測量學(xué)大比例尺數(shù)字地形圖測繪原理與方法培訓(xùn)講義(數(shù)字測圖)

1、數(shù)字測圖原理與方法第二十講1、偶然誤差的特性？2、為什么算術(shù)平均值稱為最或是值？3、推導(dǎo)白塞爾公式。4、誤差傳播定律5、加權(quán)平均值的公式推導(dǎo)。引入：地面數(shù)字測圖概述11.1 大比例尺測圖的技術(shù)設(shè)計11.2 圖根控制測量和測站點(diǎn)測定 11.3 野外采集數(shù)據(jù)11.4 數(shù)字地形圖編輯和輸出11.5 大比例尺數(shù)字地形圖質(zhì)量控制11.6 地形圖數(shù)據(jù)庫11.7 地形圖數(shù)字化第十一章 大比例尺數(shù)字地形圖測繪數(shù)字測圖系統(tǒng)數(shù)字測圖系統(tǒng)廣義數(shù)字測圖系統(tǒng)數(shù)字測圖：地面數(shù)字測圖（利用全站儀或其它測量儀器進(jìn)行野外數(shù)字化測圖）地圖數(shù)字化（利用手扶數(shù)字化儀或掃描數(shù)字化儀對紙質(zhì)地形圖的數(shù)字化）數(shù)字?jǐn)z影測量（利用航攝、遙感像片

2、進(jìn)行數(shù)字化測圖）一、地面數(shù)字測圖相關(guān)概念定義：是指對利用全站儀、GPS接收機(jī)等儀器采集的數(shù)據(jù)及其編碼，通過計算機(jī)圖形處理而自動繪制地形圖的方法?；居布喝緝x或GPS接收機(jī)、計算機(jī)和繪圖儀等。軟件基本功能：野外數(shù)據(jù)的輸入和處理、圖形文件生成、等高線自動生成、圖形編輯與注記和地形圖自動繪制。一、地面數(shù)字測圖工作內(nèi)容1、野外數(shù)據(jù)采集與編碼：利用全站儀或GPS接收機(jī)觀測并自動記錄觀測數(shù)據(jù)或計算后的碎部點(diǎn)坐標(biāo)；用規(guī)定的數(shù)字代碼表示每個碎部點(diǎn)記錄中點(diǎn)號、觀測值或坐標(biāo)、符號碼以及點(diǎn)之間的連線關(guān)系碼等信息碼。計算機(jī)通過識別碎部點(diǎn)的信息碼來自動繪制地形圖符號。2、數(shù)據(jù)處理與圖形文件生成：數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)預(yù)處

3、理、地物點(diǎn)的圖形處理和地貌點(diǎn)的等高線處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理：對原始記錄數(shù)據(jù)作檢查，刪除已廢棄記錄與圖形生成無關(guān)的記錄，補(bǔ)充碎部點(diǎn)的坐標(biāo)計算和修改含有錯誤的信息碼并生成點(diǎn)文件。圖形文件生成：即根據(jù)點(diǎn)文件，將與地物有關(guān)的點(diǎn)記錄生成地物圖形文件，與等高線有關(guān)的點(diǎn)記錄生成等高線圖形文件。圖形文件生成后可進(jìn)行人機(jī)交互方式下的地形圖編輯，包括刪除錯誤的和無需表示的圖形，修正不合理的符號表示，增添植被、土質(zhì)等配置符號及進(jìn)行地形圖注記，最終生成數(shù)字地形圖的圖形文件。3、地形圖與測量成果報表輸出：即將數(shù)字地形圖用磁盤存儲和通過自動繪圖儀繪制地形圖。二、與傳統(tǒng)測圖作業(yè)相比，地面數(shù)字測圖特點(diǎn)：具有較高的測圖精度。具有較高

