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1、项目一数字化测图概述【项目介绍】本模块主要介绍数字地图的概念及其优点、数字化测图技术的概念及其特点、数字化测图的发展历程与发展趋势，以及数字化测图的作业模式与作业过程等。通过学习，学生应能够正确陈述数字化测图的基本概念和主要特点，了解数字化测图的发展历程及发展趋势，理解数字化测图各种作业模式的优缺点，能够根据具体条件正确选择合适的数字化测图作业模式。学习目标(1)了解数字地图与数字化测图的概念及特点。(2)掌握数字化测图的作业模式和作业也过程。课时分配讲授4学时。1.1 数字地图与数字化测图的基础知识知识目标：。数字地图的概念及优点；。数字化测图的概念及特点；。数字化测图的发展历史及发展趋势。
2、传统的地形图测绘是由经纬仪(平板仪)通过测量角度、距离、高差并记录，在室内进行适当的计算、处理，绘制成地形图的过程。由于用此方法绘制的地形图是由测绘人员利用比例尺或量角器等工具模拟测量数据，并按照图式符号展绘到白纸或塑料薄膜上的，所以被称为白纸测图或模拟法测图。近年来，随着计算机技术、光电测绘仪器、数字化绘图软件的产生与发展，数字化测图应运而生，并被广泛应用于测绘生产、土地管理、水利水电工程、环境保护、城市规划、军事工程等部门。数字化测图作为一种全解析机助测图技术，与白纸测图相比具有明显的优势，是近些年来测绘发展的前沿技术。作为反映测绘技术现代化水平的标志之一，数字化测图技术已经逐步取代了白纸
3、测图，成为大比例尺测图的主流。目前几乎所有的测绘部门都已形成了数字地图的规模生产。1.2 数字化测图的作业模式与作业过程知识目标：。数字化测图的作业模式；。数字化测图的作业过程；理解地下工程测量的作用。一.数字化测图的作业模式自动输入数字化测图的作业模式是数字化测图内、外业作业流程的总和。在数字化测图的作业过程中，根据使用的仪器设备、绘图软件不同，数字化测图可分为不同的作业模式，如下图所示：各种全站仪测距仪+电r经纬仪自动输入便携机自动传输测距仪+光学经纬仪半自动输入电子手簿各种输出设备钢尺量距+光学经纬仪手工输入光学经纬仪测角+读视距手工输入普通地图微机手工跟踪作业过程1数据采集航片3数字化
4、仪自动输入通常，野外调查资料、测量数据1航空航天遥感影像、己有的地形图、由形自动传输都可以作为数字化测图的信息源。2 .数据处理数据处理是指在数据采集以后到图形输出之前，对数据、图形的各种处理过程。数据处理主要包括数据传输、数据预处理、数据转换、数据计算、图形生成、图形编辑、图形整饰、地图的管理和应用等。数据预处理主要包括坐标转换、图形比例尺的统一、数据结构的转换、数据资料的匹配等。其中，坐标转换是空间实体的位置描述，是从一种坐标系统变换到另一种坐标系统的过程，主要通过建立两个坐标系统之间的一一对应关系来实现。数据计算主要是利用采集的数据绘制等高线、建立数字地面模型时，需要进行的插值计算、插值
5、模型建立、等高线光滑处理等工作。在计算过程中，需要给计算机输入必要的计算数据，如插值的等高距、曲线光滑的拟合步距等，必要时需要对插值模型进行修改，其他工作全由计算机自动完成。3 .成果输出经过处理后的数字地图可由磁盘、磁带或光盘等存储介质做永久保存，也可将数字地图转换成GIS所需的数据格式，用于建立或更新GlS图形数据库。数字地图的输出是数字化测图的主要目的,通过对图层的控制与图形的编辑,可以编制成满足不同用户需要的专题地图，如地籍图、平面图、规划图等。为了使用方便，还可利用打印机、绘图仪等输出设备进行输出。在使用绘图仪输出图形时，可以设置图层并设置线条的粗细与颜色，使输出的图形美观、实用。项
6、目二数字化测图作业前的准备【项目介绍】本模块主要介绍数字化测图软、硬件的基础知识，常用的数字化测图软、硬件的特点及操作方法，以及数字化测图技术设计书的编制方法与主要内容，旨在使学生了解数字化测图作业前的准备工作，包括根据测区的特点选择相应的数字化测图软、硬件，编制数字化测图技术设计书等。学习目标(1)掌握全站仪、GPS及常用的数字化测图软、硬件的基础知识。(2)掌握数字化测图技术设计书的编制方法。课时分配讲授4学时，实训4学时。2.1 数字化测图的仪器设备知识目标：。掌握GPS控制测量原理及施测过程；。掌握导线测量方法；。了解三角测量法。一、计算机硬件系统1.计算机主机。计算机主机是硬件系统的
