荥阳市刘河镇1500大比例尺数字化地形图设计.doc

荥阳市刘河镇1:500大比例尺数字化地形图设计

摘要：大比例数字化测图技术的广泛应用，现已成为地形测图的主流。数字化测图将完全取代人工模拟测图，具有精度高、速度快、更新方便等特点。数字化图可以直接用于工程图的电脑设计，也可以作为GIS的信息源。数字测图技术的应用发展，极大地促进了测绘行业的自动化和现代化进程。就大比例尺数字化测图技术做了初步探讨。
关键字：数字化测图；大比例尺；精度
大比例尺数字化测图是近几年随着计算机、地面测量仪器、数字化测图软件的应用而迅速发展起来的全新内容，广泛用于测绘生产、水利水电工程、土地管理、城市规划、环境保护和军事工程等部门。数字化测图作为一种全解析机助测图技术，与模拟测图相比具有显著优势和发展前景。
目前许多测绘部门已经形成了数字图的规模生产；作为反映测绘技术现代化水平的标志之一，大比例尺数字测图技术将逐步取代人工模拟测图，成为地形测图的主流[1]。大比例尺数字测图技术的应用发展,极大的促进了测绘行业的自动化和现代化进程,使测量的成果不仅有绘在纸上的地形图，还有方便传输、处理、共享的基础信息，即数字地图；是GIS的子系统，它将为信息时代地理信息的应用发展提供最可靠的保障。
1. 全数字地形测图的基本原理
地形测图包括控制测量和地物、地貌测量两大内容。传统的经纬仪配合小平板测图，主要采用解析法和极坐标法，由于其成图周期长、精度低、劳动强度大等局限逐渐被淘汰。而全数字地形图是利用先进的测量仪器，采用各种灵活的定位方法进行的以数字信息表示地图信息的测图工作，实现地图信息的获取、变换、传输、识别、存储、处理、显示、编辑修改和计算机绘图。
2. 数字化测图的特点
2.1点位精度高
传统的经纬仪配合平板、量角器的图解测图方法，其地物点的平面位置误差主要受展绘误差和测定误差、测定地物点的视距误差和方向误差、地形图上地物点的刺点误差等影响，图上误差可达±0.45 mm。经纬仪视距法测定地形点高程时，即使在较平坦地区视距为150m，地形点高程测定误差也达±0.06 m，而且随着倾斜角的增大高程测定误差会急剧增加[2]。
2.2改进了作业方式
由传统的手工操作，变为自动记录、自动解算处理并自动成图。
2.3便于图件的更新
城镇的发展加速了城镇建筑物和结构的变化，采用地面数字测图能克服大比例尺白纸测图连续更新的困难，房屋的改建扩建、变更地籍或房产时，只需输入有关信息，经过数据处理后就能方便地做到更新和修改，始终保持图面整体的可靠性和现势性。
2.4方便成果的深加工利用
数字化测图的成果是按地物地貌属性信息分层存放的，不受图面负载量的限制，从而便于成果的加工和利用。比如，房屋、管线、铁路、道路、水系、地貌等存于不同的层中，通过打开或关闭不同的层得到所需的各类专题图，如管线图、水系图、道路图、房屋图等。
2.5可作为GIS的重要信息源
地理信息系统具有方便的信息查询功能、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。数字化测图作为GIS的信息源，能及时提供各类基础数据更新GIS的数据库[12]。
3.　大比例尺数字化测图野外数据采集的常用方法
3.1 GPS法
即通过GPS、RTK接受机采集野外碎部点的信息数据。
3.2 航测法
航空摄影测量和遥感手段采集地形点的信息数据。
3.3 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。
4. 数字化测图的一般过程
4．1控制测量
控制测量分为基础控制测量和图根控制测量。
1)基础控制测量