4、的自動化程度。其圖根控制測量與碎部測量可同時進(jìn)行。在通視良好，定向邊較長的情況下，碎部點(diǎn)到測站點(diǎn)的距離與傳統(tǒng)測圖相比，可以放得更長一些。在測區(qū)內(nèi)可不受圖幅的限制。直接測量碎部點(diǎn)的數(shù)目比傳統(tǒng)測圖有所增加，且碎部點(diǎn)（尤其是地形特征點(diǎn)）的位置選擇尤為重要。按地形圖比例尺的分類：大比例尺：1：500，1：1000，1：2000，1：5000，1：1萬中比例尺：1：2.5萬，1：5萬，1：10萬小比例尺：1：25萬，1：50萬，1：100萬按測圖比例尺的分類：大比例尺測圖： 1：500，1：1000，1：2000，1：5000；中比例尺測圖： 1 : 1萬， 1：2.5萬，1：5萬，多用航測法成圖。小比

5、例尺測圖： 1：10萬，1：25萬，1：50萬，1：100萬，由較大比例尺地圖及各種資料編繪而成。測圖類型：地形圖、地籍圖、房產(chǎn)圖和地下管線圖等。地籍要素：行政境界、土地權(quán)屬界線、界址點(diǎn)及編號、土地編號、房產(chǎn)情況、土地利用類別、土地等級、土地面積等。必要的地形要素：測量控制點(diǎn)、房屋道路、水系以及與地籍有關(guān)的地物、地理名稱等。房產(chǎn)圖：地形圖和地籍圖的派生圖，控制點(diǎn)、界址點(diǎn)、房屋權(quán)界線、房屋結(jié)構(gòu)及層次、房產(chǎn)類別及用途、用地界線、附屬設(shè)施、圍護(hù)物、道路、水系及與房產(chǎn)有關(guān)的其他地形要素等。地下管線圖：各類地下管線的地面特征點(diǎn)、地下管線探測點(diǎn)、地下管線尺寸及用途、地下管線的附屬設(shè)施及地下管線周邊的地形要

6、素等。大比例尺測圖的作業(yè)規(guī)范和圖式主要有：工程測量規(guī)范城市測量規(guī)范地籍測繪規(guī)范房產(chǎn)測量規(guī)范大比例尺地形圖機(jī)助制圖規(guī)范、1 : 500 1 : 1 000 1 : 2 000 地形圖圖式 1 : 5 000 1 : 10 000 地形圖圖式地籍圖圖式1 : 500 1 : 1 000 1 : 2 000 地形圖要素分類與代碼等大比例尺地面數(shù)字測圖技術(shù)計劃的主要內(nèi)容：任務(wù)概述測區(qū)情況已有資料及其分析技術(shù)方案的設(shè)計組織與勞動計劃儀器配備及供應(yīng)計劃財務(wù)預(yù)算檢查驗(yàn)收計劃以及安全措施等11.1 大比例尺測圖的技術(shù)設(shè)計測量任務(wù)書：明確工程項(xiàng)目或編號，設(shè)計階段及測量目的，測區(qū)范圍（附圖）及工作量，對測量工作的

7、主要技術(shù)要求和特殊要求，及上交資料的種類和日期等。資料準(zhǔn)備：測區(qū)內(nèi)及附近已有測量成果資料，其施測單位、施測年代、等級、精度、比例尺、規(guī)范依據(jù)、范圍、平面和高程坐標(biāo)系統(tǒng)、投影帶號、標(biāo)石保存情況及可利用程度等。技術(shù)計劃：任務(wù)概述，測區(qū)情況，已有資料及其分析，技術(shù)方案的設(shè)計，組織與勞動計劃，儀器配備及供應(yīng)計劃，財務(wù)預(yù)算，檢查驗(yàn)收計劃以及安全措施等內(nèi)容。平面坐標(biāo)系統(tǒng)：國家統(tǒng)一平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)。沒有國家控制點(diǎn)可資利用時，可采用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)。測區(qū)面積大于100 km時， 應(yīng)與國家控制網(wǎng)連測，采用國家坐標(biāo)系統(tǒng)，控制測量成果應(yīng)顧及球面與平面的差別，歸化到高斯平面上計算。采用3帶投影時，我國大部分地區(qū)投影帶邊緣

