在300m以内，则测定地物点误差约为15mm，测定地形点的高程误差约为18mm。

数字测图的精度明显高于白纸测图。

数字测图的优点

2、便于成果更新

数字测图的成果是以点的定位信息和绘图信息存人计算机，当实地有变化时，只需输人变化信息的坐标、代码，经过编辑处理，很快便可以得到更新的图，从而可以确保地面的可靠性和现势性，数字测图可谓“一劳永逸”。

3、避免因图纸伸缩带来的各种误差

表示在图纸上的地图信息随着时间的推移图纸产生变形而产生误差。数字测图的成果以数字信息保存，避免了对图纸的依赖性。

数字测图的优点:

4、能以各种形式输出成果

计算机与显示器、打印机联机时，可以显示或打印各种需要的资料信息。与绘图仪联机，可以绘制出各种比例尺的地形图、专题图，以满足不同用户的需要。

5、成果的深加工利用

数字测图分层存放，可使地面信息无限存放，不受图面负载量的限制，从而便于成果的深加工利用，拓宽测绘工作的服务面，开拓市场。比如CASS软件中共定义26个层(用户还可根据需要定义新层)。房屋、电力线、铁路、植被、道路、水系、地貌等均存于不同的层中，

通过关闭层、打开层等操作来提取相关信息，便可方便地得到所需的测E内各类专题图、综合图，如路网图、电网图、管线图、地形图等。又如在数字地籍图的基础上，可以综合相关内容补充加工成不同用户所需要的城市规划用图、城市建设用图、房地产图以及各种管理的用图和工程用图。

数字测图的优点:

6、作为GIS的重要信息源

地理信息系统(G1S)以有方便的信息查询检索功能、空间分析功能以及辅助决策功能。在国民经济、办公自动化及人们日常生活中都有广泛的应用。

然而，要建立一个GlS，花在数据采集上的时间和精力约占整个工作的80%。GIS要发挥辅助决策的功能。需要现势性强的地理信息资料。数字测图能提供现势性强的地理基础信息。经过一定的格式转换，其成果即可直接进GIS的数据库。并更新GIS的数据库。一个好的数字测图系统应该是GIS的一个子系统。

数字测图系统是以计算机为核心，在外连输入、输出设备硬件以软件的支持下，对地形空间数据进行采集、输入、成图、绘图、输出、管理的测绘系统。

数字测图系统主要由数据输入、数据处理和数据输出3部分组成。

围绕这3部分,由于硬件配置、工作方式、数据输入方法、输出成果内容的不同，可产生多种数字测图系统.

按输入方法可区分为：原图数字化数字成图系统，航测数字成图系统，野外数字测图系统，综合采样(集)数字测图系统；

按硬件配置可区分为：全站仪配合电子手簿测图系统，电子平板测图系统等；

按输出成果内容可区分为：大比例尺数字测图系统，地形地籍测图系统，地下管线测图系统，房地产测量管理系统，城市规划成图管理系统等等。

不同的时期，不同的应用部门，如水利、物探、石油、科研院校等，也研制了众多的自动成图系统。

数字测图的作业过程

明确任务，调查测区编写技术设计书

地形控制测量

地形测图

检查与验收图的清绘与整饰编写技术总结，提交有关资料

组织、管理、人员、业务技术1大比例尺数字测图的技术设计2图根控制测量和测站点测定3野外采集数据数字测图的作业过程4数字地形图编辑和输出

5大比例尺数字地形图质量控制

1大比例尺数字测图的技术设计一、比例尺定义1、大比例尺

1:500～1:50002、中比例尺

1:10000～1:500003、小比例尺小于1:100000

二、大比例尺数字测图的作业范围大比例尺测图除测绘地形图以外，还有地籍图、房产图和地下管线图等，它们的基本测绘方法是相同的，并具有本地统一的平面坐标系统、高程系统和图幅分幅方法。1大比例尺数字测图的技术设计

