智能测绘 课件 鲁乃唯 第6-9章 地形图测绘及应用-智能测绘新技术

智能测绘IntelligentSurveyingandMapping第六章：地形图测绘及应用6.地形图测绘6.地形图测绘6.地形图测绘6.地形图测绘6.地形图测绘地形图测绘的基础知识数字测图阅图地形图应用数字地面模型及应用目录6.地形图测绘

6.1.1

图根控制测量

6.1.2地物平面图测绘6.1地形图测绘的基础知识图根平面控制测量图根高程控制测量平板仪图解法测图经纬仪测记法测图地物测绘的一般规定地形图的注记6.1地形图测绘的基础知识图根控制测量：直接为测绘地形图而建立的控制测量。控制点称为图根控制点，简称图根点。图根控制分为平面控制和高程控制。图根平面控制采用的坐标系统应与国家或城市的坐标系统相统一。图根平面控制的布设形式，可根据测区的大小和地形情况而定，应尽量利用已有的国家或城市平面控制加密建立。对于独立测区，图根平面控制可以在测区的首级控制或等级控制下布设。图根高程控制必须在国家或城市高程各等级水准点的基础上布设，以取得统一的高程基准。6.1.1图根控制测量图根电磁波测距导线应布设成附合导线、闭合导线或导线网。当图根电磁波测距导线布设成结点网时，结点与高级点间、结点与结点间的导线长度应不大于规定长度的0.7倍。因地形限制，图根导线无法附合时，可布设不超过4条边的支导线，转折角和边长必须往返观测。（1）图根平面控制测量图根平面控制测量可采用图根电磁波测距导线方法、GNSS方法等测定，局部地区控制点的加密可采用交会定点法。电磁波测距导线方法：6.1地形图测绘的基础知识GNSS方法测定图根点平面坐标采用静态、快速静态以及GNSS-RTK定位方法，按《卫星定位城市测量技术规程》(CJJ/T73-2010)执行。GNSS网可采用多边形环、附合路线和插点等形式；GNSS外业观测应采用精度不低于(10mm+2ppmXD)的各种单频或双频GNSS接收机，卫星截止高度角10°，历元间隔20S；GNSS网平差计算采用与地面数据进行联合平差。（1）图根平面控制测量GNSS方法测定：6.1地形图测绘的基础知识（1）图根平面控制测量图根交会定点可采用前方交会、测边交会、后方交会等形式。交会定点的角度和距离测量的技术指标可参照图根导线测量。6.1地形图测绘的基础知识（2）图根高程控制测量图根高程控制测量可采用水准测量、电磁波测距三角高程测量和GNSS高程测量方法进行。6.1地形图测绘的基础知识可沿图根导线点布设附合水准路线、闭合水准路线或水准网。当布设为水准网时，结点与高级点间、结点与结点间的路线长度不应超过6.0km。条件困难时，可布设图根水准支线，但其长度不应超过4.0km，且必须往返观测。图根水准应采用精度等级不低于DS3的水准仪或电子水准仪观测，仪器使用前，必须进行检验和校正，其i角应小于30"。图根水准测量的视线长度应小于100m，红、黑面高差之差应小于±5mm，红、黑面读数差应小于±3mm。（2）图根高程控制测量水准测量：6.1地形图测绘的基础知识电磁波测距三角高程测量是通过观测测站点至照准点的竖直角，再用电磁波测距仪测取此两点间的距离，根据平面三角公式计算此两点间的高差，进而推求待定点高程的方法。图根电磁波测距三角高程路线应起讫于不低于四等的水准点上，路线中各边应对向观测。进行图根电磁波测距三角高程测量时，应在观测前后分别用小钢卷尺精确量取仪器高和棱镜高，两次量取高度的较差小于3mm时取中数。计算高差时，应考虑地球曲率和大气折光的影响。（2）图根高程控制测量电磁波测距三角高程测量：6.1地形图测绘的基础知识采用GNSS方法布设图根高程控制点，可联测不低于四等水准的高程点，通过拟合的方法确定图根控制点的高程，联测高程点数应不少于5点，且均匀分布在网中。（2）图根高程控制测量GNSS高程测量：6.1地形图测绘的基础知识6.1地形图测绘的基础知识地形控制测量完成后，根据图根控制点的坐标和高程，测定地物、地形特征点的平面位置和高程，并按照规定的比例尺和符号缩绘出测区的地形图。地形图测绘包括地物和地貌的测绘。测绘方法：

•测图技术设计（收集控制点成果和测区已有资料、野外踏勘、编写技术设计书等）

•野外数据采集

•

野外测图及内业成图

6.1.2地物平面图测绘平板仪测图曾是我国各生产单位用于测绘大比例尺地形图的一种传统方法。平板仪是在野外直接测绘地形图的一种仪器，它可以同时测定地面点的平面位置和高程。在平板仪测图中，水平角用图解法测定，水平距离用钢尺、皮尺或电磁波测距测定，在现场按测得的几何元素在平板仪的图纸上用铅笔、直尺、比例尺、分规、量角器等作图工具绘图。（1）平板仪图解法测图6.1地形图测绘的基础知识（1）平板仪图解法测图6.1地形图测绘的基础知识设在地面上有A，B，C点，在B点上水平地安置平板，板上固定一张图纸，在纸上画出表示地面点B的b点，使b点与B点在同一条铅垂线上(称为平板对点)。经纬仪测图法是按极坐标法定位的解析测图法。利用经纬仪的水平度盘、竖盘和安装在经纬仪上的测距仪(或用卷尺)量取测定点位的必要数据，最后用各种作图方法进行绘图。（2）经纬仪（全站仪）测记法测图（碎部测量的方法）6.1地形图测绘的基础知识（2）经纬仪测记法测图6.1地形图测绘的基础知识在图根控制点A上安置经纬仪，量取仪器高。瞄准另一图根控制点B(称为定向点)进行水平度盘定向，转动照准部依次瞄准地物点1，2，3，…上竖立的觇牌或棱镜(其高度为已知，称为目标高)，测定定向点与地物点间的水平角，同时用卷尺或测距仪测定测站至地物点的水平距离D；及高差h。（2）经纬仪测记法测图6.1地形图测绘的基础知识经纬仪测记法现场测图的具体方法如下：1、经纬仪安置在图根控制点上，将小平板放在经纬仪旁边，作为一张野外的绘图桌。2、图根控制点事先展绘在图纸上；测站至地物点的水平角和平距测定以后，随即用量角器和比例尺按极坐标法标定点位；也可以用计算器算得的地物点坐标展绘点位。3、将地物特征点的点位用线条连接，即可在图上绘出地物的平面位置。4、将测得的观测数据用PDA(个人移动掌上电脑)在现场记录下来，用计算程序算出各地物点的三维坐标(x，y，H)，连同地物点的编号及特征代码储存在PDA中。最后通过数据通讯，把这些数据传输到计算机中，通过相应的测图软件绘制成数字地形图。（2）经纬仪测记法测图6.1地形图测绘的基础知识教材P1861、安置仪器2、定向3、立尺4、观测5、记录、计算6、展绘碎部点（3）地物测绘的一般规定6.1地形图测绘的基础知识地物在地形图上的表示原则如下：1、凡是能依比例尺表示的地物，将它们轮廓的几何形状表示在图上，边界内再加绘相应的地物属性的符号。2、对于面积较小、不能依比例尺表示的地物，则测定其中心位置，在地形图上以相应的地物符号来表示。3、测绘地物必须根据规定的测图比例尺，按规范和图式的要求。4、政府测绘主管部门制定的各种比例尺的测量规范和地形图图式必须遵守。5、地物测绘主要是将地物几何形状的特征点测定下来。（3）地物测绘的一般规定6.1地形图测绘的基础知识大比例尺地形图测绘各类地物的要求和取舍原则：对于居民地的外部轮廓，应准确测绘。其内部的主要街道以及较大的空地应区分出来对散列式的居民地、独立房屋应分别测绘。固定建筑物应实测其墙基外角，并注明结构和层次；房屋附属设施：廊、建筑物下的通道、台阶、室外扶梯、围墙、门墩和支柱等，应按实际测绘；起境界作用的栅栏、栏杆、篱笆、活树篱笆、铁丝网等应测绘。铁路轨道、电车轨道、缆车轨道等应按轨道测绘；火车站及附属设施(包括站台、天桥、地道、信号设备、水鹤等)应分别按实际位置测绘；测绘铁路时，应测定铁轨中心线上的点，并量取轨距。在曲线部分及道岔部分，测点需要密一些，使能正确表示其实际位置。（3）地物测绘的一般规定6.1地形图测绘的基础知识大比例尺地形图测绘各类地物的要求和取舍原则：高速公路、等级公路、等外公路等应按其宽度测绘，并注记公路等级代码和路面材料，国道应注出其编号；高架路的路面宽度及其走向应按实际投影测绘；公路按路面或路肩边线位置测绘，公路的弯道和道路交叉处，测点应密一些，使能正确表达曲线的线型(如圆曲线、缓和曲线等)。大车路、乡村路应按其实宽依比例尺测绘；人行小路主要是指居民地之间来往的通道，应实测其中心线位置，其图上宽度小于2mm的，可用单线表示；单位或住宅小区的内部道路应按实际形状测绘。路堑、路堤、边坡、挡土墙应按实际位置测绘等。（4）图的注记6.1地形图测绘的基础知识注记是地形图的重要内容之一，是判读和使用地形图的直接依据。注记对应于各种地物的名称、尺寸和数量。（4）图的注记6.1地形图测绘的基础知识注记的方法应遵照有关图式的规定：名称的注记必须使用国务院公布的简化汉字。水平字列--各字中心连线应平行于南、北图廓，由左向右排列；垂直字列--各字中心连线应垂直于南、北图廓，由上而下排列。注记的字向一般为正向，即字头朝向北图。居民地名称和政府机构、企业单位等名称，均应查明注记。凡属用图形线条和图式符号不能说明的地物，需加说明注记。数字注记包括控制点的点号和高程等，选用图式规定的字体。门牌注记宜全部逐号注记，毗邻房屋过密的，可分段注以起迄号。6.地形图测绘地形图测绘的基础知识数字测图阅图地形图应用数字地面模型及应用目录6.地形图测绘