对于面积较大的地区平面控制测量是在国家三等以上大地点的基础上布设 D级GPS网，发展E级GPS网；高程控制测量是在国家三等以上水准点的基础上，对D级GPS网和E级GP'3网进行四等水准连测[11]。
2)图根控制测量
在城区一般不满足GPS观测条件，所以一般采用二级导线和图根导线加密控制点以满足测图的需要；图根控制点的高程是在二级导线和图根导线施测的同时，用测距高程导线方法获得。‘
4．2碎部测量
野外数据采集使用全站仪用极坐标法进行碎部点测量，使用全站仪内存自动记录，记录结果以电子数据形式保存；仪器对中误差小于5 mm，测定向边长和定向点高程，相邻测站要测1—2个同名地物点作为检查，以防用错点或高程。测站要在测前、测中、结束时做好定向和定向检查。高程注记点采用三角高程方法测定，仪器高、觇标高量至毫米。使用全站仪进行碎部点测量，每一个点的坐标都是3维坐标，但高程可以根据需要取舍。对于隐蔽地方的地形要素测绘可以利用全站仪支站和钢尺丈量距离交会等方法，但要有必要的检核。
4．3内业计算机编辑处理
在实测获得绝大多数碎部点的坐标后，利用成图软件中的方向交会、距离交会、十字尺测量法或量算定点等专用工具来取得其余各点的坐标，并辅以软件中的偏移、拷贝、延伸、镜像等功能，得到最后的街坊块图，经赴实地核实进行纠错修正、补遗后编辑成街坊图。目前测绘单位所使用的软件，可谓品种繁多，功能各异。但基本上可分为两种类型，一是本系统(单位)自行开发的，另一种是由专门的测绘软件研发商提供。依据测区特点，经对多套数字测图软件平台试验，我们最终选择采用清华山维EPSW、EPSNEW系列电子平板测图软件，其优势特点为：实时成图编辑地形图符合国标图式的要求；具有多种碎部测量方法；界面友好，操作方便快捷等，功能强大，安全性与稳定性俱佳。应用该系统采取外业无码(或辅码)作业，电子手簿自动引导文件，然后进入平台交互编辑的成图，提高了工作效率。事实证明当时对于成图软件的选择是正确的。值得注意的是，外业采点不可能也没必要点点俱到，利用野外采点的框架，辅以细部的丈量信息，然后直接按草图编辑是以上方法的重要补充，同时应有多余观测，以增强检核，减少或避免粗差的发生。
5. 外业测量误差分析
在数字化测图，外业数据采集过程中，测量误差是不可避免的，控制点精度的误差，仪器设备的误差，观测条件以及人为因素等都会对观测数据的精度带来影响。因此，只有认真分析误差的成因，才能有目的的控制误差过量累积[4]。
5.1 控制点的精度分析
控制网的精度肯定能满足测图要求，但是在碎部测量过程中要做一些支导线，这些支点的精度会影响到局部地形图的精度。
5.2 碎部点平面位置精度分析
外业全站仪采用半测回极坐标法测坐标，水平角测角误差和测距误差对地物点平面位置精度有影响，野外采集测点数据时，一般是将全站仪安置于测试点A上，对置于各测点上的棱镜进行水平角，垂直面和距离的测定，如图1所示。
图1
碎部点平面位置精度分析
B为后视图点，A为站点，P则为待测定的地形X点，现设测站点A的坐标为(Xa，Ya)A到B的方位角为a，P的坐标为(Xp,Yp)，β为测定的水平角，D为测出的距离值，则有：

由此可以看出影响P点坐标精度的因素有水平角和距离。
1)水平角观测误差的来源及影响
①望远镜照准误差
望远镜照准误差与望远镜的放大倍率有关，若取30倍率，按照以下公式计算其误差为2s。
60/V=±6 0/30=
②仪器误差
仪器误差主要是垂直轴误差，现在的全站仪都具有自动补偿功能，仪器经严格整平后，一般不会超过1.5s。
③目标偏心误差
在外业中，采集测点数据时镜站常采用手持式对中杆，使对中杆上的圆气泡居中，则由它引起的误差一般不超过±0.01m，若设测距长度为s则n=±0.01p/s(P=)。
