JX4二次定向技术制作1∶2 000地形图的研究

王 义

(中铁二院工程集团有限责任公司, 四川成都 610031)

1 概述

随着铁路建设速度的不断加快,对地形图制图工期提出了更高的要求。在目前沿用的规范中,1∶2 000地形图制作流程如下：外业完成1∶2 000控制,内业利用外控点进行空三加密、数据采集、Autocad编辑出图。常规的作业由于外控的滞后,往往不能满足制图工期的要求。

针对这种现象,提出以下作业方案：内业制图可先采用无控自由网测图,或者利用1∶10 000国家地形图量点加密测图；测图过程中,除了等高线不采集外,其他所有地物地貌都可预先采集,等待1∶2 000外控回来后进行二次加密；利用二次加密成果,对粗精度矢量数据进行二次定向,并且补绘等高线和高压电杆及管线等。经大量数据分析,二次定向几乎没有精度损失,这样不但保证了制图精度,而且由于内业制图与外业控制同步进行,使出图时间提前,为线路设计节约了大量的时间。

2 基于JX4软件环境的矢量数据二次定向

2.1 矢量数据二次定向的数学模型

JX4对矢量数据二次定向主要采用常规的七参数法进行转换,它包括既有旋转、缩放,又有平移的两个空间直角坐标系的坐标换算,相应的坐标公式如式(1)

(1)

式中：ΔX0,ΔY0,ΔZ0为3个平移参数；εX,εY,εZ为3个旋转参数,m为尺度变换参数,X1,Y1,Z1为转换前的矢量坐标,X2,Y2,Z2为二次定向后的矢量坐标。

2.2 矢量数据二次定向的作业流程

经过生产实践验证,JX4实现矢量数据二次定向的最优作业流程如图1。

图1 二次定向作业流程

3 某铁路测图方案试验

为了方案的顺利完成,特地选择了某铁路作为试验项目。某铁路线路长度34 km,沿线地势较为平坦。收集航片和既有1∶10 000国家地形图,并组织加密工作。

(1)扫描航片,量测连接点构网加密,剔除上下视差和模型连接差,准备工作就绪；在平差过程中,扫描纠正1∶10 000国家地形图,根据格网坐标准确的将光栅图像插入Autocad中,这样光栅图像上任何一个位置都有了真实坐标,然后读取了8个地面标志比较明显的地物点的坐标(西安1980坐标),如图2。

图2 1∶10 000国家地形图量测控制点

在空三立体模型上量测对应影像点,输入量测外控坐标,进行平差解算,解算结果平面中误差<3 m,高程中误差<1.5 m,这个步骤精度可以放宽一点,甚至可以无控自由网平差,至此第一次加密完成。

(2)JX4自动导入上述空三加密成果,进行单模型定向,并保存所有定向象对的*.RTF文件(JX4内部格式,二次定向时最关键文件),定向完成,按常规采集所有地物要素以及地貌特征,包括房屋、道路、水系、陡坎、高程点等。

(3)内业矢量数据的采集和1∶2 000外控坐标(1954椭球下的工程独立坐标系)同步完成,内业进行第二次加密工作,删掉国家地形图上量测的所有控制点,导入外业1∶2 000外控坐标,量测外控点到上次构网的立体模型上,进行第二次平差解算,解算结果平面中误差<0.8 m,高程中误差<0.5 m。这个步骤精度必须严格要求,严格遵循《新建铁路摄影测量规范》的相关规定,至此第二次加密工作完成。

(4)JX4导入第二次空三数据,重新建立单个立体模型,然后在JX4矢量测图状态下,点击“处理/矢量数据重新定向”,后选择对应老象对下面的*.RTF文件,弹出对话框选择对应的矢量数据*.VTR文件,所有模型的矢量数据一一进行二次定向转换。转换过程中需注意的是：JX4在矢量测图状态下,当前的新像对必须和需要转换的矢量数据对应,而且为了保证成图精度,矢量数据的转换必须单个模型逐一进行。二次定向如图3。

图3 选择老象对TRF

(5)将二次定向后的矢量数据映射到新立体模型上,逐一进行检查,判断地物要素以及地貌特征是否切准地物表面；如未切准,判断为转换过程中对应像对选错,重新选择转换即可。检查完毕后补绘等高线、外业调绘的电力管线、新增地物等要素,最后编辑出图,至此整个方案实施完毕。

4 精度统计

某铁路制图工作完成后,对其进行了精度统计。

(1)通过将矢量数据映射到新立体模型上进行检查,这是最直观也是最有效的检查方法,整个测区24个象对经过检查,二次定向后的矢量数据全部切准新立体模型,证明转换成功有效。

(2)利用1∶2 000外控坐标进行加密的空三成果,实测1∶2 000矢量数据和通过二次定向转换后的1∶2 000矢量数据进行比较,随机抽样了10个特征点,比较结果见表1、式(2)。

表1 精度统计 m

(2)

X真、Y真、Z真为1∶2 000实测矢量数据,X转、Y转、Z转为二次定向转换后的矢量坐标。

通过随机抽样的10个特征点进行误差统计,平面中误差为0.695 m,高程中误差为0.389 m,完全满足1∶2 000制图精度。根据分析,这个精度损失来自于2个方面：(1)矢量采集的人为误差,(2)二次定向的转换误差；结合矢量数据映射立体判断,描绘误差大一些,证明二次定向的转换误差非常小,可以忽略不计。

通过两次加密成果的坐标系判断,第一次为西安1980坐标系,第二次为1954北京椭球下的工程独立坐标系,仍然可以进行二次定向转换,而且转换精度损失特别小,证明二次定向技术可以实现任意椭球、任意坐标系之间的转换。

5 结论

基于JX4矢量数据二次定向方案改变了传统的制图方式,对缩短作业周期，提高生产效率具有重要的应用价值。

JX4矢量数据二次定向技术结合某铁路项目的实施,经过后期精度统计和误差分析,转换精度是可靠的,可以用于生产。

[1] 孔祥元,等.大地测量学基础[M].武汉:武汉大学出版社,2006

[2] 马 军.ORIMA空三加密软件在铁路航测中的应用开发[J].铁道勘察,2009(2)：14-16