地籍图表示的内容有地籍要素和必要的地形要素。地籍要素包括行政境界、土地权属界线、界址点及编号、土地编号、房产情况、土地利用类别、土地等级、土地面积等。必要的地形要素包括测量控制点、房屋道路、水系以及与地籍有关的地物、地理名称等。

房产图是地形图和地籍图的派生图，主要内容包括控制点、界址点、房屋权界线、房屋结构及层次、房产类别及用途、用地界线、附属设施、围护物、道路、水系以及与房产有关的其他地形要素等。

地下管线图的主要内容是各类地下管线的地面特征点、地下管线探测点、地下管线尺寸及用途、地下管线的附属设施以及地下管线周边的地形要素等。1大比例尺数字测图的技术设计三、大比例尺数字测图的作业规范-《工程测量规范》-《城市测量规范》-《地籍测绘规范》-《房产测量规范》-《大比例尺地形图机助制图规范》-《1:5001:10001:2000地形图图式》-《1:50001:10000地形图图式》-《地籍图图式》-《1:5001:10001:2000地形图要素分类与代码》等。

1大比例尺数字测图的技术设计四、大比例尺数字测图技术设计的内容1、任务概述2、测区情况实地踏勘，了解测区地形特点考察图根控制的布设条件3、已有资料及其分析需要的测绘资料：控制点，已有地形图4、技术方案的设计5、组织与劳动计划6、仪器配备及供应计划6、财务预算7、检查验收计划以及安全措施等。

2图根控制测量和测站点测定

一、图根控制测量图根平面控制点的布设，可采用图根导线、图根三角、交会方法和GPSRTK等方法。图根点的高程可采用图根水准和图根三角高程测定。图根点的精度，相对于邻近等级控制点的点位中误差，不应大于图上0.1mm，高程中误差不应大于测图基本等高距的1/10。

2图根控制测量和测站点测定

一、图根控制测量图根控制点（包括已知高级点）的个数，应根据地形复杂、破碎程度或隐蔽情况而决定其数量。对一般平坦而开阔地区，每平方千米图根点的密度为：

常规成图：1：2000≥15个

1：1000≥50个

1：500≥150个数字成图：1：2000≥4个

1：1000≥16个

1：500≥64个

2图根控制测量和测站点测定

二、测站点的测定在控制点或图根点上，增设测站点可采用极坐标法、交会法和支导线。数字测图测站点的点位精度要求：

中误差，≦图上0.2mm，高程，≦测图基本等高距的1/6

用支导线增设测站时，为保证方向传递精度，可用三联脚架法。经纬仪的半测回法半测回观测法是预先测定经纬仪的横轴误差、视准轴误差和竖盘指标差，并储存在电子手簿中，对观测方向和天顶距进行改正来消除其影响

1．横轴误差对水平方向影响的改正3图根控制测量和测站点测定

经纬仪的半测回法2．视准轴误差对水平方向影响的改正3．指标差对竖角的改正3野外采集数据一、野外数据采集原理传统地形图的测绘：测定点位，现场依据展绘的点位按图式符号描绘

数字测图是经过计算机软件自动处理（自动识别、自动检查、自动连接、自动调用图式符号等），自动绘出所测的地形图。因此，对地形点必须同时给出点位信息及绘图信息。

野外数据采集

1、GPS法即通过GPS接受机采集野外碎部点的信息数据；

2、航测法航空摄影测量和遥感手段采集地形点的信息数据；

3、大地测量仪器法即通过全站仪、测距仪、经纬仪等大地测量仪器实现碎部点野外数据采集。

3野外采集数据一、野外数据采集原理数字测图中地形点的描述必须具备3类信息：

（1）测点的三维坐标（点号）；（2）测点的属性，即地形点的特征信息（地形编码）；（3）测点的连接关系（连接点和连接线型）。野外测量时，知道测的是什么，当场记下该点的编码和连接信息；显示成图时，利用测图系统中的图式符号库，根据编码，就可以从库中调出与该编码对应的图式符号成图。即，如果测得点位，又知道该测点应与哪个测点相连，还知道它们对应得图式符号，就可以将所测的地形图绘出。这一简洁明了的测绘系统工作原理，正是由面向目标的系统编码、图式符号、连接信息一一对应的设计原理所实现的。3野外采集数据一、野外数据采集原理数据编码