7、核心部分，主要包括主机、服务器、桌面工作站等，可实现对数据的输入、处理、管理、地形图得绘制和专题图的制作等。2 .输入及输出设备。输入及输出设备主要包括键盘、数字化仪、扫描仪、显示器、绘图仪、打印机等。3 .存储设备。存储设备主要有硬盘、磁带、光盘、磁盘阵列等。4 .网络设备。网络设备主要有集线器、交换机、路由器、调制解调器等。二、全站仪全站仪是随着光电测距技术、电子技术及计算机技术的发展而产生的集光、电、机为一体并且具有水平角测量、竖直角测量、距离测量、高差测量等功能的测绘仪器。5 .全站仪的发展历程全站仪的发展经历了组合式（光电测距仪与光学经纬仪组合，或光电测距仪与电子经纬仪组合）、整体式
8、（将光电测距仪的光波发射接收系统的光轴和经纬仪的视准轴组合为同轴的整体式全站仪）等阶段。6 .全站仪的分类全站仪采用光电扫描测角系统，其类型主要有编码盘测角系统、光栅盘测角系统及动态（光栅盘）测角系统等三种。全站仪按不同的方法可分为不同的类型。1）按外观结构分类按外观结构分类，全站仪可分为积木型（组合型）全站仪和整体型全站仪两种。2）按测量功能分类按测量功能分类，全站仪可分为经典型全站仪、机动型全站仪、无合作目标型全站仪和智能型全站仪。3）按测距仪测程分类按测距仪测程分类，全站仪可分为短测程全站仪、中测程全站仪和长测程全站仪。7 .全站仪的结构全站仪几乎可以用在所有的测量领域。电子全站仪由电源
9、部分、测角系统、测距系统、数据处理部分、通信接口、显示屏、键盘等组成。这里介绍其中部分较重要的部件。8 .全站仪的使用全站仪具有角度测量、距离（斜距、平距、高差）测量、三维坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量等多种用途。内置专用软件后，其功能还可进一步拓展。全站仪的基本操作步骤包括如下几项：1）仪器架设仪器架设的操作步骤如下：（1）架设。将仪器架设到稳固的三脚架上，旋紧中心螺旋。（2）对中。利用光学对准器（激光对准器）使仪器中心与测站点位于同一铅垂线上。（3）粗平。观察圆水准器的气泡（精度相对较低），分别旋转仪器的三个脚螺旋，将仪器大致整平。（4）精平。使仪器照准部上的管水准器平行于任意
10、一对脚螺旋，旋转这一对脚螺旋使气泡居中（最好采用左拇指法，即左右手同时转动两个脚螺旋，并且两拇指移动方向相向，左手大拇指方向与管水准器的气泡移动方向相同）；然后将照准部旋转90,旋转另外一个脚螺旋使管水准器的气泡居中。（5）精对中。松开三脚架的中心螺旋，观察光学对准器（激光对准器），使仪器精确对中。（6）检验。精平和精对中应反复进行，直到对中和整平都达到要求。2）水平角测量水平角测量的操作步骤如下：（1）按“角度测量”键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A。（2）设置A方向的水平度盘读数为00000。（3）照准第二个目标B,此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。3）距离测量距离
11、测量的操作步骤如下：（1）设置棱镜常数。测距前将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。（2）设置大气改正值或气温、气压值。光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15和标准大气压是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为OPPn1。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。（3）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。（4）测量距离。照准目标棱镜中心，按“测距”键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。精测模式是最常用的测距模式，测量时间约为2.5s,最小显示单位为
12、Inin1；跟踪模式常用于跟踪移动目标或放样时连续测距，测距时间约为0.3s,最小显示单位一般为ICn1；粗测模式的测距时间约为0.7s,最小显示单位为ICm或InIn1。在距离测量或坐标测量时，可按“测距模式”键选择不同的测距模式。应注意，有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。4）坐标测量坐标测量的操作步骤如下：（1）设定测站点的三维坐标。（2）设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时,全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。（3）设置棱镜常数。（4）设置大气改正
13、值或气温、气压值。（5）测量仪器高、棱镜高并输入全站仪。（6）照准目标棱镜，按“坐标测量”键，全站仪开始测距并计算、显示测点的三维坐标。5）数据通信全站仪的数据通信是指全站仪与计算机之间进行的双向数据交换。全站仪与计算机之间的数据通信方式主要有两种：一种是利用全站仪配置的PC卡（也称为存储卡）进行数字通信，其特点是通用性强，各种电子产品间均可互换使用；另一种是利用全站仪的通信接口，通过电缆进行数据传输。6）全站仪盘左、盘右的设置方法全站仪的盘左和盘右，实际上是沿用老式光学经纬仪的称谓，是根据竖盘相对于观测人员所处的位置而言的，观测时当竖盘在观测人员的左侧时称为盘左，反之称为盘右。对应于盘左和盘
14、右，分别称为正镜和倒镜，或FI（FACEI）面和F2（FACE2）面。对于测量来讲，通过盘左、盘右测量，有消除某些人为误差及固定误差的作用。对于可定义盘左和盘右称谓的仪器而言，给用户增加了应用仪器的可选操作界面，对测量作业和测量结果没有影响。三、GPSRTK技术GPS是美国陆海空三军于20世纪70年底开始联合研制的新一代卫星导航定位系统，其主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并且收集情报、监测核爆和进行应急通信等。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星已布设完成。1.GPS的组成GPS由空间卫星部分、地面控制系统
15、和用户设备组成。1）空间卫星部分2）地面控制系统3）用户设备2 .GPS定位的基本原理由于卫星的位置精确，因此在GPS观测中便可得到卫星到信号接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）o考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，即X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。3 .GPS的定位方式1）静态定位和动态定位2）绝对定位、相对定位和差分定位4 .RTK技术1）RTK技术简介RTK是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。它能实时提供观测点的三维坐标，并达
16、到厘米级的高精度。RTK技术采用载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图、各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。5 ）RTK技术的特点（1）使用RTK技术作业集成化程度高、测绘功能强大、可实现自动化。RTK移动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作大大减少，减小了人为误差，保证了作业精度。（2）作业条件要求低。RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足电磁波通视和对天基本通视。因此，和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小。由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视
