地面数字化测图教学实践

李 红 孟爱青*

(太原理工大学建工学院土木系，山西太原 030024)

0 引言

数字化测图作为一种新的技术，较之传统测量方法具有无可比拟的优点，如:点位精度高;便于成果更新、补测和修测;具有自由比例尺等，因此，越来越广泛地得到应用，尤其在地面测图方面使得地形图的精度和现势性要求越来越高。

因此我们在测量实习中增设了地面数字化测图相关内容。作为一种教学改革实践，就过程中的体会与业界同仁共同探讨。

1 数字化测图

数字化测图的基本思想:测量学是一种对地面点位定位的学科，经典的方法是根据模拟量(比例尺，方向角，距离)作为定位元素，称为地面模拟法测图;数字化测图则是根据已知点数据和待测点的定位元素，先解算出待测点的坐标，再展点，但测图的最基本信息仍然是地面点位信息。

数字化测图必须采集属性信息(地理编码)和关系信息。测得地图图形，具有相应的数据格式，以便于计算机识别。

数字测图的基本方法:目前在我国获得数字地形图的方法有三种:航测数字成图、地面数字测图、原图数字化。本文只涉及地面数字测图。

2 地面数据采集主要作业模式种类

数据采集是数字化测图的基础，其方法有:

1)数字测记模式;2)电子平板模式;3)全数字化模式;4)人工数据记录模式;5)数字摄影测量模式;6)人工图形数字化模式:就是先用模拟法测出白纸图，然后在室内用数字化仪将白纸图转为数字地图。

3 数字化测图的实施

3.1 实习程序

地面数字测图分为以下三个模块:

第一模块:地面点位信息采集;模拟法测图;碎部测量同时作好数字成图的准备工作。

第二模块:室内文件编辑;用Excel表格计算点位数据;编辑数据和引导文件;信息输入;设计点之间关系，图层设计。

第三模块:地形图的输出。

3.2 确定外业数据采集的方式

使用全站仪实施大比例尺外业数字测图，根据所使用的设备和测图软件，确定作业方式。通常利用全站仪的可选择的方式有:测记法、电子平板法、一步测量法。

我们的专业方向是建筑，城市规划，土木工程，给排水等，教授对象是没有任何测量基础的学生，既要让学生掌握经典的方法，而且对现代技术也应涉及，并且根据我院的仪器设备等具体条件，选择了测记法。即:先用模拟法测出白纸图，理解经典的野外测量过程，然后在室内编辑相关文件，将白纸图转为数字地图。

3.3 人员配置

测记法数据采集每作业组一般学生6人～8人:

仪器观测员1名，记录员1名，绘草图领镜(尺)员2名，立镜(尺)员2名～3名。

其中，绘草图领镜员是作业组的指挥者，需技术全面有责任心的人担任。

3.4 实习计划和要求

实习计划和要求见表1。

表1 实习计划和要求

3.5 外业测图

1)控制测量。

根据任务要求，每组在测区选择4个～6个图根点，组成图根控制导线。所使用全站仪标称精度2″±5 ppm，需要强调的是:由于学生没有实际工作经验，课堂知识还不能与实际结合起来，因此在控制点的选择及线路组成上要加强辅导，使其真正理解控制点的作用及优化线路。与此同时，教会学生组织协调测绘生产的经验，安排工作程序。

导线测量中要注意:a.连接角的观测精度与导线转折角精度的不同;b.距离测量的往返测比较，因为测量条件限制，有忘记返测或距离测量值混淆的情况。根据多年的教学经验，每当导线计算不能闭合，都是基于以上原因。高程控制测量应注意要求测站检核，部分学生往往没有真正明白三项检核的意义。

2)碎部测量。

在传统的地面模拟法测量中，地面点的相对位置都是通过测量点与点之间的方位(角度)、距离和高差，根据几何图形来确定，它们实质是极坐标法。因此地面测量的几何要素就是方位、距离和高差。

野外数据采集原理仍旧是测点的三维坐标，只是每个地面点是用数字形式表述的，除此之外，为了使计算机识别，还应知道该点的属性，即地形点的特征信息，绘图时必须知道该点是什么点:地貌点，地物点(屋角、电线杆…)，有什么特征等等;该点的连接关系，据此将相关的点连成一个地物。