野外数据采集仅用全站仪或其它大地测量仪器测定碎部点的位置（坐标）是不能满足计算机自动成图要求的，还必须将地物点的连接关系和地物属性信息（地物类别等）记录下来．一般按一定规则构成的符号串来表示地物属性信息和连接信息，这种有一定规则的符号串称为数据编码．数据编码的基本内容包括：地物要素编码（或称地物特征码、地物属性码、地物代码）、连接关系码（或连接点号、连接序号、连接线型）、面状地物填充码等．

3野外采集数据一、野外数据采集原理数据编码

连接信息

连接信息可分解为连接点和连接线型．当测点是独立地物时，只要用地形编码来表明它的属性，即知道这个地物是什么，应该用什么样的符号来表示．如果测的是一个线状地物，这时需要明确本测点与哪个点相连，以什么线型相连，才能形成一个地物．所谓线型是指直线、曲线或圆弧等．在EPSW中规定：１为直线；２为曲线；３为圆弧；空为独立点．

3野外采集数据一、野外数据采集原理

1、地形编码地形编码设计应遵循的原则：

（1）符合国标图式分类（2）简练，便于操作和记忆，比较符合测量员的习惯（3）便于计算机处理按照GB14804–93《1:5001:10001:2000地形图要素分类与代码》标准，地形图要素分为9个大类：测量控制点、居民地和垣栅、工矿建（构）筑物及其它设施、交通及附属设施、管线及附属设施、水系及附属设施、境界、地貌和土质、植被。地形图要素代码由四位数字码组成，从左到右，第一位是大类码，用1～9表示，第二位是小类码，第三、第四位分别是一、二级代码。3野外采集数据一、野外数据采集原理

1、地形编码按照GB14804–93《1:5001:10001:2000地形图要素分类与代码》标准，地形图要素分为9个大类：测量控制点、居民地和垣栅、工矿建（构）筑物及其它设施、交通及附属设施、管线及附属设施、水系及附属设施、境界、地貌和土质、植被。地形图要素代码由四位数字码组成，从左到右，第一位是大类码，用1～9表示，第二位是小类码，第三、第四位分别是一、二级代码。例如一般房屋代码为2110，简单房屋为2120，围墙代码为2430，高速公路为4310，等级公路为4320，等外公路为4330等等。

3野外采集数据

2数据记录内容和格式大比例尺数字测图野外采集的数据包括：一般数据，如测区代号、施测日期、小组编号等。仪器数据，如仪器类型、仪器误差、测距仪加常数、乘常数等。测站数据，如测站点号、零方向点号、仪器高、零方向读数等。方向观测数据，如方向点号、目标的觇标高、方向、天顶距和斜距的观测值等。碎部点观测数据，如点号、连接点号、连接线型、地形要素分类码、方向、天顶距和斜距的观测值、觇标高(或者是计算的、坐标和高程)等。控制点数据，如点号、类别、、坐标和高程等。．视准轴误差对水平方向影响的改正3野外采集数据

2数据记录内容和格式A1-表示记录类别，后面的记录按记录类别表示相应的内容。例如一条碎部点记录A2-表示点号A3-表示连接点号A4-表示线型和线序A5-表示地形要素代码A6、A7、A8-分别表示碎部点的、坐标和高程。

3野外采集数据二、地形图要素分类和代码1、国标编码按照GB14804–93《1:5001:10001:2000地形图要素分类与代码》标准，地形图要素分为9个大类：测量控制点、居民地和垣栅、工矿建（构）筑物及其它设施、交通及附属设施、管线及附属设施、水系及附属设施、境界、地貌和土质、植被。

3野外采集数据2、改进的国标分类与编码法的编码结构改进的编码=主码+元码3野外采集数据

改进的国标分类与编码法完全遵循了分类与编码的一般原则；易于扩充；与国家标准保持兼容；易于计算机的编程和数据库管理的实现，是一种比较理想的分层与编码法。3野外采集数据连接线分为直线、圆弧、曲线，分别以1、2、3表示，称为连接线型码。