17、地区，只要满足RTK的基本工作条件，即可轻松地进行快速的高精度定位作业。（3）定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。全站仪等测量仪器在多次搬站后，都存在误差累积的状况，搬的次数越多，误差累积越大；而RTK技术不存在这种情况，只要满足RTK技术的基本工作条件，在一定的作业半径范围内，其平面精度和高程精度都能达到厘米级。（4）作业效率高。在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完半径为IOkm左右的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的搬站次数,仅需一人操作,在一般的电磁波环境下几秒钟即得一个点的坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了测量效率。（5）操作简便、
18、数据处理能力强。6 ）RTK技术在数字化测图中的应用采用RTK技术进行数字化测图时，仅需一个人手持移动站在待测的碎部点采集12s,并同时输入特征码（或绘制草图），数据将自动被处理、存储于手簿中。室内将数据传输到计算机中，并利用特定的绘图软件绘制地形图。由于RTK技术不需测点间通视，测定范围大、观测速度快、点位精度高，一人就可完成野外数据的采集工作，极大地提高了数字测图的效率。因此，RTK技术已经成为全野外数字化测图的主要手段之一。2.2数字化测图的软件一、计算机软件1.系统软件系统软件是指控制和协调计算机及外部设备、支持应用软件开发和运行的系统，是无需用户干预的各种程序的集合，其主要功能是调度
19、、监控和维护计算机系统，负责管理计算机系统中各种独立的硬件，使得它们可以协调工作。2) 应用软件应用软件是用户可以使用的各种程序设计语言，以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合，分为应用软件包和用户程序。3) 数字化测图软件1）南方CASS成图系统南方CASS成图系统是南方测绘仪器有限公司基于AutoCAD平台技术的GIS前端数据采集、处理系统，被广泛应用于地形成图、地籍成图、工程测量应用、空间数据建库等领域，全面面向GIS,彻底打通了数字化成图系统与GIS接口，使用了骨架线实时编辑、简码用户化、GlS无缝接口等先进技术。自CASS成图系统推出以来，其已经成长成为用户量最大、升级最快、服务
20、最好的主流成图系统。4) EPSW全息测绘系统EpsW全息测绘系统是清华山维公司开发的集电子平板测图、掌上机测图、电子手簿、全站仪内存记录、动态GPS等多种测图方法及数据库管理、内业编辑、查询统计、打印出图、工程应用于一体的完全面向GIS的野外数据采集软件。它所采集的数据不仅符合国标图式规范的数字成图和专业制图的需求，而且满足GIS对基础地理数据信息化和地理信息的完整性、拓扑性、图属一致性等各项性能的要求，以及系统查询、统计、分析应用的需求。EpsW全息测绘系统以国标、规范为依据，可实现信息化地理数据的采集与处理。5) RDMS数字化测图系统RDMS数字化测图系统是一套集数据采集、数据处理、图
21、形编辑于一体的数字化测图系统。RDMS数字化测图系统具有灵活的数据采集方式、强大的图形及数据处理功能、图数合一的立体化操作能力、高效的事务性管理及多接口数据输出功能，已被广泛应用于城市规划、土地管理、交通、水利、地矿、房产等行业，不仅可以满足地形测量、地籍测量、房产测量、管线测量等方面，还可进行三维图形的显示与漫游、土方工程量计算等。6) SV300R2002数字制图软件SV300R2002是威远图公司于2003年推出的全新测绘软件。该软件采用AUloCAD2002开发技术全面升级，可与AUtoCAD2002实现无缝集成，继承了AUtOCAD强大的绘图编辑功能。SV300R2002将地形测绘、
22、地籍测绘、扫描矢量化等统一到同一环境中，兼备土方量计算、线路测设等工程量算功能，满足了大、中比例尺地形图成图的全部规范要求，成图方法有草图法成图、野外电子平板成图、扫描矢量化成图等。整个系统将数据采集、地图的编辑加工、等高线的生成、数据的存储、面向对象的符号实体进行了集成，并依据图式规范设计了文字注记工具，理想地实现了不同比例尺图形的变换，实现了自动分幅和灵活的图廓定制和图廓外整饰。7) SCSG200X多用途数字测绘与管理系统SCSG200X多用途数字测绘与管理系统是广州开思数字测绘技术有限公司开发的具有完善设计、持续发展成熟的测绘CAD软件系统。其突出表现是：把野外信息采集并成图与信息动态