因此，每一个地面点要命名一个点号，并通过相关关系式建立联系。外业完成各碎部点的编码后，回到室内把碎部点信息传输到计算机并展绘出来。

这一环节要求观测者和司镜者配合默契，一点测完后下一点测什么应心知肚明;司镜者担负着建立连接信息和属性信息工作，是测图中的主要人员，对于地物(貌)的选择等要按相关规范执行。

3.6 内业编辑

1)数据地理编码概念。外业数据采集仅用全站仪或其他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。一般用按一定规则构成的符号串来表示地物属性和连接关系等信息，这种有一定规则的符号串称为数据编码。

2)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)数据处理:控制测量数据计算编制表格，并计算出地形点的三维坐标;碎部点测量的电子文档有两个:a.数据文件;b.引导文件。

3.7 测绘软件的选择

目前市场上测绘软件主要有清华大学土木系开发的测霸EPSW系列和武汉瑞得测绘公司开发的RDMS系列;以及南方测绘公司开发的CASS系列和SCS系列。

其中CASS系列市场占有率、更新速度在行业内领先。而且由于CASS是基于AutoCAD平台开发的相关软件，AutoCAD的所有功能它都可以用，其编辑功能非常强大。学生已经学习过该软件，应用起来更容易上手，所以选择了CASS系列。

CASS的坐标数据文件:CASS的坐标数据文件扩展名是“DAT”，无论是从电子手簿传输到计算机还是用电子平板在野外直接记录数据，都生成一个坐标数据文件。其文件格式为:

N(总点数)

点号，编码，Y(东)坐标，X(北)坐标，高程(回车)

………

点号，编码，Y(东)坐标，X(北)坐标，高程(回车)

说明:文件内除第一行是总点数外，每一行代表一个点;每个点Y坐标、X坐标、高程的单位是m;编码内不能含有逗号，即使编码为空，其后的逗号也不能省略。所有的逗号不能在全角方式下输入。

CASS的数据引导文件:CASS的数据编码引导文件扩展名是“.YD”;编码引导文件是用户根据“草图”编辑生成的，文件的每一行描绘一个地物;数据编码引导文件的格式为:

Code，N1，N2，…，Nn

说明:Code为该地物的地理编码;

Ni为构成该地物的第i点的点号;

引导文件是对无码坐标数据文件的补充，二者结合即可完备地描述地图上的各个地物。

值得注意的是:N1，N2，…，Nn的排列顺序应与地物特征点的实际顺序一致。

此阶段应注意数据输入正确，因数据庞杂，往往容易出错，使得成图困难。

3.8 图形输出

1)测量坐标系到计算机屏幕坐标系的换算。坐标变换:大比例尺数字测图中的测量坐标系采用高斯—克吕格坐标系或者是独立坐标系。计算机屏幕坐标系的坐标原点在屏幕的左上角，Y轴向下为正，且屏幕坐标都为正值。因此，测量坐标系到计算机屏幕坐标系的换算和测量坐标系到绘图仪坐标系的换算，在地形图输出时需要注意。

2)图形显示的分层处理。对于大量测量数据可以采取数据分割的手段来处理，减少工程数据量负荷和有限内存的占用，提高数据处理效率。常用的数据分割手段有分片和分层两种方法。我们是按地物的属性编码分层，在某一地物出现错误时，只要调出该图层修改，免去了牵一发而动全身的状况。

3)地形图整饰。根据地形图图式，检查地物符号;文字大小，字体(要强调文字表述的不同层次，字体);地物点的连接是否正确，图廓外注记是否完整等。

4 结语

地面数字化测量是当前应用日趋广泛的先进技术，是测量实习中的重要组成部分，因此，作为必须掌握的课程，在此过程中，我们的体会是:

1)测量开始前，组织学生学习并熟悉软件的特点和使用非常重要，了解数字测图必需采集的测图信息;2)在模拟测量阶段应考虑数字测图的因素，作好点号标记，并强调一幅图中点号的唯一性，连贯性;3)输入计算机时教会学生分层设计内容;4)熟悉地形图的表示方法和相关规定;5)学会对于不能达到要求及不美观的地物修改。

[1] 杨德嶙.大比例尺数字测图原理及应用[M].北京:清华大学出版社，1998.

[2] 潘正风，杨正尧.数字测量原理与方法[M].武汉:武汉大学出版社，2002.

[3] 贺丽娟，曹振一.数字化测绘技术在工程测量中的应用[J].西北水电，2002(3):27-28.

[4] 郭宗河.测量学实用教程[M].北京:中国电力出版社，2006.