三、连接线线型代码3野外采集数据四、野外数据采集方法

目前大比例尺野外数字测图主要使用全站仪采集数据。

由于采用光电测距，测站点到地物、地形点的距离即使在５００米以内也能保证测量精度，故对图根点的密度要求已不很严格，视测区的地形情况而定．一般以在５００米以内能测到碎部点为原则．通视条件好的地方，图根点可稀疏些；地物密集、通视困难的地方，图根点可密些（相对白纸测图时的密度）．等级控制点尽量选在制高点．控制测量主要使用导线测量，观测结果（方向值、竖角、距离、仪器高、目标高、点号等）自动或手工输入电子手簿，或电子计算机，并且结算出控制点坐标与高程．对于图根控制点，还可采用“辐射法”和“一步测量法”。

3野外采集数据四、野外数据采集方法

辐射法就是在某一通视良好的等级控制上，用坐标法测量方法，按全圆方向观测方式一次测定几个图根点．这种方法无须平差计算，直接测出坐标．为了保证图根点精度，一般要进行两次观测。

一步测量法就是将图根导线与碎部测量同时作业，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。

3野外采集数据

为切实保证野外作业的顺利进行，出测前必须对作业组成员进行合理分工，根据各成果的业务水平、特点，选好观测员，绘草图领尺（镜）员，跑尺（镜）员等．合理的分工组织，可大大提高野外作业效率。

⑴、测记法施测在观测碎部点时，绘制工作草图，在工作草图记录地形要素名称、碎部点连接关系，然后在室内将碎部点显示在计算机屏幕上，根据工作草图，采用人机交互方式连接碎部点，输入图形信息码和生成图形。

测量中需要绘草图必须把所测点的属性在草图上显示出来，以供处理、图形编辑时用．草图的绘制要遵循清晰、易读、相对位置准确，比例一致的原则，

3野外采集数据⑴、测记法施测3野外采集数据⑴、测记法施测3野外采集数据⑴、测记法施测3野外采集数据⑴、测记法施测3野外采集数据⑵、电子平板法施测3野外采集数据⑵、电子平板法施测3野外采集数据⑵、电子平板法施测3野外采集数据⑵、电子平板法施测3野外采集数据⑵、电子平板法施测3野外采集数据

⑵、电子平板法施测时采用PDA掌上电脑作为野外数据采集记录器，可以在观测碎部点之后，对照实际地形输入图形信息码和生成图形。

3野外采集数据图式符号库数据浏览3野外采集数据3野外采集数据注意事项

1、作业员进入测区后，根据事先的分工，各负其职。

2、绘图人员首先对测站周围的地形、地物分布情况熟悉一下，便于开始观测后及时在图上标明所测碎部点的位置及点号．

3、仪器观测员指挥跑镜员到事先选好的已知点上准备立镜定向；自己快速架好仪器，连接便携机，量取仪器高，选择测量状态，输入测站点号和方向点号、定向点起始方向值，一般把起始方向值置零；瞄准棱镜，定好方向通知持镜者开始跑点；用对讲机确定镜高及所立点的性质，准确瞄准，待测点进入手簿坐标被记录下来．一般来讲，施测的第一点选在某已知点上（手簿中事先已输入）。3野外采集数据

测后从以下几方面查找原因：已知点、定向点的点号是否输错；坐标是否输错；所调用于检查的已知点的点号、坐标是否有误；检查仪器、设备是否有故障等。在野外采集时，能测到的点要尽量测，实在测不到的点可利用皮尺或钢尺量距，利用电子手簿的间接量算功能，生成这些直接测不到的点的坐标．在一个测站上所有的碎部点测完后，还要找一个已知点重测，以检查施测过程中是否存在因误操作，仪器碰动或出故障等原因造成的错误．检查确定无误后，关机、搬站。到下一测站,重新按上述采集方法、步骤进行施测．