8、的長度變形約為1/2 900，這對普通導(dǎo)線測量影響尚不很嚴(yán)重，而對等級導(dǎo)線測量的邊長應(yīng)進(jìn)行距離改化。無論是3帶投影，或是1.5帶投影，一個測區(qū)只能用一種坐標(biāo)系統(tǒng)。高程系統(tǒng)應(yīng)與國家高程系統(tǒng)一致。即采用“1985國家高程基準(zhǔn)” 。如測區(qū)附近沒有國家水準(zhǔn)點(diǎn)，或連測工作量很大，可在已有地形圖上求得一個點(diǎn)的高程作為起算高程。對于擴(kuò)建和改建的工程測圖，為保持兩次測圖的高程一致，可以利用原來的水準(zhǔn)點(diǎn)高程。 這時可以在已有地形圖上求得一個點(diǎn)的高程作為起算高程。到測區(qū)實(shí)地調(diào)查人文風(fēng)俗、自然地理?xiàng)l件、交通運(yùn)輸、氣象情況等。核對舊有標(biāo)石和點(diǎn)之記。初步考慮控制網(wǎng)布設(shè)方案及措施。在舊有地形圖（或小比例尺地圖）上擬定地形

9、控制布設(shè)方案，精度估算。對若干方案進(jìn)行技術(shù)要求與經(jīng)濟(jì)核算方面的論證。對地形控制網(wǎng)的圖形、施測、點(diǎn)的密度和平差計算等因素進(jìn)行全面分析，并確定最后采用的方案。實(shí)地選點(diǎn)時，容許局部修改。展繪已有控制點(diǎn)，繪制分幅圖、出坐標(biāo)格網(wǎng)線（公里格網(wǎng)線）。編制組織措施和勞動計劃，提出儀器配備計劃、經(jīng)費(fèi)預(yù)算計劃和工作計劃進(jìn)度，同時擬定檢查驗(yàn)收計劃。避免工傷事故和減少儀器設(shè)備損壞，確保安全生產(chǎn)。一、圖根控制測量圖根點(diǎn)布設(shè)：在各等級控制下加密，一般不超過兩次附合。較小的獨(dú)立測區(qū)測圖，圖根控制可作為首級控制。布設(shè)方法：圖根導(dǎo)線、圖根三角、交會方法和GPS RTK等。圖根點(diǎn)高程：圖根水準(zhǔn)和圖根三角高程測定。圖根點(diǎn)精度：相對

10、于鄰近等級控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差，不應(yīng)大于圖上0.1 mm，高程中誤差不應(yīng)大于測圖基本等高距的1/10。圖根控制點(diǎn)個數(shù)：每平方公里圖根點(diǎn)的密度如表所示：11.2 圖根控制測量和測站點(diǎn)測定1:2 0001:1 0001:500傳統(tǒng)測圖15 50 150數(shù)字測圖 4 16 64一、圖根控制測量方法：全站儀“同步測量法”，又稱“一步測量法”GPS方法光電測距極坐標(biāo)法和交會測量等。一、圖根控制測量全站儀“同步測量法” “一步測量法”作業(yè)步驟：B點(diǎn)安置全站儀，后視點(diǎn)高級控制點(diǎn)A，前視圖根點(diǎn)e，觀測水平角、前視天頂距、斜距和覘標(biāo)高。由B點(diǎn)坐標(biāo)算出e點(diǎn)三維坐標(biāo)。儀器不動，后視A點(diǎn)作零方向，施測測站周圍的碎部點(diǎn)1

11、、2、3，并根據(jù)B點(diǎn)坐標(biāo)，計算各碎部點(diǎn)坐標(biāo)。儀器搬至e點(diǎn)，后視B點(diǎn)，前視f點(diǎn)，同法測出水平角、前視方向天頂距、斜距及覘標(biāo)高，及本站的各碎部點(diǎn)5、6、7，并計算出其坐標(biāo)，依此類推至到g點(diǎn)。當(dāng)測到最后一點(diǎn)h時，同以上步驟可算得C坐標(biāo)，與C點(diǎn)已知坐標(biāo)之差即附合導(dǎo)線閉合差。若符合限差要求，按與導(dǎo)線邊長成正比平差計算各導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)。為提高測圖精度，可由各圖根點(diǎn)平差值重新計算各點(diǎn)對應(yīng)的碎部點(diǎn)坐標(biāo)。二、測站點(diǎn)的測定盡量利用各級控制點(diǎn)作為測站點(diǎn)。地形瑣碎、地物、地貌復(fù)雜零碎的地段，要增設(shè)測站點(diǎn)，切忌用增設(shè)測站點(diǎn)作大面積的測圖。增設(shè)測站方法：在控制點(diǎn)或圖根點(diǎn)上，采用極坐標(biāo)法、交會法和支導(dǎo)線測定測站點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。

