數(shù)字測圖外業(yè)課件

內(nèi)容提要2023/9/181野外數(shù)據(jù)采集碎部點坐標(biāo)測算方法及數(shù)學(xué)原理4.1

野外數(shù)據(jù)采集2023/9/1824.1.1

測圖前的準(zhǔn)備工作1控制測量2儀器器材與資料準(zhǔn)備4.1.2

野外數(shù)據(jù)采集1測記法施測2電子平板法施測3一步測量法4.1.3

測量硬件野外數(shù)據(jù)采集概述2023/9/183數(shù)據(jù)采集就是采集供自動繪圖用的繪圖信息，是數(shù)字測圖的一項重要工作。不同的數(shù)據(jù)源、不同的作業(yè)模式有不同的數(shù)據(jù)采集方式，有內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集與外業(yè)數(shù)據(jù)采集之分，有手工輸入、半自動輸入、自動輸入之分。一個優(yōu)秀的數(shù)字測圖系統(tǒng)通常支持多種數(shù)據(jù)采集方式。目前大比例尺野外數(shù)字測圖主要使用全站儀采集數(shù)據(jù)，故本書主要介紹使用全站儀實施野外數(shù)據(jù)采集的方法。如果測量的目的只為獲得地面物體水平投影的位置，則稱這種測量為地物測量。如果測量的目的既要獲得地面物體的水平投影位置又要獲得其高程，則這種測量就是地形測量。2023/11/134在野外用儀器將碎部點與控制點的關(guān)系(包括距離、方向和高差)測定，并將這些數(shù)據(jù)記錄下來，再在室內(nèi)進行繪圖，這就是一般稱為的測記法。這種方法工作時受氣候影響小，但在室內(nèi)繪圖無法與實地對照進行，有錯誤不易發(fā)覺，又不能及時改正。2023/11/135在野外根據(jù)圖解的原理當(dāng)時就把碎部點的位置確定下來，繪圖工作是在野外進行的，這種方法一般稱為測繪法，也是最常用的方法。由于實物較小，按比例縮小后無法在圖紙上給出。這時可不按比例而用規(guī)定的符號表示其位置。地貌一般是用表示高程的等值線即等高線(就是在同一條等高線上的點的高程相同)表示的。等高

線既能表示出地形的高低起伏情況，也能表示其水平投影的位置。有的地貌用等高線表示有困難，也可用規(guī)定的符號來表示。2023/11/136有些是在野外進行的，稱為外業(yè)；有些是

在室內(nèi)進行的，稱為內(nèi)業(yè)。外業(yè)工作主要

是獲得必要的數(shù)據(jù)，如點與點之間的距離，邊與邊之間夾角的水平投影(水平角等)；內(nèi)業(yè)工作主要是計算與繪圖。2023/11/137測量原則2023/11/138必須遵循“先整體后局部”，即“先控制后碎部”的原則；為了保證成果的質(zhì)量，必須堅持隨時檢查的原則。4.1.1

測圖前的準(zhǔn)備工作2023/11/1391控制測量2儀器器材與資料準(zhǔn)備1

控制測量2023/11/1310控制測量和地形特征點（碎部點）采集。2

儀器器材與資料準(zhǔn)備2023/11/1311實施數(shù)字測圖前，應(yīng)準(zhǔn)備好儀器、器材、控制成果和技術(shù)資料。儀器、器材主要包括：全站儀、對講機、電子手簿或便攜機、備用電池、通訊電纜（若使用全站儀的內(nèi)存或內(nèi)插式記錄磁卡，不用此電纜）、花桿、反光棱鏡、皮尺或鋼尺等。全站儀、對講機應(yīng)提前充電。在數(shù)字測圖中，由于測站到鏡站距離比較遠，配備對講機是必要的。在野外采集數(shù)據(jù)之前，通常要對測區(qū)進行“作業(yè)區(qū)”劃分。在數(shù)據(jù)采集之前，最好提前將測區(qū)的全部已知成果輸入電子手簿或便攜機，以方便調(diào)用。4.1.2

野外數(shù)據(jù)采集2023/11/1312使用全站儀實施大比例尺野外數(shù)字測圖，作業(yè)方式可區(qū)分為測記法電子平板法一步測量法1

測記法施測2023/11/1313測記法數(shù)據(jù)采集，每作業(yè)組一般需:儀器觀測員（兼記錄員）1名繪草圖領(lǐng)鏡（尺）員1名立鏡（尺）員1～2名其中繪草圖領(lǐng)鏡員是作業(yè)組的指揮者，需技術(shù)全面的人擔(dān)任。2023/11/13142

電子平板法施測2023/11/1315電子平板法測圖時，作業(yè)人員一般配置為：觀測員1名電子平板（便攜機）操作人員1名跑尺員1～2名其中電子平板操作員為測圖小組的指揮。2023/11/13162023/11/13173

一步測量法2023/11/1318利用電子平板測圖，除了可按傳統(tǒng)的作業(yè)程序進行施測以外，還可以采用圖根導(dǎo)線與碎部測量同時作業(yè)的“一步測量法”。即在一個測站上，先測導(dǎo)線的數(shù)據(jù)，接著就測碎部點。這是一種少安置一輪儀器、少跑一輪路，大大提高外業(yè)工作效率的測量方法。電子手簿數(shù)字化儀掃描儀數(shù)控繪圖儀2023/11/13194.1.3

測量其它硬件電子手簿1、定義在地面數(shù)字測圖系統(tǒng)中，野外測量數(shù)據(jù)

的采集與存儲設(shè)備習(xí)慣上稱為電子手簿。

2、功能有的只具有記錄功能，有的不僅具有記錄功能，還有處理數(shù)據(jù)的功能。2023/11/1320電子手簿3、類型（硬件）儀器內(nèi)藏的存儲模塊或插入式磁卡儀器廠家生產(chǎn)的與全站儀相配套的專用電子手簿以通用的袖珍計算機或掌上電腦為依托開發(fā)的電子手簿4、分類1）固有程序型2023/11/1321進行各種野外測量，都按電子手簿中事先編好的操作程序一步一步地進行，并能同時得到點的坐標(biāo)和高程。2）可編程序型除具有獲取存儲觀測值的功能外，還具有編程語言模塊，用戶可根據(jù)需要自行編制測量程序，測量時選擇調(diào)用。2）復(fù)合型電子手簿2023/11/1322主要功能（以NFSB電子手簿為例）接收處理全站儀觀測數(shù)據(jù)接收處理采用其它測量方法得到的觀測數(shù)據(jù)與微機通訊把繪圖儀當(dāng)作數(shù)字化儀使用可隨時進行反算和檢測快速放樣平差計算面積量算土方量算驅(qū)動功能展繪功能計算道路曲線數(shù)字化儀定義從圖紙上獲取數(shù)據(jù)的過程稱為圖數(shù)轉(zhuǎn)換或模數(shù)轉(zhuǎn)換，也稱數(shù)字化。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的儀器稱為數(shù)字化儀。分類按自動化程度：手扶跟蹤式、半自動跟蹤式和自動掃描式數(shù)字化儀按數(shù)據(jù)格式：矢量式和柵格式數(shù)字化儀按數(shù)字化臺面形狀：平臺式和滾筒式數(shù)字化儀2023/11/1323數(shù)字化儀2023/11/1324手扶跟蹤數(shù)字化儀對原圖的清晰度要求不

高，可對要素有選擇地進行數(shù)字化，數(shù)據(jù)處理較簡單，但工作量比較大，時間稍長就容易引起作業(yè)員研究疲勞。若圖面清晰（反差大），數(shù)字化要素較多時，可利用自動掃描數(shù)字化儀（簡稱掃描儀）進行數(shù)字化。掃描儀可以將圖形、圖象（黑白或彩色）快速、高精度地數(shù)字化后輸入計算機。掃描儀2023/11/1325掃描類型Lineart(二值)：線劃圖

Grayscale(灰度)：彩色圖數(shù)據(jù)格式Lineart(二值)：Tiff,BMP等Grayscale(灰度)：Tiff及JPEG等分辨率一般掃描線劃圖選用分辨率大于等于400dpi的，掃描圖象則選用分辨率大于等于300dpi的。數(shù)控繪圖儀2023/11/1326一、概述數(shù)控繪圖儀是機助成圖系統(tǒng)常用的圖形輸出設(shè)備。數(shù)控繪圖儀（亦稱自動繪圖儀，簡稱繪圖

儀）的基本功能是將計算機繪制的數(shù)字地圖實現(xiàn)

數(shù)－圖的轉(zhuǎn)換。數(shù)控繪圖儀近年來發(fā)展異常迅速，它已成為一種重要的工具。它不僅在測繪行業(yè)，

而且在飛機、造船、建筑等各工業(yè)部門以及氣象、地理等各專用部門都有廣泛應(yīng)用。數(shù)控繪圖儀2023/11/1327二、分類按外形：滾筒式繪圖儀和平臺式（平板式）繪圖儀；按驅(qū)動方式：步進電機繪圖儀、伺服電機繪圖儀和平面電機繪圖儀；按繪圖效果：筆式、光學(xué)式、靜電式、噴墨式等；按繪圖方式：矢量式繪圖儀、柵格式繪圖儀、打印機繪圖儀等。繪圖儀的性能指標(biāo)AC2023/11/1328B1、精度矢量繪圖儀精度包括：定位精度、重復(fù)精度、動態(tài)精度和總精度，通常以誤差的大小來描述精度的高低。1）定位誤差如圖，當(dāng)繪圖筆從A點繪到B點，由于系統(tǒng)誤差的存在，使繪圖筆不到B點，而是落在C點或D點，其偏差BC或BD定義為繪圖儀的定位誤差。目前繪圖儀的定位精度達到＋0.1~0.001mm。D繪圖儀的性能指標(biāo)2）重復(fù)誤差如下圖，當(dāng)繪圖筆以A點繪直線段到B點，再由B點返回到A點，繪圖筆尖不能準(zhǔn)確地回到A點，而是C點，則AC定義為繪圖儀的重復(fù)誤差，通常在

0.02mm以下。3）動態(tài)誤差一般用所畫直線的抖動、起調(diào)量以及圓的橢圓度來衡量。在繪圖儀的所有誤差中，以動態(tài)誤差占的比重最大。4）總精度在圖臺全長移動的積累誤差。A2023/11/1329CB繪圖儀的性能指標(biāo)2023/11/13302、速度和加速度速度主要是指繪圖頭作直線運動時能達到的最高速度，它取決于運動部件的質(zhì)量和電機驅(qū)動功率。3、分辨率對于矢量繪圖儀，分辨率為繪圖筆一次移動的步距。步距越小，所繪圖形的曲線在視覺上越顯得光滑。步距的范圍常在0.001~0.1mm之間。對于

柵格和噴墨繪圖儀，分辨率為象元大小，用dpi或每毫米象元數(shù)表示。柵格：

40dot/mm(0.025mm)~72dot/mm(0.014mm)，即在1000dpi以上。噴墨：300dpi和600dpi兩種。4、幅面指繪圖儀最大有效繪圖面積，它是反映繪圖儀大小的指標(biāo)。廠家標(biāo)稱幅面一般用最大繪圖長寬尺寸表示，如日本DPX-330繪圖儀最大繪圖尺寸為

864mm－594mm。通常人們又用紙張的標(biāo)號來表示繪圖儀的大?。ˋ0/A1/A2/A3)。觀看碎部測量2023/11/13314.2

碎部點坐標(biāo)測算方法及數(shù)學(xué)2023/11/1332原理4.2.1

全儀器法4.2.2 半儀器法（方向交會法）4.2.3

勘丈法4.2.4

計算法測算法2023/11/1333碎部點坐標(biāo)“測算法”的基本思想是：在野外數(shù)據(jù)采集時，利用全站儀適當(dāng)用極坐標(biāo)法或照準(zhǔn)偏心法測定一些“基本碎部點”，再用半儀器法（只測方向）、勘丈法（只丈量距離）測定一部分碎部點的位置（坐標(biāo)），最后充分利用直線、直角、平行、對稱、全等等幾何特征，在室內(nèi)（或現(xiàn)場）計算出所有碎部點的坐標(biāo)。事實上，只要用幾何作圖法能夠確定出位置的點，都可以用“測算法”求出點的坐標(biāo)?！盎舅椴奎c”指能滿足各種測定碎部點方法（除極坐標(biāo)法）的必要起算點，如本節(jié)圖中的A，B，C，D等點就是基本碎部點。在數(shù)字化測圖中，只要靈活應(yīng)用各種碎部點測算法，需要測定的基本碎部點并不很多，對于較規(guī)則的市區(qū)更是如此。4.2.1全儀器法2023/11/13341

南方全站儀提供的測量功能2

極坐標(biāo)法3

照準(zhǔn)偏心法延長偏心法 距離偏心法 角度偏心法1

南方全站儀提供的測量功能2023/11/1335三維坐標(biāo)測量2023/11/1336懸高測量2023/11/1337距離放樣2023/11/1338αABBAαABAαABBBAαABBAαABBAαBA39鄂州大學(xué)建筑工程系楊國根坐標(biāo)方位角：由坐標(biāo)縱軸的北端順時針量到直線位置時所夾的水平角稱為方位角；0o~360o。⒉象限角由縱線的北端或南端順時針或逆時針量到直線位置時所夾的水平銳角；用R表示0~90。RABBYAXRABBYAXαABαABRABBYAXRABBYAXαABαAB40鄂州大學(xué)建筑工程系楊國根第一象限:α

=

R

第二象限:

α

+

R

=

180第三象限:

α

-

R

=

180第四象限:α

+

R

=

3602023/11/13411

極坐標(biāo)法

Xi

=

Xz+Di·cos(Lzi)Yi

=

Yz＋

Di·sin(Lzi)Hi

=

Hz

＋

Di·cos(Ti)＋I－

Razi=az0+Li（aij為坐標(biāo)方位角）Dzi

=Szi·sin(Ti)若使用視距法，設(shè)視距間距為l，則Dzi=kl·sin2(Ti)，其k=100極坐標(biāo)法如圖所示，A為測站點，B為定向點，已知A（160，100，50），儀器高

，棱鏡高方位角，，測得水平角，A點測得P點的豎直角 ，Z平面距離 ，求P點坐標(biāo)。第一步：計算第二步：求，第三步：求P點坐標(biāo)為（260，273.2，250.1）測量算法算例1：極坐標(biāo)2023/11/1345當(dāng)前測站

B

點坐標(biāo)為（

0

，

10

），后視點A

坐標(biāo)為（0，0），儀器高和標(biāo)桿高均為1米，測得4點的水平角為135.0000度，平距為

15.000米，測得19點的水平角為152.0821度，平距為11.997米求4點和19點的坐標(biāo)。2

照準(zhǔn)偏心法延長偏心法、距離偏心法、角度偏心法。直線延長偏心法Z為測站點，欲測定B點，但Z，B間不通規(guī)。此時可在地物邊線方向找B′(或B“)點作為輔助點，先用極坐標(biāo)法測定其坐標(biāo)，再用鋼尺量取BB′（或BB”）的距離DBB′，即可求出B點的坐標(biāo)：2023/11/1346距離偏心法欲測定B點，但B點不能立標(biāo)尺或反光鏡，可

先用極坐標(biāo)法測定偏心點Bi（水平角讀數(shù)為Li，水平距離為SZBi），再丈量偏心點Bi到目標(biāo)點

B的距離△Si，即可求出目標(biāo)點B的坐標(biāo)。2023/11/1347角度偏心法欲測定目標(biāo)點B，由于B點無法到達或

B點無法立鏡，將棱鏡安置在離儀器到目標(biāo)B相同水平距離的另一個合適的目標(biāo)點Bi上進行測量，先測定至棱鏡的距離(DZB=DZBi)，然后轉(zhuǎn)動望遠鏡照準(zhǔn)待測目標(biāo)點Bi，讀取水平角LB，則測得B點坐標(biāo)為：2023/11/13484.2.2 半儀器法（方向交會法）2023/11/13491方向直線交會法2方向直角交會法1方向直線交會法A，B為已知點，欲測定i點，照準(zhǔn)i點，讀取方向值Li，用戎格公式可計算出i點坐標(biāo)，2023/11/13502方向直角交會法測出兩個房角點A、B后，只要連續(xù)照準(zhǔn)角點1，2，3，…，分別讀取方向值Li，就可連續(xù)求出照準(zhǔn)點的坐標(biāo)。2023/11/13514.2.3

勘丈法2023/11/13521

直角坐標(biāo)法2

距離交會法3

距離直線交會法4

直線內(nèi)插法5

定向直角拆線法6

無定向直角拆線法1直角坐標(biāo)法已知A、B兩點，欲測碎部點i，則以AB為軸線，自碎部點i向軸線作垂線（由直角棱鏡定垂足）。假設(shè)以A為原點，只要量測得到原點A至垂足di的距離ai和垂線的長度bi，就可求得碎部點I的位置。2023/11/1353直角坐標(biāo)法如圖，已知A（0，0），B（100，173.2），P點到AB的距離，A點到O點的距離，求P點坐標(biāo)。第一步：計算方位角第二步：計算方位角第三步：求A、B間距離第四步：求2距離交會法已知碎部點A，B，欲測碎部點P，則可分別量取P至A，B點的距離D1，D2，即可求得P點的坐標(biāo)。再根據(jù)戎格公式即可求得XP、YP。2023/11/13573距離直線交會法A，B，C為已知碎部點，欲測1，2，3，…，i各點，量取C至各待測點的距離D1，D2，D3，…，Di即可求出各點的坐標(biāo)：2023/11/13584直線內(nèi)插法已知A，B兩點，欲測定AB直線上1，2，3，…，i各點，可分別量取相鄰點間的距離DA1，D12，D23等，從而求出各內(nèi)插點的坐標(biāo)。

DAi=

DA1+

D12+

D23+…+Di-1,i2023/11/1359直線內(nèi)插法如圖，已知點A（10，10），B（500，500），點1，2，…，i在直線AB上。分別測得距離，，求點1，2，…，i的坐標(biāo)。第一步：計算方位角第二步：計算距離…第三步：求待定點坐標(biāo)…2023/11/13645定向直角拆線法已知A，B兩點，欲求1，2，3…，i各點，可分別量取各邊邊長D1，D2，…，Di即可依次推出各點坐標(biāo)：定向直角拆線法如圖，已知A（0，0），B（0，10），測得距離，，，，，求點1，2，3，4，的坐標(biāo)。第一步：計算方位角第二步：求觀測值的改正數(shù)第三步：求坐標(biāo)根據(jù)公式（1）計算1，2，3，4的坐標(biāo)(1)２（5.02，15）１（5.02

，10）３（10.04，15）４（10.04，0）測量算法算例：定向直角拆線法已知B點坐標(biāo)為（0，10），A坐標(biāo)為（0，0），量測得B點到20點的長度為5.00米，20點到21點坐標(biāo)為7.00米，21點到22點坐標(biāo)為5.00米求20點、21點、22點的坐標(biāo)。2023/11/13696

無定向直角拆線法已知碎部點A，B，求其它房角點，只要丈量出各邊的邊長，即可求出各角點的坐標(biāo)。假設(shè)同方向的邊長代數(shù)和分別為a，b，其中a為1，3，5，7，9各邊的代數(shù)和；b為2，4，6，8，10各邊的代數(shù)和，則2023/11/13702023/11/13714.2.4計算法2023/11/13721

矩形計算法2

垂足計算法3

直線相交法4

平行線法5

對稱點法6

平移圖形法1

矩形計算法已知A，B，C三個房角點，求第四個房角點，2023/11/1373四解析計算題現(xiàn)進行房屋測量，假設(shè)測量點P的坐標(biāo)表示方法為P（E/東，N/北）或者P（Y，X），現(xiàn)進行計算：（1）如圖已知A(-30,79.282)，B(10,10)，C(96.603,

60)三個房角點坐標(biāo)，求第四個房角點4的坐標(biāo)（給出所用計算方法名稱、計算公式及計算步驟）？（1）使用矩形計算法，計算公式如右：

X4=Xa-Xb+Xc=79.282-10+60=129.282Y4=Ya-Yb+Yc=-30-10+96.603=56.603即4(56.603,129.282)2023/11/13742

垂足計算法已知碎部點A，B，3，4，5，6，且33′⊥AB，44′⊥AB，55′⊥AB，66′⊥AB，求3′，4′，5′，6′各點，則可由式（3－21）計算得到其坐標(biāo)：

k=(YB-YA)/(XB-XA)

相對于縱坐標(biāo)軸斜率5′

6′

BA

3′

4′3

45

6

2023/11/1375一般軟件中表示2023/11/1376如圖已知4點坐標(biāo)為（-5.00，8.66），1點坐標(biāo)為（0.00，0.00），5點坐標(biāo)為（10.49，11.83），量測得5點到6點長度為5.00米，求2點、6點的坐標(biāo)。使用垂足計算法:k=(Yb-Ya)/(Xb-Xa)=-(X4-X1)/(Y4-Y1)=-(8.66-0)/(-5.0-0)=1.732;X2=(Y5-Y1+X1*k+X5/k)/(k+1/k)=(10.49-0+0+11.83/1.732)

/(1.732+1/1.732)

=7.50;Y2=Ya+(X2-Xa)*k=X2*k=7.50*1.732=12.99所以2點坐標(biāo)為（12.99，7.50），使用定向直角拆線法，計算公式如下：

=(Y5-Y2)/(X5-X2)=