6.2.1数字地形图概述

6.2.2数字测量仪器6.2数字测图数字测图系统地形要素数据采集地形图编码全站仪野外数据采集全站仪与计算机的数据通讯6.2数字测图数字测图是一种以电子测量仪器采集数据，并以计算机辅助成图的方法。图根控制分为平面控制和高程控制。具有以下优点：测图自动化保持测量精度6.2.1数字地形图概述（1）数字测图系统6.2数字测图数字测图系统是以全站仪和计算机为核心，在相应软件的支持下，对地形数据进行采集、传输、编辑、成图、输出、绘图、管理的测绘系统。（2）地形要素数据采集6.2数字测图地形信息包括所有与成图有关的各种资料，如测量控制点资料、各种地物和地貌的位置数据和属性以及有关的注记等。方式有：地面测量仪器数据采集：利用电子全站仪或其他测量仪器在野外对成图信息直接进行采集。数字摄影测量数据采集：利用大比例尺航空摄影影像或卫星遥感影像，在数字摄影测量系统中建立地形立体模型，直接生成。数字化仪数据采集：以矢量数据形式输入各类实体的图形数据。扫描仪数据采集：利用扫描仪进行图形输人，用专门程序把扫描获得的栅格数据转换成矢量数据，从中提取图形的点、线、面信息，然后再编辑处理。（3）地形图编码6.2数字测图数字化成图中，测定地形点后的成图过程由计算机软件自动完成。在数字测图中，对于点的描述必须赋予三类信息，才能完成自动成图的工作，即：①点号：②点的三维坐标(x，y，H)；③点的属性，包括点的分类信息和连线信息等。地形编码的构成形式一般为：分类码+线条码+其他编码。教材P2046.2数字测图全站仪野外数据采集

用电子全站仪配合计算机进行地面数字测图是目前最常用的方法，传统的测图作业步骤是先控制后细部，数字测图也应采取相同的作业步骤。6.2.2数字测量仪器图6-4全站仪对目标点的三维坐标测定6.2数字测图全站仪野外数据采集在进行细部点测量时，应尽可能按地物的分类和连线的次序进行，这样便于编码输入和地物图形按编码自动连线。

6.2.2数字测量仪器图6-5地形测量细部点编码示例6.2数字测图全站仪野外数据采集Trimble5600全自动电子全站仪6.2.2数字测量仪器1.目镜；2.垂直微动螺旋；3.水平微动螺旋；4.控制键盘及显示屏；5.电台天线：6.物镜；7.跟踪器；8.通讯接口图6-6Trimble5600全自动电子全站仪6.2数字测图全站仪野外数据采集Trimble5600全自动电子全站仪6.2.2数字测量仪器1.全方位微型棱镜；2.有源目标发射器；3.控制键盘及显示屏4.电台及控制器支架：5.标高刻度；6.圆水准器；7.电台图6-8远程有源定位觇标(RMT)6.2数字测图全站仪野外数据采集Trimble5600的特殊功能如下：自动瞄准功能：仪器安装有四速转动伺服系统，可以快速、平稳、精确地自动瞄准目标。目标锁定跟踪功能：配合RMT(远程有源定位觇标)，仪器能自动搜索到目标、锁定并跟踪目标的移动。遥控和联测功能：仪器和RMT都有装有trimblesurveycontroller软件的ACU控制器，并各有电台，相互有无线电通讯功能；控制器通过电台通讯可以全面遥控仪器的各种功能，因此有可能实现“单人测量”。联测功能：ACU控制器可以将Trimble5600系列全站仪与TrimbleGNSS接收机结合起来，从而很容易在RTK和全站仪测量间进行转换。6.2.2数字测量仪器6.2数字测图全站仪与计算机的数据通讯数据通讯是指将数据在不同设备之间进行传输的过程。

6.2.2数字测量仪器图6-9在计算机终端仿真程序中设置通讯参数图6-10SET230R的“通讯参数设置”屏幕6.2数字测图全站仪与计算机的数据通讯

6.2.2数字测量仪器图6-11SET230R的数据通讯操作屏幕练习简述数字测量仪器的操作方法。简述碎部测量的步骤。

6.地形图测绘地形图测绘的基础知识数字测图阅图地形图应用数字地面模型及应用目录6.地形图测绘

6.3.1阅图基础知识

6.3.2地形图的比例尺6.3.3地形图图式6.3.4等高线6.3.5地形图的分幅和编号6.3阅图基础知识6.3阅图基础知识地形图测绘是按照测量工作的“先控制，后细部”的原则进行的。先在测区内建立平面和高程控制网，然后根据控制点进行地物和地貌测绘。将地面上各种地物的平面位置按一定的比例用线条和符号测绘在图纸上，并测定地面代表性点位的高程，这种图称为地物平面图。如果既测绘地物平面位置，又测定地面高程点，并据此绘制表示地貌的等高线，这种图称为等高线地形图。这两种图又通称为地形图。在地形图上用点位、线条、符号、文字表示的地物和地貌的空间位置及属性称为地形要素。地形测量就是测定地形要素，其最终成果就是地形图。复习：测绘的原则P13