4数字地形图编辑和输出

野外采集的碎部数据，在计算机上显示图形，经过计算机人机交互编辑，生成数字地形图。

计算机地形图编辑是操作测图软件（或菜单）来完成的。大比例尺地面数字测图软件具有以下功能：

碎部数据的预处理，包括在交互方式下碎部点的坐标计算及编码、数据的检查及修改、图形显示、数据的图幅分幅等。

地形图的编辑，包括地物图形文件生成、等高线文件生成、图形修改、地形图注记、图廓生成等。

地形图输出，包括地形图的绘制、数字地形图数据库处理及储存。4数字地形图编辑和输出一、数据的图幅分幅和图形文件生成

碎部记录文件通常不是以一幅图的范围作为一个文件来记录的。

一个碎部记录文件可能涉及几幅图，或者是一幅图由多个记录文件拼接生成。

地面数字测图的碎部记录文件，通常不是以一幅图的范围作为一个文件来记录的，这是由于作业小组的测量范围是按河流、道路的自然分界来划分，同时记录文件的大小也取决于电子手簿的记录容量。因此，一个碎部记录文件可能涉及几幅图，或者是一幅图由多个记录文件拼接生成。

一幅图的图形文件由三个碎部记录文件拼接生成，其中D01、D02、D03是碎部点记录文件。

图形文件的形式，不同的测图系统有自己的设计。

4数字地形图编辑和输出一、数据的图幅分幅和图形文件生成由坐标文件、图块点链文件和图块索引文件表示的图形文件。

坐标文件的数据结构

图块点链文件的数据结构

4数字地形图编辑和输出一、数据的图幅分幅和图形文件生成图块索引文件的数据结构为：图块序号、起始点链序号、点数、地形要素代码、线型

从表10–1、表10–2和表10–3可得到绘制图块的全部信息。如图块2所对应的起始点链序号为8，图块由4个点组成，它们的点序号分别是5、7、8、6，由点序号从坐标文件中可读取对应点的坐标，然后按地形要素代码2430和线型1绘制图形，即为4个点连接的直线段围墙。4数字地形图编辑和输出二、等高线文件、按图幅形成离散高程点临时文件，离散点经构网、等高线追踪，得到表示等高线特征点的有序点列，存入等高线文件。等高线文件由点链文件和索引文件表示。1、等高线点链文件的数据结构为：特征点链序号、、。2、等高线索引文件的数据结构为：等高线序号、起始点链序号、特征点数、高程值、等高线代码。

等高线绘制时，由等高线索引文件获取某一等高线的起始点链序号和特征点数，在点链文件中，从起始点链序号开始，根据点数逐一读取特征点的坐标，然后用曲线光滑方法并根据等高线高程值绘制首曲线或者是计曲线。4数字地形图编辑和输出三、图形的修改、图形修改的基本功能包括删除、平移、旋转等。1、删除删除各种地物符号、等高线和注记时，用光标选中删除对象，即从相应的文件中调出图形信息，然后用背景色绘制，并在文件中删除该记录

2、平移3、旋转4数字地形图编辑和输出四、注记、注记分为专有名称注记（如居民地、河流等）、说明注记（如房屋结构、树种等）和数字注记（如地面点高程、比高、房屋层数等）。4数字地形图编辑和输出四、图廓生成

、图廓的内容包括内外图廓线、方格网、接图表、图廓间和图廓外的各种注记等。

4数字地形图编辑和输出五、绘制地形图

、由计算机控制绘图仪绘制地形图。

绘图仪有矢量绘图仪和点阵绘图仪。

点阵绘图仪绘图速度较矢量绘图仪快，目前多采用属于点阵绘图仪的喷墨绘图仪绘制。

5大比例尺数字地形图质量控制

1、大比例尺数字地形图的基本要求平面坐标系:“1980西安坐标系”大地基准高斯-克吕格投影的平面直角坐标系3度带特殊情况下:1:500-1:2000采用独立坐标系高程基准:1985国家高程基准精度:平面:地物点相对最近野外控制点的图上的点位中误差为:<0.6mm

高程:高程注记点相对最近野外控制点的高程中误差: