大比例尺数字化地形图测绘方法的探讨

吴胜强

随着科技不断发展,测绘技术不断更新,测绘大比例尺地形图的方法多年来由传统的平板白纸测图、经纬仪测图等发展到现在的全站仪配合绘草图、全站仪配合测图精灵或笔记本电脑进行野外数字化成图的方法,在技术和精度上都有很大的提高。同时,GPS实时动态定位(RTK)技术被广泛应用于测量上,测绘大比例尺地形图的精度和效率越来越高。近几年,测量数字化技术的飞速发展,测量领域的高精尖仪器越来越多,三维激光扫描仪就是其中的一种,它的发展更推动了地形测绘向高科技立体图形的发展。

平板白纸测图是将测得的观测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要在测区驻地完成,劳动强度较大,而且转化过程使测得的数据达到的精度大幅降低。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,修改也极不方便,实在难以适应当前经济建设的需要。

1 全站仪的测图

1.1 全站仪测图的工作过程

全站仪测图的工作过程主要有:数据采集、数据处理、图形编辑和图形输出。数据采集是获取数字化成图所必需的数据信息,包括描述地图实体的空间位置和属性信息。外业采集有两种工作方式:1)在野外用全站仪采集数据,将数据存入与仪器相连的掌上电脑或全站仪内存中,然后再将测量数据传入计算机供进一步处理。2)在野外直接将全站仪与计算机(便携机)连接在一起,测量数据实时传入计算机,现场加入地理属性和连接关系后直接成图。

1.2 全站仪测图方法

1)平面控制坐标系的建立。在测量之前,首先确立平面坐标系。通常都是选择大地坐标系,以方便使用测区范围内的国家三角点或各等级的GPS点。在测图范围内若没有可利用的已知控制点时,则可建立测区独立的平面直角坐标系,起始方位角可考虑以地球正磁北为零度。

2)数据采集。首先在测绘地形图的范围内选择一个仪器设站点,该站点要求视线开阔,能看到测图范围内的大多数测点,设站点确定后需标记。然后在设站点上架设全站仪连接掌上电脑,运用测图精灵程序采集数据。在采集地物、地貌时所需的测点数是不一样的,有的是独点地物、有的是带状地物、有的是多点地物,所以在采集点时要分别对待,如测房屋时至少需要采3个点,测量独点地物时只需采集1个点,设置不同地物用不同的测尺,在遮蔽处运用微导功能,山林中多采单点高程。总之,我们在测量特殊地物时,采点一定要根据地物实际的变化情况,尽可能的控制其形状变化,争取将误差控制在最小的范围内。

此外,还应注意以下几个方面:a.为了方便测量,如果用多个棱镜同时测量时,各棱镜的高度最好保持一致,当某一测点需变换棱镜高时,一定要重新输入该点的棱镜高。万一出错,可在测图精灵数据浏览中修改。b.工程测量时要配备对讲机,仪器操作人员要及时与草图记录或采点人员沟通,校对仪器记录的点号是否与草图上记录的点号一致或了解地物属性。c.每建一仪器站时一定要弄清该站的点号、后视的点号,一旦出错所有在该站测量的点将全部报废。

3)地形图绘制(内业数据处理)方法。根据测点坐标结合地图图示按照测图要求绘制地形图,全站仪测图通过专门的测图软件实施,如南方测绘仪器公司开发的CASS软件,目前常用的为CASS 2008版本,CASS成图软件是基于AutoCAD平台技术的数字化测绘数据采集系统,广泛应用于地形成图、地籍成图、工程测量应用三大领域,通过CASS成图软件的“电子平板”作业方式,实现与各种全站仪的数据接口,实现野外数据采集的自动输入记录,并可在野外将地形图绘制出来,或通过掌上电脑下载测图精灵数据在CASS上进行内业绘图。

根据采集数据时绘制的草图绘制地形图,用符号连接相应的点或绘制独立符号,地物绘制完成后再根据实际地形情况绘制等高线进行适当的修补。由于卫星图像与地形图二者的投影不同,纸张变形不同等原因,将卫片在地形图上,二者不能完全叠合,对照比较,通过在局部范围内重合的方法绘制相应地物。对已收集到的航片和地图等资料进行野外调查,建立判读标志,如房屋层次、结构和地名等相应文字符号,从而完成地貌的绘制。

2 GPS-RTK用于地形测图

2.1 RTK工作原理

RTK测量由基准站和流动站组成。基准站对所有可见的GPS卫星进行连续观测,并将观测所得信息通过无线电实时传送出去,基准站应尽量架设在比较高的位置。流动站至基准站的距离不宜过长,一般在5 km～8 km较好,流动站除了接收卫星信号外,同时还接收基准站发来的数据信息,并通过内置软件实时解算出三维坐标信息。

2.2 测前准备

在进行测量前要校核部分控制点的静态平面成果及水准高程成果,在误差范围内即可进行图根控制点加密及外业的碎部测量。

2.3 数据采集

主站架设在已知控制点,设置好基准站,可几台流动站同时作业,流动站的操作只需1人,绘图人员可很直观地了解整个测区的地形地貌,避免以往全站仪测量离测站较远时镜站人员形容不当可能造成的绘制错误。所有数据全部存储在与流动站连接的测量手簿中,避免了以往报、听、记过程中可能发生的差错,保证了数据采集的正确性。同时在有条件的时候到已知点上进行校核,确保RTK测量成果的准确性。在开阔的区域进行数据采集,可以充分发挥RTK快速高精度定位的优势;在有部分树林植被遮蔽,但四周仍可以看到很大面积的天空时,RTK还可以进行碎部点测量;在高大建筑物或植被稠密地区,GPS出现盲区,初始化时间长或失锁,可采用RTK增补图根导线点,配合全站仪测量碎部点的方法,从而快速地完成野外作业,也可以大大提高外业测图的工作效率,进而达到缩短工期,节约成本的目的。

3 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术是一种新的测量地形方法,它的运用将带来新的感观。其原理就是三维激光扫描仪通过向物体发射激光束的方式,快速获得高密度的三维点位,用于精确描述地物特征。其性能可靠,投入产出比高,正逐步成为一种成熟的测量技术。所得数据能快速生成TIN模型和等高线模型。开放的数据源能与专业的测量软件实现无缝链接。其大的优势在于可快速扫描地形及被测物体,不需反射棱镜即可直接获得高密度的扫描点云数据,可以高效地对真实世界进行三维模拟和虚拟重现。但是,在作业过程中,扫描仪对角度和距离都有限制,所以要选择好架设仪器的位置。因为扫描光束是绿色的,光斑在晴天不易发现,需在控制点棱镜前用白纸挡住,当确定反光点照准棱镜中心后,再进行扫描棱镜。野外扫描时,不可避免会扫描在灌木或水面上,首先要将代表灌木点、水面点等颜色的点删去,然后在CAD中利用格式刷或特性匹配工具,将点云数据生成高程注记。因为点的密度过大,数据量大,也不易勾绘等高线,需将高程注记过滤,直到将错误点剔除完,最终生成等高线,形成成果图。

4 结语

平板白纸测图现今已难以适应时代;全站仪连接掌上电脑运用测图精灵程序能较好地采集绘制出有不同属性的线形、地物并生成大致图形,直观性好,灵活方便;GPS-RTK在控制点比较少,通视性较差,尤其在有高杆农作物的情况下,常规测量仪器完成难度较大的山地区域进行野外作业时更能发挥其优势,同时节省了人力、物力;三维激光扫描仪在国内应用还处于起步阶段,这主要因为:1)作为新仪器,其与传统测绘的结合应用还需逐步摸索;2)作为新技术,该套设备价格现在还处于比较高的阶段,虽然其具有替代一些传统测绘作业的功能,但在传统测绘领域的普及应用还需要一段时间。总体而言,全站仪测图精灵与GPS-RTK技术配合测图是目前比较好的方法,能更好地提高工作效率,产生良好的经济效益,达到优势互补。

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