6.3.1阅图基础知识6.3阅图基础知识6.3.1阅图基础知识6.3阅图基础知识6.3.1阅图基础知识6.3阅图基础知识图解地形图，或为白纸测图

。机助成图6.3.1阅图基础知识计算机屏幕显示的数字地形图6.3阅图基础知识图解地形图，或为白纸测图

。机助成图6.3.1阅图基础知识计算机屏幕显示的数字地形图6.3阅图基础知识图上一段直线长度与地面上相应线段的实际水平长度之比，称为图的比例尺。比例尺有下列两种表示方法。数字比例尺可表示为分子为1，分母为整数的分数。在地形图上绘制的表示实地标准长度的分划尺称为图示比例尺。最常见的图示比例尺为直线比例尺，图6-13所示为1：500的直线比例尺，取2cm(实地为10m)长度为基本单位。从直线比例尺上直接可读得基本单位的1/10，可估读到1/100。6.3.2地形图的比例尺图6-131：500直线比例尺6.地形图测绘几点说明大比例尺大比例尺地形图的测绘方法分为传统测图和数字测图6.3阅图基础知识通常把1∶500，1∶1000，1：2000，1：5000比例尺的地形图称为大比例尺图，把1：1万，1∶2.5万，1：5万，1：10万比例尺的地形图称为中比例尺图，把1：20万，1：50万，1：100万比例尺的地形图称为小比例尺图。中比例尺地形图是国家的基本图，由国家测绘部门负责在全国范围内测绘，目前均用数字摄影测量方法成图。小比例尺地形图一般由中比例尺图缩小编绘而成。大比例尺地形图为城市和工程建设所需要。6.3.2地形图的比例尺6.3阅图基础知识

6.3.2地形图的比例尺平坦地区城市地形图6.3阅图基础知识地形图比例尺精度某种比例尺地形图上0.1mm所对应的实地投影长度，称为这种比例尺地形图的最大精度，或称该地形图比例尺精度。教材P170，人眼能分辨地图上的最小距离约为0.1mm。6.3.2地形图的比例尺6.3阅图基础知识真题6.3.2地形图的比例尺6.3阅图基础知识为便于测图和用图，在地形图上用各种点位、线条、符号、文字等表示实地的地物和地貌，这些线条和符号等统一代表地形图上所有的地形要素，总称为地形图图式。地物符号分为比例符号、非比例符号和半比例符号。6.3.3地形图图式6.3阅图基础知识地物符号-比例符号6.3.3地形图图式6.3阅图基础知识地物符号-非比例符号6.3.3地形图图式6.3阅图基础知识地物符号-半比例符号6.3.3地形图图式6.3阅图基础知识地貌符号-常指等高线。6.3.3地形图图式6.3阅图基础知识注记符号使用文字、数字或特定的符号对地物加以说明或补充。6.3.3地形图图式6.3阅图基础知识典型地貌的名称地貌是地形图要表示的重要信息之一。地貌尽管千姿百态、错综复杂，但其基本形态可以归纳为几种典型地貌，如山头、山脊、山谷、山坡、鞍部、洼地、绝壁等。6.3.4等高线图6-15典型地貌的名称6.3阅图基础知识等高线是地面上高程相同的相邻点所连成的一条闭合曲线，水面静止的湖泊和池塘的水边线，实际上就是一条闭合的等高线。因此，可以设想有一座在静止湖水中的山岛6.3.4等高线图6-16等高线定义6.3阅图基础知识相邻等高线间的地面坡度6.3.4等高线d—等高线平距，相邻等高线之间的水平距离h—等高距，相邻等高线之间的高差，也称等高线间隔M—比例尺分母6.3阅图基础知识等高线的特性：同一条等高线上各点的高程都相同；等高线是一条闭合曲线，不能中断，如果不在同一幅图内闭合，则必定跨越邻幅或许多幅图后闭合；等高线只有在绝壁或悬崖处才会重合或相交；等高线经过山脊或山谷时转变方向，因此，山脊线和山谷线应与转变方向处的等高线的切线垂直相交；在同一幅地形图上，等高距应是相同的。因此，等高线平距大(等高线疏)，表示地面坡度小，地形平坦；等高线平距小(等高线密)，表示地面坡度大，地形陡峻。6.3.4等高线练习以图中B、C两点为例，设量得B、C的图上距离为28.5mm,求B、C之间的平均坡度。

6.3阅图基础知识为了便于管理和使用地形图，需要将大面积的各种比例尺的地形图进行统一分幅和编号。地形图的分幅方法有两种：一种是按经纬线分幅的梯形分幅法，也称国际分幅法；另一种是按坐标格网分幅的矩形分幅法。前者用于中、小比例尺的国家基本图的分幅，后者用于城市大比例尺图的分幅。地形图的国际分幅由国际统一规定的经线为图的东、西边界，统一规定的纬线为图的南、北边界。为适应计算机管理和检索，1992年国家技术监督局发布了《国家基本比例尺地形图分幅和编号》(GB/T13989-92)国家标准，自1993年7月1日起实施。6.3.5地形图的分幅和编号6.3阅图基础知识1：100万比例尺地形图的分幅是从地球赤道起，向两极每隔纬差4为一横行，依次以英文字母A，B，C，D，…，V表示；由经度180°起，自西向东每隔经差6°为一纵列，依次用1，2，3，…，60表示。6.3.5地形图的分幅和编号东半球北纬1：1000000比例尺地形图的国际分幅和编号6.3阅图基础知识北京：J506.3.5地形图的分幅和编号6.3阅图基础知识6.3.5地形图的分幅和编号包括中国领土的1：1000000比例尺地形图的国际分幅和编号6.3阅图基础知识6.3.5地形图的分幅和编号1：500000~1：5000比例尺地形图图号的数码构成1：500000~1：5000比例尺地形图分幅和编号教材P183例子6.3阅图基础知识6.3.5地形图的分幅和编号

地形图按矩形分幅时，常用的编号方法有以下两种：1、图幅西南角坐标千米数编号法图幅西南角坐标千米数编号法6.3阅图基础知识6.3.5地形图的分幅和编号

地形图按矩形分幅时，常用的编号方法有以下两种：2、基本图幅编号法基本图幅编号法6.地形图测绘地形图测绘的基础知识数字测图阅图地形图应用数字地面模型及应用目录6.4地形图应用6.4.1地形图应用概述

地形图的主要用途：地形图是国土整治、资源勘察、城乡规划、土地利用、环境保护、工程设计、矿藏采掘、河道整理等工作的重要资料，可以从地形图上获取地物、地貌、居民点、水系、交通、通讯、管线、农林等多方面的信息，作为设计的依据。6.4地形图应用6.4.1地形图应用概述

地形图的识读：在地形图的图廓外有许多注记，如图号、图名、接图表、比例尺、图线、经纬度格网、坐标格网、三北方向线和坡度尺等。图6-221：10000比例尺图的图和格网6.4地形图应用6.4.2地形图应用的基本内容和方法

点位的坐标量测凡从地形图上获得长度、角度、坐标、面积等数据称为量测。在大比例尺地形图上，都绘有纵、横坐标方格网(或在方格的交点处绘一十字线)，如图6-23所示。图6-23点位的坐标量测6.4地形图应用6.4.2地形图应用的基本内容和方法

点位的坐标量测用id命令进行点位的坐标量测时，同时需利用AutoCAD中的snap(目标捕捉)命令实现对独立点(nod)、线条的端点(end)、中点(mid)、交点(int)、圆周或圆弧的圆心点(cen)等进行“捕捉”，这样才能获得准确的坐标值。如果凭光标目估点的位置，则只能获得近似值。图6-24数字地形图的量测6.4地形图应用6.4.2地形图应用的基本内容和方法

两点间的距离和方位角量测当需要确定图上A，B两点间的水平距离D时，可以根据已求得的A，B两点的坐标值xA，yA和xB，yB用下式计算：对于数字地形图，在AutoCAD中量测两点间的距离和方位角也比较容易，且能获得精确的数值。由于长度和角度单位涉及表示形式和精度问题，因此，量测前，必须设置好长度和角度的单位、形式和精度，使符合测绘行业的惯用单位、形式和精度规定。6.4地形图应用6.4.2地形图应用的基本内容和方法

两点间的距离和方位角量测图6-24数字地形图的量测6.4地形图应用6.4.2地形图应用的基本内容和方法

两点间的距离和方位角量测在AutoCAD中发units命令，显示“图形单位”对话框，如图6-25所示。图6-25设置长度和角度单位的对话框6.4地形图应用6.4.2地形图应用的基本内容和方法

在地形图上设计等坡线图6-26地形图上量测地面坡度和设计等坡线6.4地形图应用6.4.3工程建设中的地形图应用

绘制地形断面图：在进行道路、隧道、管线等工程设计时，往往需要了解两点之间的地面起伏情况，这可根据等高线地形图来绘制断面图。图6-27绘制地形断面图6.4地形图应用6.4.3工程建设中的地形图应用

确定汇水范围图6-28确定汇水范围6.4地形图应用6.4.3工程建设中的地形图应用确定填挖边界线和计算土方量图6-29平整成倾斜平面6.4地形图应用6.4.3工程建设中的地形图应用建筑设计中的地形图应用在进行建筑设计时，应该充分考虑地形特点，进行合理的竖向规划。地形对建筑物布置的间接影响是自然通风和日照效果方面的影响。在建筑设计中，既要珍惜良田好土，尽量利用薄地、荒地和空地，又要满足投资省、工程量少和使用合理等要求。6.4地形图应用6.4.3工程建设中的地形图应用城市规划用地分析的地形图应用城市用地在规划设计以前，首先应按建筑、交通、给水和排水等对地形的要求，分析用地的地形，并在地形图上标明不同坡度的地区的地面水流方向、分水线和集水线等，以便合理地利用地形和改造原有地形。图6-30城市规划用地的地形分析6.4地形图应用6.4.3工程建设中的地形图应用道路勘测设计中的地形图应用道路的路线以平、直较为理想，实际上，由于地形和其他原因的限制，要达到这种理想态是很困难的。为了选择一条经济而合理的路线，必须进行路线勘测。路线勘测一般分为初测和定测两个阶段。初测是根据基本确定的路线走向、道路控制点和路线等级标准而进行的外业调查勘测工作。通过初测，要求对路线的基本走向和方案作进一步的论证比较，为编制初步设计和设计概算提供所需的全部资料。定测是具体核定路线方案，实地标定路线，进行路线详细测量，实地布设桥涵等构造物，并为编制施工图搜集资料。6.地形图测绘地形图测绘的基础知识数字测图阅图地形图应用数字地面模型及应用目录6.5数字地面模型及应用6.5.1数字地面模型（DTM,DigitalTerrainModel）的特点地形测量的实测数据经过全站仪等数据采集和计算机的数据通讯，以及计算机软件的编辑处理，将地形信息形成线划地形图，并以数字形式储存于计算机内存或光盘等载体，成为数字地形图。图6.5.1数字地面模型6.5数字地面模型及应用6.5.1数字地面模型的特点数字地面模型应用的最大特点是可以在计算机的屏幕上操作，例如量测数据、工程设计、内容改编(增添、删除、复制、移位、旋转等)。数字地面模型扩大了地形信息的内涵，丰富了表达能力。可以用三维表达方式，更真实和完备地反映客观世界。图6-31数字地面模型6.5数字地面模型及应用6.5.2数字地面模型的应用（1）在GIS中的应用地理信息系统(GIS-geographicinformationsystem)是用于地理空间数据采集、存储处理、查询、分析、利用和可视化的电子计算机信息系统。主要用于国土整治、环境保护、资源开发、城市规划、灾害预报、农作物估产等。其原始的数据采集主要依据测绘和遥感技术相对于GIS来说，测绘资料是一种与空间分布有关的基础数据源，而这种数据源的主要内容是数字地形图。6.5数字地面模型及应用6.5.2数字地面模型的应用（2）在工程建设中的应用有了数字地形图，在计算机成图软件的环境下，可以绘制各种比例尺的地形图和专题图，也可以很容易地获取各种地形信息。有了数字地形图，利用AutoCAD等的三维图形处理功能，可以建立数字地面模型(DTM)，即相当于得到了地面的立体形态。在建筑工程中，利用数字地形测量的原理和方法扩充为建筑工程测绘。6.5数字地面模型及应用6.5.2数字地面模型的应用（2）在工程建设中的应用图6-32建筑物的三维模型6.5数字地面模型及应用6.5.2数字地面模型的应用（2）在工程建设中的应用图6-33建筑物局部图形的放大图6-34建筑物细部大样图6.5数字地面模型及应用6.5.2数字地面模型的应用（2）在工程建设中的应用在机械制造工业中，利用数字地形测量的原理和方法建立工业品的数字模型，能详细地表示出结构复杂的工业品的形状，据此可进行各种数据量测和计算机辅助设计。图6-35舰艇推进器的三维图形6.5数字地面模型及应用6.5.2数字地面模型的应用（3）在导航中的应用数字地形图可帮助选择行车路线，制定旅行计划。能在行进中接通全球定位系统，将目前所处的位置显示在图上，并指明前进路线和方向。（4）在土地规划管理中的应用数字地形图不仅能满足土地规划管理的需要，而且易于维持内容的现势性，并能编辑出与使用目的相适应的多种专题地图。（5）在交通旅游中的应用数字地形图可将交通旅游的有关的空间信息通过网络发布给用户，也可以通过机场、火车站、码头、广场、宾馆、商场等公共场所的触摸屏显示电子地图，为人们提供交通、旅游、购物信息。6.5数字地面模型及应用6.5.2数字地面模型的应用（6）在农业和气象部门的应用农业部门可用数字地形图预测粮食产量和各种经济作物产量情况，各种作物播种面积分布，为各级政府决策服务。（7）在防洪救灾中的应用专用于防洪救灾的数字地形图可显示各种等级堤防分布、险段分布和交通路线分布等详细信息，为各级防汛指挥部门具体布置抗洪抢险方案(如物资调配、人员安排、分洪区群众转移、安全救护等)提供科学依据。（8）在军事指挥中的应用数字地形图与卫星系统联接，指挥员可从屏幕上观察战局变化，指挥部队行动。本章内容结束地形图测绘的基础知识数字测图阅图地形图应用数字地面模型及应用主讲人：***院系：***日期：***智能测绘IntelligentSurveyingandMapping第七章：施工放样第七章施工放样测设元素地面点平面位置测设现代施工测设技术应用案例目录7.1测设元素第七章施工放样放样、测设或定位：通过测量工作把设计的待建物的位置和形状在实地标定出来。施工放样是测量工作的另一种形式，是测定的逆过程。基本任务：确定设计点的空间位置----平面位置和高程。放样工作同样也需要控制测量提供足够数量的已知点作为起算点。基本工作：测设点的平面位置和高程。平面点位的测设：测设水平距离和测设水平角等基本操作7.1测设元素放样与测定相比，有以下一些不利因素：无法多测回：施工测定时可多测回重复观测，放样时不便多测回操作;测点位置未固定：测定时标志是事先埋好的，放样时观测与设点同时进行，标埋设地点通常也不允许选择;多人协同工作：测定时由观测者瞄准固定目标进行读数，一人观测能够眼手协调工作，有利于提高观测速度和精度，放样时往往由观测者指挥助手移动目标进行瞄准，操作时间较长，且观测者与助手间的配合质量直接影响定点精度。第七章施工放样7.1测设元素7.1.1.设计水平距离的测设距离放样是在量距起点和量距方向确定的条件下，自量距起点沿量距方向丈量已知距离，定出直线另一端点的过程。钢尺量距法放样：在已知方向上，按一般精度测设设计距离时，只要从起点A开始，按钢尺量距的一般方法，沿标定的方向拉紧拉平钢尺，在非常接近标定长度的点位处打一本桩，再按标定的长度在木桩上打一小钉，起点到小钉的距离即为欲标定的水平距离。改变起始读数，再标定一次，两次标定的结果若在限差之内，则取其平均值作为最后结果。图10.1钢尺量距的一般方法第七章施工放样7.1测设元素7.1.1.设计水平距离的测设全站仪或测距仪放样：如图10.2所示，A为已知点，欲在AC方向上定一点B，使A、B间的水平距离等于D。图10.2全站仪(测距仪)距离放样第七章施工放样钢尺量距离的局限性：受地形影响较大，当距离较长时工作量大，效率低，精度难以保证全站仪量距的特点：适应性强、速度快、精度高，在土建工程施工放样中得到广泛应用7.1测设元素7.1.1.设计水平距离的测设第七章施工放样(1)已知点A安置全站仪，沿AC方向在B点的大致位置安置棱镜，测定水平距离，根据测得的水平距离与已知水平距离D的差值，沿AC方向移动棱镜，至测得的水平距离与已知水平距离D很接近或相等时钉设木桩。(2)在桩顶画出AC方向线，并在桩顶中心位置画垂直于AC方向的短线，交点为B'。在B'置棱镜，测定A、B'间的水平距离D'。(3)计算差值∆D=D-D'，根据AD用钢卷尺在桩顶修正点位。全站仪放样方法:7.1测设元素7.1.2.设计水平角的测设（拨角法放线）正倒镜分中法：A、B为现场已定点，欲定出AP方向，使∠BAP=β，具体步骤如下:经纬仪安置在A点，盘左后视B点并读取水平度盘读数α

，转动照准部使水平度盘读数为b=α±β，式中正负号视P点在AB线的左方还是右方而定，左方为负，右方为正，定出P1点然后盘右后视B点，用上述方法再次拨角，并在视线上定出P2点定出P1、

P2的中点P，则∠BAP就是要放样的β角。图10.3正倒镜分中法第七章施工放样7.1测设元素7.1.2.设计水平角的测设（拨角）正倒镜分中法放样已知水平角时，采用两个盘位拨角主要是为了校核，同时也可削弱仪器误差的影响，但精度提高并不明显（尤其是J2经纬仪）。图10.3正倒镜分中法注意：第七章施工放样7.1测设元素7.1.2.设计水平角的测设多测回修正法：用于当对角值的放样精度要求较高时，具体步骤如下：先按上述正倒镜分中法在实地定出P'点。ρ''=206265”；∆β以秒为单位；长度AP'可用尺概略丈量。图10.4多测回修正法以P'为过渡点，根据放样精度选用必要的测回数实测角度∠BAP'，取各测回平均值为β'，则角度修正值∆β=β−β'。将∆β转换为P‘点的垂距来修正角值，垂距计算公式为第七章施工放样在P'点垂直于AP'方向偏移PP'，定出P点，则∠BAP即为要放样的β角。实际放样时应注意点位的改正方向。7.1测设元素7.1.2.设计水平角的测设利用全站仪放样水平角：全站仪角度放样与经纬仪角度放样原理相同，在操作上略有差别：如10.5图所示，已知放样水平角值β，放样方向AP在已知边AB的右侧，首先在已知点A上安置全站仪，对中、整平，后视已知点B，直接将度盘读数设置为零（或已知边的坐标方位角αab）当水平角读数处于顺时针增加状态时，转动照准部使得水平角读数为β(或αab+β)；逆时针增加状态时，应为360°-

β(或αab−β)。在视线方向上即可定出P点。图10.5全站仪放样角度第七章施工放样观看视频：全站仪-坐标点放样7.1测设元素7.1.3.设计高程的测设主要采用水准测量的方法，有时也采用钢尺直接量取垂直距离或三角高程测量的方法高程放样时，先在测区布设一定密度的水准点作为放样的起算点；在根据设计高程标注高程位置高程标定措施：土石方工程一般使用木桩---侧面划水平线或标定在桩顶混凝土及砌体工程用红漆作记号，标定在面壁或模板上第七章施工放样7.1测设元素7.1.3.设计高程的测设一般的高程放样：一般情况下，放样高程位置均低于水准仪视线高且不超出水准尺的工作长度。如图所示，A为已知点，其高程为HA，欲在B点定出高程为HB的位置。具体的放样步骤为：图10.6一般高程放样先在B点打一木桩，将水准仪安置在A、B之间，在A点立水准尺，后视A尺并读数a，计算B处水准尺应有的前视读数b为(9-2)第七章施工放样7.1测设元素7.1.3.设计高程的测设方法一：图10.6一般高程放样靠近B点木桩侧面竖立水准尺，上下移动水准尺，当读数恰好为b时，在木桩侧面靠近尺底面画一横线，横线即为高程HB的位置第七章施工放样7.1测设元素7.1.3.设计高程的测设方法二：图10.6一般高程放样在B点桩顶竖立水准尺读数为b’，在用钢卷尺向下量b-b’，即可得高程HB的位置第七章施工放样7.1测设元素7.1.3.设计高程的测设如果放样点不是一点，而是一批设计高程均为HB的待定点，这时用木条代替水准尺更为方便：先选择一根长度适当的木条立于已知水准点A上，按观测者指挥在木条上标出水准仪视线高位置用钢卷尺从该标记向上量取ΔH=HA−HB，并划一红线（如果ΔH为负值时，则向下量）。把划有红线的木条立在放样位置，上下移动木条，直到望远镜十字丝横丝与木条上的红线重合为止，这时木条底面就是设计高程HB的位置移动木条到其他放样位置，按同样的操作方法可放样出所有设计高程为HB的点。第七章施工放样7.1测设元素7.1.3.设计高程的测设深基坑的高程放样：当基坑开挖较深时，超出了水准尺的工作长度，可采用水准仪配合悬挂钢尺的方法向下传递高程。如图10.7所示，A为已知水准点，其高程为HA

，欲在B点定出高程为HB的位置，在基坑边用支架悬挂钢尺，钢尺悬挂10kg重物，放样时最好用两台水准仪同时观测。图10.7深基坑的高程放样第七章施工放样7.2测设的基本工作7.2.3.设计高程的测设高墩台的高程放样：如图10.8所示，A为已知点，其高程为HA，欲定出高程为HB的位置。方法一：放样点的高程HB高于仪器视线高程，先在适当位置选择一点，用水准测量的方法测定其高程值，然后以该点作为起算点，用悬挂钢尺直接量取垂距来标定放样点的高程位置。图10.8高墩台的高程放样第七章施工放样7.1测设元素7.1.3.设计高程的测设具体方法为：图10.7深基坑的高程放样在A点立水准尺，基坑顶部的水准仪后视A尺并读数a1，前视钢尺读数b1，基坑底的水准仪后视钢尺读数a2，然后计算B处水准尺应有的前视读数为(10-3)上下移动B处的水准尺，直到水准仪在尺上的读数恰好为b2时紧靠尺底面标定点位。第七章施工放样7.1测设元素7.1.3.设计高程的测设高墩台的高程放样：如图10.8所示，A为已知点，其高程为HA，欲定出高程为HB的位置。方法二：步骤一：在已知高程点A与墩身之间安置水准仪，A点立水准尺，后视A尺并读数a，在B处紧靠墩身，倒立水准尺，放样点高程HB对应的水准尺读数b倒为图10.8高墩台的高程放样(10.4)步骤二：靠B点墩身竖立水准尺，上下移动水准尺，当水准仪在尺上的读数恰好为b倒时，沿水准尺底（零端）划一横线，即为高程为HB的位置。第七章施工放样7.1测设元素7.1.3.设计高程的测设提高放样精度的方法：放样前应仔细检校水准仪和水准尺放样时尽可能使前后视距相等放样后可按水准测量的方法观测已知点与放样点之间的实际高差，并以此对放样点进行检核和必要的归化改正第七章施工放样第七章施工放样测设元素地面点平面位置测设现代施工测设技术应用案例目录7.2地面点平面位置测设7.2.1.直角坐标法

图10.9直角坐标法第七章施工放样7.2地面点平面位置测设7.2.1.直角坐标法直角坐标法放样步骤：

在放样点距控制轴线较近且精度要求不高的情况下，也可用十字方向配合皮尺放样，如测设圆曲线的切线支距法、弦线支距法等。第七章施工放样7.2.2.极坐标法

图10.10极坐标法第七章施工放样

7.2.2.极坐标法极坐标法的放样步骤：

第七章施工放样7.2.3.角度交会法

图10.11角度交会法第七章施工放样7.2.3.角度交会法角度交会法步骤：

第七章施工放样7.2.3.角度交会法角度交会法步骤：(2)放样方法用角度交会法定点，一般采用打骑马桩的方法:交会时最好用两台经纬仪，分别安置在A、𝐵点，先粗略交会出𝑃的大致位置用A点的经纬仪逆时针方向拨角β𝐴，在𝑃点的两侧分别打a、𝑏两个木桩，根据盘左、盘右两次拨角定出的方向，在a、𝑏两个木桩上各定两点，取平均位置1、2作为AP方向。第七章施工放样7.2.3.角度交会法角度交会法步骤：(2)放样方法用角度交会法定点，一般采用打骑马桩的方法:同法用B点的经纬仪顺时针拨角β𝐵，在𝑃点的两侧分别打c

、𝑑两个木桩，根据盘左、盘右两次拨角定出的方向在c

、𝑑两个木桩各定两点，取平均位置3、4作为BP方向最后在1、2和3、4之间拉细线，两线的交点即为P的正确位置。第七章施工放样7.2.3.角度交会法角度交会法的注意事项：P点的定位精度主要取决于βA、β𝐵的拨角精度，除此之外还与交会角∠APB的大小有关当交会角在90°左右时，交会精度最高交会角一般不宜小于30°或大于150°

第七章施工放样7.2.4.距离交会法

距离交会法是利用放样点到两已知点的距离交会定点。放样时分别以两已知点为圆心、以相应的距离为半径，用尺子在实地画弧，两弧线的交点即为放样点的位置。此法要求放样点距已知点的距离不超过一整尺长。图10.12距离交会法第七章施工放样7.2.4.距离交会法

在公路勘测阶段，需对路线各点进行固定，并在交点附近的建筑物或树木等物体上作标记，量出标记至交点的距离并记录。施工时，可借助建筑物或树木上所作的标记用距离交会法寻找交点的位置。如图，N1和N2是勘测阶段房屋上的标记，JD是路线交点，利用已知距离D1和D2采用交会法可快速找到JD桩位图10.12距离交会法第七章施工放样第七章施工放样测设元素地面点平面位置测设现代施工测设技术应用案例目录7.3现代施工测设技术7.3.1全站仪坐标法

如图10.13所示，A、B为已知点，P为放样点，用全站仪放样坐标的步骤如下：（1）在测站点A安置全站仪，后视另一已知点B。（2）选择测量模式与设置棱镜常数。（3）输入仪器高、棱镜高、测站点坐标、后视方位角及气象改正值。（4）输入放样点平面坐标(x、y)或三维坐标(x、y、H)，此时一般全站仪均能自动反算出放样数据β、D，并以一定形式给出操作提示（如望远镜当前照准方向离放样方向角度还差多少，仪器距棱镜的距离与放样距离还差多少米等）。（5）按相关功能键，松开水平制动螺旋，按照仪器提示的要求，转动照准部至放样方向AP′。图10.13全站仪坐标放样第七章施工放样（6）在AP′方向安置棱镜并测距，沿AP′方向前后移动棱镜，直到棱镜与全站仪距离与放样距离相等，则该点即为放样点的平面位置。如果还要放样高程，则根据测得P

点的高程值与放样高程值的偏差，上、下移动棱镜直到测得的P

点的高程等于设计高程Hₚ。在实际操作中，也可以先将距离大致确定下来，然后以测站点A为圆心作垂直于观测方向的移动，直至移到角度接近于设计角度，然后再作前后左右的微小移动，使棱镜精确放在设计的点位上，完成放样工作。7.3.1全站仪坐标法

第七章施工放样7.3.2.

GNSS-RTK测深法

前面章节介绍了全球卫星定位系统(GNSS)应用于碎部测量的方法，即使用RTK(Real-TimeKinematic)实时动态差分法技术进行点位坐标的采集，此处也可采用同样的方法进行设计点位坐标的实地测设。目前，GNSS基站加流动站建立RTK工作系统的步骤主要有：（1）架设基站，指定基站的坐标，设置投影方法与坐标系。（2）启动基站差分信号播发电台。（3）开启流动站，接收基站信号，建立基站与流动站之间的数据链。（4）在控制手簿上输入或求解坐标转换参数，以便将观测的坐标转换到本地坐标系。（5）开始测量工作第七章施工放样观看视频：RTK-坐标点放样7.3.2.GNSS-RTK测设法

当采用RTK技术测定点位坐标时，是将RTK流动站放置于点位上，得到其坐标进行存储；测设时，是将RTK流动站大致放置到设计点位的预估位置，对比手簿上显示的坐标与设计坐标之间的差距，移动流动站直至显示坐标与设计坐标一致时即完成坐标测设工作。目前，大多数的GNSS设备的手簿软件里都集成有放样软件，在RTK工作模式下，只需将放样点位坐标输入后，软件即可提示流动站向测设点位的移动方向和距离。第七章施工放样第七章施工放样测设元素地面点平面位置测设现代施工测设技术应用案例目录7.4应用案例