12、支導(dǎo)線增設(shè)測站時，為保證方向傳遞精度，可用三聯(lián)腳架法。數(shù)字測圖時，測站點(diǎn)的點(diǎn)位精度，相對于附近圖根點(diǎn)中誤差不應(yīng)大于圖上0.2 mm，高程中誤差不應(yīng)大于測圖基本等高距的1 / 6。三聯(lián)腳架法導(dǎo)線觀測使用三個既能安置全站儀又能安置帶有覘牌的反射棱鏡的基座和腳架，基座帶有通用的光學(xué)對中器。將全站儀安置在測站i的基座中，帶有覘牌的反射棱鏡安置在后視點(diǎn)i-1和前視點(diǎn)i+1的基座中，進(jìn)行導(dǎo)線測量。遷站時，i和i+1的腳架和基座不動，只取下i上的全站儀和i+1 上帶有覘牌的反射棱鏡，在i+1上安置全站儀，在i的基座上安置帶有覘牌的反射棱鏡，并將i-1上的腳架遷至i+2處并予以安置，這樣直到測完整條導(dǎo)線為止。

13、減弱儀器和目標(biāo)對中誤差對測角、測距的影響，提高導(dǎo)線觀測精度，減少坐標(biāo)傳遞誤差。 三、全站儀的半測回觀測法預(yù)先測定經(jīng)緯儀的橫軸誤差、視準(zhǔn)軸誤差和豎盤指標(biāo)差，儲存在全站儀內(nèi)存或電子手簿中；觀測水平方向和豎角時，由程序?qū)Π霚y回觀測方向和天頂距自動進(jìn)行改正來消除其影響。當(dāng)視準(zhǔn)軸誤差和豎盤指標(biāo)差有較大變化時，應(yīng)進(jìn)行儀器誤差的重新測定。1、橫軸誤差對水平方向影響的改正設(shè)因橫軸傾斜角 而產(chǎn)生的水平方向的讀數(shù)影響為 則正確的水平方向讀數(shù)為式中，L、R為盤左、盤右水平方向讀數(shù)，為豎角。2 、視準(zhǔn)軸誤差對水平方向影響的改正設(shè)因視準(zhǔn)軸誤差c對水平方向的影響為則正確的水平方向讀數(shù)為 式中，L、R為盤左、盤右水平方向讀

14、數(shù)，為豎角。在半測回觀測法中，為施加 和 改正，觀測水平方向時必須同時觀測豎角，如果只是為了求 和 ，豎角不必精確測定。第十章 大比例尺數(shù)字地形圖測繪 10.2 圖根控制測量和測站點(diǎn)測定3、指標(biāo)差對豎角的改正設(shè)指標(biāo)差為 ，則一般垂直度盤豎角的計算公式為 或 式中，L、R為盤左、盤右天頂距讀數(shù)，為豎角。第十章 大比例尺數(shù)字地形圖測繪 10.2 圖根控制測量和測站點(diǎn)測定三、碎部測量（一）點(diǎn)信息野外采集：在野外由繪圖員將測得的細(xì)部點(diǎn)標(biāo)注在圖紙上，隨時根據(jù)實(shí)際情況連線和標(biāo)繪圖式符號，形成工作草圖。同時，記錄員還需將地形點(diǎn)的全部信息（測站，標(biāo)定圖板方向，檢查方向，視距讀數(shù)或距離，豎直角，儀器高，水平距離

15、值，高差等）記錄在碎部點(diǎn)手簿上。在測圖及繪圖過程中一旦發(fā)現(xiàn)問題，即可檢查手簿進(jìn)行糾正。第十章 大比例尺數(shù)字地形圖測繪 10.2 圖根控制測量和測站點(diǎn)測定（二）碎部測量方法全站儀除測量水平角、豎直角、斜距、平距、高差等的直接觀測值，及其相應(yīng)改正數(shù)（如指標(biāo)差改正、距離測量的氣象改正等）外，還設(shè)置有簡單的計算軟件，能在現(xiàn)場實(shí)時計算碎部點(diǎn)的三維坐標(biāo)、點(diǎn)間平距、高差和方位角或根據(jù)已知的設(shè)計坐標(biāo)計算出放樣數(shù)據(jù)等。第十章 大比例尺數(shù)字地形圖測繪 10.2 圖根控制測量和測站點(diǎn)測定（二）碎部測量方法1、極坐標(biāo)法采用全站儀以三維坐標(biāo)測量法進(jìn)行：用極坐標(biāo)法測定點(diǎn)的平面坐標(biāo)X，Y，用三角高程測定點(diǎn)的高程H。即從一個

16、控制點(diǎn)上，根據(jù)測站上的一個已知方向測定出已知方向與碎部點(diǎn)之間的水平角和測站點(diǎn)到碎部點(diǎn)的距離，來確定細(xì)部點(diǎn)的平面位置。其測站點(diǎn)可以是基本控制點(diǎn)或圖根控制點(diǎn)。全站儀中，一般以N（North）、E（East）及Z或ELEV（Elevation）分別表示點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。1、極坐標(biāo)法已知：測站點(diǎn)A、后視點(diǎn)B的三維坐標(biāo)，P為碎部點(diǎn)。觀測：AB、BP兩方向間的水平角 ，測站點(diǎn)到碎部點(diǎn)的水平距離dAP ，斜距DAP ，測站點(diǎn)到碎部點(diǎn)處目標(biāo)點(diǎn)的天頂距ZAP ，儀器高i ，目標(biāo)高t 。計算：后視方向方位角、碎部邊方位角及碎部點(diǎn)坐標(biāo)為：第十章 大比例尺數(shù)字地形圖測繪 10.3 野外數(shù)據(jù)采集1、極坐標(biāo)法三維坐標(biāo)測

17、量法操作：在測站A上安置全站儀，量取儀器高i，后視點(diǎn)B處安置覘牌，按“坐標(biāo)輸入”鍵，輸入測站點(diǎn)及后視點(diǎn)三維坐標(biāo)，按“儀器高輸入”鍵輸入儀器高。照準(zhǔn)后視點(diǎn)B，按“方位角設(shè)置”鍵，軟件自動計算AB，進(jìn)行水平度盤設(shè)置（水平度盤定向）：照準(zhǔn)B點(diǎn)后，用配置度盤方法使測站點(diǎn)到已知點(diǎn)的水平度盤讀數(shù)等于測站點(diǎn)到已知點(diǎn)的坐標(biāo)方位角，這樣度盤0即正北方向。在碎部點(diǎn)處量取棱鏡桿的目標(biāo)高，通知測站，按“目標(biāo)高輸入”鍵輸入目標(biāo)高t。照準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)棱鏡中心，按“坐標(biāo)測量”鍵，軟件即可自動計算目標(biāo)方位角AP 、目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，幾秒鐘后屏幕便顯示目標(biāo)點(diǎn)的NP，EP，ZP。第十章 大比例尺數(shù)字地形圖測繪 10.3 野外數(shù)據(jù)采集2、支導(dǎo)線法：在已知點(diǎn)B按三維坐標(biāo)測量測定導(dǎo)線點(diǎn)1的三維坐標(biāo)后，關(guān)閉電源，在1點(diǎn)安置儀器，量取儀器高i，并輸入儀器；調(diào)用坐標(biāo)換置功能軟件，自動將B、1點(diǎn)坐標(biāo)分別以后視點(diǎn)、測站點(diǎn)輸入；照準(zhǔn)后視點(diǎn)B，設(shè)置水平度盤方位角；在導(dǎo)線點(diǎn)2安置覘標(biāo)（棱鏡），最取目標(biāo)高，輸入儀器；照準(zhǔn)2點(diǎn)，按“坐標(biāo)測量”鍵，測定2點(diǎn)的坐標(biāo)，其余類推，直到3點(diǎn)。3、角度交會法：已知：點(diǎn)A、B通視可互相定向。觀測：分別在A、B兩點(diǎn)觀測同一碎部點(diǎn)P，測量水平角、，碎部點(diǎn)平面