在实际工作中，有时候对中杆不能完全准确地立于特征点上，由此会使地物点产生平移，即使水平角增大或减小某一值。
④测站偏心误差
测站偏心误差是测站点仪器对中时所产生的误差，采用光学对点器一般其误差不超过±3mm，同样设测距边长为D，由此引起的测角误差为mp=±0.003p/D。
⑤外界条件的影响
外界条件的影响主要是温度变化对视准轴的影响，据资料介绍，温度变化l℃，测角误差的变化范围在～之内。
2)测距观测误差的来源及影响
①仪器误差。仪器误差可取其标准精度值D=±(2mm+2×10)。
②对中杆偏心误差。对中杆偏心误差主要是由于竖立棱镜时不够铅垂，此可产生约10mm左右的误差。
③棱镜误差。由于棱镜头比对中杆的半径大约20mm左右从而使对中标靠近垂直地物点(如房角、电杆等)的误差可达±15～±20mm左右。
5.3 碎部点高程精度分析
野外数宇化测图时，地面点的h高程采用光电三角高程方法测得。即全站仪安置在图根水准点上，观测站和棱镜之间的竖直角和斜距，量取仪器高和棱镜高，从而求得测定点的高程，在侧图时，一般采用单向测定高差法，单向观侧的三角高程公式为：

上式中因距离较短，两差改正数和大气折光这两项的影响可以忽略。
三角高程观侧误差的确定。
(1)边长误差ms
前面已作过分析计算。
(2)竖直角观测误差
使用全站仪作业时，竖直角观测误差的主要来源有照准误差、读数误差、自动补偿误差、外界条件影响这4大因素。照准误差、读数误差及外界条件影响与水平角观侧的误差相同。对于自动补偿误差一项，由于全站仪的垂直度盘读数指标由倾斜传撼器通过液体补偿器提供正确位置，在仪器基本整平的情况下，竖直补偿器的补偿幅度可在范围内。
(3)仪器高和目标高的量取误差
作业中一般用2m(或3m)的小钢尺量取仪器高和棱镜高，只量一次且量至厘米。
由以上误差分析可知，点位的观测精度主要受控制点的精度、仪器本身的误差和棱镜偏移误差的影响，所以，在外业测绘时，为了提高野外数字化测绘图精度，减少棱镜偏移误差的影响，应尽量使棱镜立到点位与跟踪杆立直，避免由于倾斜而带来的误差影响[5]。
5.4 数字地形图图面精度分析
数字测图代替传统的白纸成图，不论是在精度上、效率上，还是在使用方便程度上都有了质的飞跃，并向高精度、自动化的方向发展。数据在传输和展点过程中不存在误差，地物绘制的精度主要受碎部点精度的影响[7]。
地形图的高程精度是根据地形图按等高线所求得的任意一点高程的中误差来衡量的，因此，地形图的高程精度，即指等高程线表示的高程的精度。
通过分析发现数字化测图中，在影响等高线高程精度的各因素中，地形概括误差的影响是最大的，因此，欲提高等高线高程的精度，除了要提高地形点高程的测量精度外，在考虑经济效益的同时，必须注意地形点要有一定的密度。
通过实际工作，发现测图软件在地貌测绘中，生成等高线时容易失真，并且在同时存在地物、地貌的地方生成等高线(地物存在的地方不绘制等高线，这时等高线应断开)。目前解决的方法是：外业采集数据应尽量多采点，有地貌变化处应该加高程点，尤其是大比例尺测图时的细貌特征；外业画草图时应详细一些，在草图上勾绘出地形的大致形状，在内业可用人工在计算机上绘制等高线，但是这项工作非常繁琐，所以工作人员要有高度的敬业精神[3]。
结语：
采用数字化测图技术制作1:500的大比例尺地形图，大大降低了外业工作的劳动强度，提高了工作效率，成图的周期缩短，成图规范化。地形图信息易于保存、复制、传输与共享，同时由于全站仪测绘解析成果精度高[14]，采用电子记录，这样就减少了粗差的产生。数字化成果也可以真接为GIS应用，满足各行业对地形图的不同需求。
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