23、更新并入库有机地结合起来,在数据与管理这两个不可分割的研究主题中首先打好数据的研究基础，再进入管理领域。6)常用的扫描矢量化软件国外常用的扫描矢量化软件国外常用的扫描矢量化软件有VPStuclio图形矢量化软件、R2Vv5.5自动矢量化软件和WinToPOv2.52等。国内常用的扫描矢量化软件国内常用的扫描矢量化软件有清华山维的EPSCAN2003扫描矢量化软件、南方测绘的CASSCAN扫描矢量化软件、武汉瑞得的RDScan扫描矢量化软件和北京迪瑞斯新的DrScan扫描矢量化软件。二、掌上平板测图软件1 .清华山维的EPSCE掌上平板测图系统EPSCE掌上平板测图系统可以完成各种比例尺的地形图
24、、地籍图、管网图等专业测图，且与EPS系列软件的数据双向完全兼容，与EPS系列软件配套使用，可灵活、便捷、高效地实现GlS数据库的更新与修测。2 .南方测绘的测图精灵测图精灵是南方测绘仪器有限公司推出的野外测绘数据采集与成图一体化软件,实现了坐标、图形、属性的同步采集、现场成图，做到了真正的内、外业一体化。3 .PalmRSPPaImRSP（测绘熊掌）是广州开思测绘软件有限公司研发的，主要用于大比例尺野外数字化测绘、地形修补测量及工程放样的成图系统。它是广州开思测绘软件有限公司研发的信息化测绘软件SCSG2002的配套系统，提供了与其他测绘数据采集系统数据交换的接口，主要用于完成空间数据与属性
25、数据的野外采集。2.3数字化测图技术设计数字化测图的技术设计是数字化测图最基本的工作，是指依据国家有关规定（规程）及数字地图的用途、用户的要求、本单位的仪器设备情况等对数字化测图工作进行具体设计。因此，在数字化测图作业开始前，应编制数字化测图技术设计书。一、数字化测图技术设计概述进行数字化测图技术设计是为了制定切实可行的技术方案，保证测绘成果（数字地图）符合数字测图的技术标准和用户的要求，并获得最佳的经济效益和社会效益。因此，在每个数字测图项目实施前均需进行技术设计。1 .数字化测图技术设计的原则（1）进行技术设计时应先考虑整体后考虑局部，兼顾发展；还要根据作业区域的实际情况，考虑作业单位的自
26、身条件（如人员的技术能力、软硬件配置情况等），选择最合适的方案。（2）积极采用适用的新技术、新方法和新工艺。（3）充分分析和利用测区已有的测绘成果和资料，对于测绘外业工作，必要时需要进行实地踏勘，并编写踏勘报告。2 .踏勘调查和收集资料（1）调查作业区的自然地理情况，如水系、山脉、主要地貌类型与特征、平均高程、地貌的自然坡度等。（2）调查作业区的行政区划、经济水平、踏勘时间、踏勘的人员组成与分工、踏勘的路线与范围等。（3）调查作业区的交通情况。（4）根据作业任务的具体情况，考察作业区内影响作业的气候因素（如气温、气压、能见度等）、气象因素、农作物种类、每年可作业的月份、平均作业天数等。（5）调
27、查作业区内的土壤、水系、沼泽、土质等情况。（6）调查作业区内植被的种类与分布情况。（7）调查作业区内电力、生活用品、食品、饮用水、燃料等生活必需品的供应情况，就地取材的可能性，消耗品、材料、工具的采购地点。（8）调查作业区内的治安、卫生等情况及预防措施。（9）收集作业区的交通、水系、山体、居民地、管线、境界线等综合图。（10）调查作业区内已有的测绘成果及其质量情况，测量标志的完好情况。（11）收集典型地物、地貌调绘及影像资料。（12）根据作业区内的地貌特征、作业难度划分作业区的困难类别和具体图幅的困难类别。（13）收集其他需补充说明的作业区信息。i,NSlJCDMA网络(b)按可分别选择内置“
28、电台”、“外接模块”、“GPRS”网络、“CDMA”网络等模式,如图(b),数据疆GPRS网络VRS网络：接入网络：(a)数据链修改界面(3)其他模式的设置再次按进入各种模式设置界面：酶爵电台通道： 1“电台模式”设置：如图(a)o数据链：电台通道：1WnI修改(a)设置电台模式按Fl或F2选择“通道”(一般选“5”8”),按确认所选通道，如图(b)o确认后回到图(a),按F2即进入“电台设置”完成界面，如图(c),选择开始，电台模式设置完成。GPRS模式设置：如图(a)版礴 GPRS网络VRS网络： 接入网络：数据链：GPRS网络VRS网络:接入网络：I修改 (a)(b)GPRS模式设置按F2切换至“GPRS设置”完成界面，选择“开始”按“GPRS模式”设置完成,如图(b)oCDMA模式设置，如图、(a)o数据链：CDMA网络开始 修改 退出(a)(b)图3-20CDMA模式设置按F2