图10.14坡度线测设第七章施工放样7.4应用案例

图10.14坡度线测设第七章施工放样7.4应用案例（5）在中间点1、2处打木桩，然后在桩顶上立水准尺，使其读数皆等于仪器高i𝐴，这样各桩顶的连线就是测设在地面上的坡度线。图10.14坡度线测设如果条件允许，采用激光水准仪代替经纬仪及水准仪，则测设坡度线的中间点更为方便，因为在中间尺上，可根据光斑在尺上的位置，调整尺子的高低。第七章施工放样本章内容结束测设元素地面点平面位置测设现代施工测设技术应用案例练习题计算步骤:P229一、计算放样元素（水平距离D,夹角β由勾股定理计算D由坐标差算方位角α方位角之差即为β已知A、B两点的坐标为XA=1211.358m,YA=1385.395m；点B的坐标为XB=1083.122m,YB=1484.855m。设D点的设计坐标为（1300.000m，1300.000m）试求：（1）计算在A点测设D点的测设元素（2）简要叙述放样D点的步骤。重点：注意坐标系方向，X向上，Y向右测设元素计算计算步骤:计算闭合差，-30’’平差方向角:左+右-闭合导线方位角计算(2)测设步骤：

①根据已知数据和设计坐标计算测设元素（距离和角度）；②在A点安置仪器，对中整平；③根据计算出的角度定出AD的方向线；④在方向线上测设AD间的距离，即可得到D点的地面位置，打桩作标记。放样步骤计算步骤:计算闭合差，-30’’平差方向角:左+右-附合导线方位角计算主讲人：*****院系：*****日期：*****智能测绘IntelligentSurveyingandMapping第八章：无人机测绘技术与应用8无人机测绘技术与应用无人机测绘概述无人机摄影测量原理无人机倾斜摄影与三维重建目录8.1无人机测绘概述第8章：无人机测绘技术与应用无人机低空摄影测量已从研究开发阶段进入实际应用阶段，成为与航天摄影测量、大飞机航空摄影测量并驾齐驱的第三种摄影测量方式。无人机测绘填补了1∶2000～1∶500比例尺数据源空白机动灵活、低空作业、精度高（0.1～0.5m）、成本低、周期短特别适合带状地区（公路、铁路、河流）和小范围高现势性任务可在阴天、轻雾天获取合格影像，将大量野外工作转入内业国内已实现关键装备自主可控（SWDC系列、高精度轻小型航空遥感系统）一、常见测绘无人机类型第8章：无人机测绘技术与应用(一)固定翼无人机通过动力系统和机翼实现起降和飞行，是类型最多、应用最广泛的无人驾驶飞行器。特点：结构简单、加工维修方便、安全性好、机动性强、续航时间长（可达10h）限制：起降要求场地空旷、视野好起飞方式：滑跑起飞、弹射起飞着陆方式：滑降、伞降、撞网回收一、常见测绘无人机类型第8章：无人机测绘技术与应用(二)无人直升机具备垂直起降、空中悬停和低速机动能力，能够在地形复杂的环境下进行起降和低空飞行。特点：起飞质量大，可搭载激光雷达、红外传感器等大型传感设备飞行控制方式：•遥控型：地面操作人员控制•自动型：预定航线飞行•自主型：不依赖人的干涉，自主控制一、常见测绘无人机类型第8章：无人机测绘技术与应用(三)多旋翼无人机以卓越的飞行稳定性和对起飞场地要求低的特点而著称，特别适用于起降空间有限、任务环境复杂的场景。特点：结构简单、造价低廉、安全性高；支持人工遥控、定点悬停与航线飞行；适用于城市应急保障与灾害救援代表型号：自转多旋翼、倾转定翼无人机一、常见测绘无人机类型第8章：无人机测绘技术与应用三类测绘无人机对比对比项固定翼无人直升机多旋翼起降条件需空旷场地、视野好无须跑道，起降便利要求最低悬停能力不具备可定点悬停可定点悬停续航能力最长，可达10h较强相对较短载荷能力中等大，可载激光雷达、红外中小抗风能力较强较强相对较弱控制复杂度低高（非线性、多变量、强耦合）高（依赖自主飞控）典型应用固定区域生态环境巡视监测影像质量要求高、注重细节的行业城市应急保障、灾害救援二、无人机测绘基础第8章：无人机测绘技术与应用系统平台+机载设备+数据处理：以无人机系统为主要的信息接收平台，通过无人机机载遥感信息采集和处理设备，将获取的遥感信息传输到测绘中心，经过数据技术处理，形成立体化的数字模型，以满足行业的发展需要。两个同等重要的前提无人机具有稳定的性能遥感设备的专业化程度二者共同决定能否获取清晰准确的图像。当前热点：无人机倾斜摄影系统以大范围、高精度、高清晰的方式对目标环境进行全面感知，可直观反映复杂地理环境的外观、位置、高度等因素，为真实有效的地理测绘提供科学的数据依据。二、无人机测绘基础第8章：无人机测绘技术与应用无人机低空摄影测量优点（1）机动灵活，安全性高无人机体积小、质量轻，运输和部署非常方便，可在短时间内完成起飞准备不受地面交通和天气条件限制，可在灾害、应急等复杂环境下快速响应无人驾驶，不会造成人员伤亡，特别适合危险区域作业（2）低空作业，影像分辨率高飞行高度通常在100~1000m，远低于有人驾驶飞机（1000~5000m）和卫星（数百公里）低空飞行可获得厘米级地面分辨率（GSD2~5cm），满足大比例尺测图需求受云层影响小，可在多云天气作业二、无人机测绘基础第8章：无人机测绘技术与应用无人机低空摄影测量优点（3）测量精度高结合高精度GNSS定位和IMU姿态测量，可实现0.1~0.5m平面精度、0.2~1.0m高程精度满足1:500~1:2000比例尺地形图测绘要求通过布设地面控制点，精度可进一步提升（4）成本低，操作简单相比有人驾驶飞机和卫星，无人机系统成本低廉，维护费用少自动化程度高，操作人员只需简单培训即可上岗数据处理软件日趋成熟，可快速生成DOM、DEM、DSM等成果8无人机测绘技术与应用无人机测绘概述无人机摄影测量原理无人机倾斜摄影与三维重建目录8.2无人机摄影测量原理无人机摄影测量是利用无人机搭载传感器获取航摄像片，并通过摄影测量原理处理这些像片以解译被摄物体的形状、大小、位置及相互关系，最终生成数字高程模型等成果的技术。主要内容：

航摄像片的中心投影几何特性

内方位元素与外方位元素的概念共线条件方程的推导立体像对的定向方法

空中三角测量的原理第8章：无人机测绘技术与应用8.2.1.航摄像片的几何特点核心目标研究像片与地面之间的几何投影关系——像点与物点的对应关系。在研究前需将像点和物点用数学方法描述——建立相应的坐标系。第8章：无人机测绘技术与应用研究对象以航摄像片为基础，经过处理获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系，进而获得地面目标的几何信息。摄影测量（Photogrammetry）：通过影像研究信息获取、处理、提取和成果表达的信息科学。(一)摄影测量常用坐标系前四个为右手系，第五个为左手系第8章：无人机测绘技术与应用序号坐标系名称作用与特点①像平面坐标系

O-xy影像平面内的直角坐标系，用于表示像点在像平面上的位置。原点为像主点（摄影中心S至像平面的垂足）②像空间坐标系

S-xyz过渡坐标系，用于表示像点在像方空间位置的空间直角坐标系。原点为投影中心s，z轴为主光轴so，x、y轴平行于像平面③像空间辅助坐标系

S-XYZ像空间和物空间过渡性坐标系，用于表示模型空间各点位置。原点为摄影中心S，X轴大体与航线方向一致④摄影测量坐标系

T-XTYTZT过渡性坐标系，用来描述、解析摄影测量过程中模型点的坐标⑤物方空间坐标系

O-XTYTZT地物所在的空间直角坐标系，即地面测量坐标系（左手系）。我国常用WGS-84、国家坐标系1.像平面坐标系O-xy：影像平面内的二维直角坐标第8章：无人机测绘技术与应用原点：像主点O（摄影中心S至像平面的垂足）x轴：平行于航线方向的行或列方向y轴：垂直于x轴的列或行方向数字图像特点：无人机航空摄影的影像均为数字图像（二维矩阵），像元空间坐标和灰度值均已离散。建立坐标系时以像主点即数字图像中心像素点为原点。例如图8中照片像素数为279×279，因此以第140行、第140列的交点为原点建立坐标系。2.像空间坐标系与辅助坐标系：从像方到物方的坐标系统第8章：无人机测绘技术与应用②.像空间坐标系S-xyz：过渡坐标系，用于表示像点在像方空间位置。原点为投影中心S，z轴为主光轴SO，x、y轴分别平行于像平面坐标系的x、y轴。像点在此坐标系中的z坐标均为−f（f为焦距）。③.像空间辅助坐标系S-XYZ：像空间和物空间的过渡性坐标系，用于表示模型空间各点位置，也可表示像点空间位置。原点仍为摄影中心S，X轴大体上与航线方向或反方向一致，Y、Z轴分别接近水平和铅垂方向。④.摄影测量坐标系T-XTYTZT：过渡性坐标系，用来描述、解析摄影测量过程中模型点的坐标。⑤.物方空间坐标系O-XTYTZT:地物所在的空间直角坐标系（地面测量坐标系），为左手坐标系。XT轴指向正北方向，与大地测量的高斯-克吕格平面坐标系相同。我国常用WGS-84、国家2000坐标系。3.中心投影成像：所有投射线通过一个固定点第8章：无人机测绘技术与应用投影方式：航空摄影的影像都是以中心投影方式获得的——所有投射线或其延长线都通过一个固定点（焦点）。AB面为地物所在平面a′b′为真实像平面的位置ab面为虚像位置f为焦距S为焦点区别于平行投影（垂直平行投影、倾斜平行投影），中心投影具有透视变形特性，需要通过数学方法纠正。4.像点位移（一）：像片倾斜引起，气流扰动、飞机颠簸导致第8章：无人机测绘技术与应用理想情况：航空摄影要求像片完全平行于地面。实际情况：受气流扰动和飞机颠簸影响，实际飞行中难以精确控制姿态，导致像片与地面间存在倾斜角。无人机特点：相对有人机航空摄影，无人机自重轻，受飞行气流影响更大，航空影像倾斜的角度也更大。图中a、b、c分别为地物A、B、C的像点，S为投影中心，P为像平面。4.像点位移（二）：地形起伏引起，高差与航高的影响第8章：无人机测绘技术与应用E为真实地面A、B为地物点A₀、B₀为A、B在地平面上的投影点P为像平面a、b、a₀、b₀分别是A、B、A₀、B₀在像平面P上的投影原理：当地面点与基准面有高差时，其像点会沿像底点辐射线发生位移，位移量与地面点高差成正比，与摄影航高成反比。因此在航高较低的无人机摄影测量中，地形起伏所引起的像点位移通常更为明显。实际情况：受气流扰动和飞机颠簸影响，实际飞行中难以精确控制姿态，导致像片与地面间存在倾斜角。5.像片重叠度：立体测图与拼接精度的保障第8章：无人机测绘技术与应用定义：相邻像片上同一地区影像部分的大小，以重叠部分占整张像片像幅长度的百分比表示。无人机因飞行稳定性相对较差，重叠度要求有所放宽，核心是保证有效的重叠度与最低点分辨率。类型传统航测要求无人机航测要求航向重叠度p

同一航线60%（最少53%）60%～80%（最少53%）旁向重叠度q

相邻航线30%（最少15%）15%～60%（最少8%）二、内方位元素：摄影机镜头中心与像片的相对位置第8章：无人机测绘技术与应用定义：表示摄影机的镜头中心与像片之间相对位置关系的参数。包含3个参数：像主点坐标：(x₀,y₀)主距（焦距）：f传统航空摄影测量中，有人驾驶飞机搭载的均为可量测相机，内方位元素在出厂前已经严密量测得到。而无人机受载质量和搭载体积限制，大多搭载非量测的数码相机。这些相机虽轻便、分辨率高，但没有准确的内方位元素，镜头畸变差较大，后续数据处理中需进行相机检校和镜头畸变差改正。三、外方位元素：摄影瞬间的空间位置与姿态第8章：无人机测绘技术与应用定义：确定影像或摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数。外方位线元素（3个）描述摄影中心S相对于物方空间坐标系的位置。XS、YS、ZS像主点坐标：(x₀,y₀)外方位角元素（3个）描述影像面在摄影瞬间的空间姿态。φ-ω-κ系统（以Y轴为主轴）φ′-ω′-κ′系统（以X轴为主轴）A-α-κ系统（以Z轴为主轴）一幅影像的外方位元素共6个：3个线元素+3个角元素。四、空间坐标系旋转变换：通过旋转矩阵建立坐标系之间的关系第8章：无人机测绘技术与应用目标：将像空间辅助坐标系（S-XYZ）与像空间坐标系（S-xyz）联系起来。方法：通过三次旋转实现（以Y轴为主轴的φ-ω-κ系统为例）包含3个参数：第一次：绕Y轴旋转φ角第二次：绕X′轴旋转ω角第三次：绕Z″轴旋转κ角X

x

Y=R·y

其中R为旋转矩阵

Z

-f五、共线条件方程：摄影测量的基础方程第8章：无人机测绘技术与应用核心思想：航空摄影为中心投影，所有投影射线都经过投影中心S，因此影像上的每个像点都遵循像点、焦点、对应物点三点共线的几何特性。共线条件方程共线条件方程的应用1.单张像片后方交会已知：一张像片上3个以上不在同一直线的像点的像点坐标及其对应的物点坐标。

求解：该像片的外方位元素。2.空间前方交会已知：相邻两张像片的外方位元素，同一个地物点在两张影像上的像点坐标。

求解：地面点坐标(X,Y,Z)。意义：共线条件方程是摄影测量处理方法的重要理论基础，是从二维像片坐标推算三维空间坐标的数学工具。六、立体测量原理：相对定向。使同名光线对对相交第8章：无人机测绘技术与应用立体像对：不同摄站获取的具有一定影像重叠的两张像片。相对定向：恢复摄影时相邻两张像片的相互关系，使同名光线对对相交。单独像对：每次两两像片单独形成模型定向元素：φ₁、κ₁、φ₂、ω₂、κ₂连续像对：以左影像为基准，计算右影像相对位置定向元素：BY、BZ、φ₂、ω₂、κ₂第二次：绕X′轴旋转ω共面条件：同名光线S₁a₁A、S₂a₂A必然相交于物点A，并且和摄影基线S₁S₂三线在同一个平面上。六、立体测量原理：绝对定向：将模型坐标系转换到地面测量坐标系第8章：无人机测绘技术与应用绝对定向：在完成相对定向的基础上，通过地面控制点，将相对定向后的模型坐标系统转换到地面测量坐标系统。目的确定模型的比例尺确定模型的位置确定模型的方向需要的控制点至少需要2个平高控制点和1个高程控制点，或3个平高控制点。控制点越多，定向精度越高。完整流程：相对定向→绝对定向→得到真实地面坐标系下的三维模型七、空中三角测量（空三加密）：从少量控制点求解所有影像外方位元素第8章：无人机测绘技术与应用定义：根据少量的地