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关键词:数字化测图、内外业一体化数字测图、摄影侧量与遥感数字测图、原图数字化成图。摘要:采用内外业一体化数字测图、摄影侧量与遥感数字测图、原图数字化成图等测绘技术,获得供地理信息系统(GIS)使用的地形信息数据资源的“4D”产品。
数字化测图的实质是将图形模拟量(地面模型)转换为数字,将模拟量转换为数字的过程就是数据采集。数据采集后由电子计算机对数据进行处理,得到内容丰富的地形图,并且能够由电子计算机的图形输出设备恢复地形图或各种专题图形。数字化测图包括内外业一体化数字测图、摄影测量与遥感数字测图、原图数字化成图等。数字化测图的成果以计算机文件的形式通过磁盘、光盘等存储,将地面信息通过数字信息储存形成数字地图。数字地图包括数字高程模型(DEM)、数字正射影像(DOM)、数字线划图(DLG)和数字栅格图(DRG)。
一、数字化测图基本原理
首先通过航片数据采集、原图数字化、野外地面数据采集生成定位信息和绘图信息(其中野外地面数据采集需要绘制草图);把定位信息和绘图信息进行数据传输、数据处理生成地物模型和地貌模型;通过对地物模型和地貌模型(野外地面数据采集参照绘制的草图)进行屏幕编辑生成绘图文件,对绘图文件进行存盘或输出地形图。
二、数字化测图的方法
(一)、摄影测量与遥感数字测图
利用航天摇感技术缩短中小比例尺地形图数据的更新周期,如利用卫星正射影像图完成中小比例尺地形图的成图或更新;利用航空遥感技术进行大比例尺航测数字化成图,能大大缩短作业的时间,降低生产成本。成图方法:采用先内业数字化采集后外业调绘,再由内业数据编辑成图的作业流程,高程注记点采用航内测图高程。
工程流程如下:航空摄影、像控点联测、电算加密、航内测图、外业调绘与补测、数字化建库、成果验收。
航空摄影:
1、航摄依据:航摄仪、象幅、焦距、航摄比例尺,地形图范围、测区相对航高、太阳高度角、阴影、飞行方向等项要求。
2、飞行质量的要求:航向重叠、旁向重叠、象片倾斜角、旋偏角、同一航线上相邻象片的航高差,利用GPS定位导航。
3、摄影质量的要求:航摄底片的平均密度、 底片的灰雾度、 底片的反差。 用目视法检查底片,应影象清晰、层次丰富、反差适中、色调柔和。光学框标的影象必须清晰齐全,象点位移误差满足要求。用解析仪检查的压平精度,检查点上的剩余上下视差满足要求。
像控点联测:
1、航外控制测量基本精度:一级以下控制点相对于起算点的点位中误差、野外像控
点平面位置相对最近控制点的平面位置中误差、野外高程点对最近控制点的高程中误差。
2、野外像控点布点原则及方案:一般采用平高区域网布点,当出现主点落水时采用全野外布点。
3、野外像控点选刺:野外像控点位置要求、像控点选点的目标要求、刺点片的要求及正反面整饰。
4、像控点点位的选择:当选用GPS-RTK进行测量时,流动站在作业过中必须保证可接收到5颗卫星,避免在密集楼群或树丛、高压线下作业。当像控点不满足上述条件时,应采用全站仪方法施测。流动站距参考站的距离,应不超过3千米,参考站必须位于三、四等GPS点上。系统的设置:参考站的设置和功能验证时,一定输入统一解算的该点WGS84坐标,并要求必须进行100%检核,确定参考站系统是否工作正常。残差检验:当参与转换的公共点为4个或4个以上,各公共点点位和高程残差应在3cm以内,超限点应剔除。实测检核:在转换参数计算并经过残差检验后,在RTK正式施测前应进行一次有效的检验,即在测区内的等级控制点上(不能是架设参考站的点)进行测量,检核点位和高程较差应小于5cm。
航测内业部分:
内业加密:电算加密采用全数字摄影测量系统,电算加密程序采用PATB光束法平高区网加密程序。
电算加密前准备如下资料:航摄仪质量签定表、航摄底片扫描数据、控制像片、航外控制成果表、像控点连测网图。
电算加密选点、 电算加密的各项限差及内业加密点中误差的估算 : 1) 依据多余野外控制点(检查点)计算加密点中误差 ;2) 依据区域网公共点计算加密点中误差。
空三加密: 一个区网由一个作业员观测。
计算及成果整理:按程序要求编写信息数据,要认真校对做到准确无误。处理问题的一般原则是先解决粗差,然后解决精度问题;先内业后外业;先解决相对定向模型连接,后解决绝对定向问题。
空三加密成果检查:电算加密应提交资料。
航内测图:依据电算加密资料,采用VirtuoZo NT全数字摄影测量系统进行全要素地物、地貌测绘。
航测内业测图:全方位、全要素地物、地貌测绘。
外业调绘及补测:
1、调绘及补测工作均在航内提供的航测初级图上进行,外业调绘人员按规范、图式、设计书的要求,对内业测绘的地形要素进行野外检查、调绘及补测。满足调绘及补测的基本要求并进行房檐改正。
2、图边拼接及图阔整饰。
(二)、内外业一体化数字测图
全野外采集法:使用RTK、全站仪现场采集,获取地物、地貌点的空间位置数据,将空间位置数据转换成矢量图。全站仪在野外进行数据采集,用数字代码和绘制草图来区分不同的点位数据,用电子手簿做记录,原始数据输入计算机,经绘图软件进行数据处理和图件编辑后用绘图仪输出成图。采用内、外业一体化数据采集方法,通过系统前端数据平台,统一数据标准,提高数据质量,直接更新图库数据。
作业过程:1资料准备;2控制测量;3测图准备;4野外碎部点采集:一般用“测算法”采集碎部点坐标,对地形图要素进行编码;绘制工作草图,它是保证数字测图质量的一项重要措施;5数据传输;6数据处理:将外业采集的数据格式转换成图形编辑系统要求的格式(即形成内部码),对外业数据进行分幅处理、生成平面图形、建立图形文件,进行等高线处理,即生成三角网数字高程模型(DTM)、自动勾绘等高线等;7图形编辑:对地形图的地物、地貌进行编辑,进行图廓整饰;8数据输出;9检查验收。
(三)、原图数字化成图
传统的地形图测绘方法称为白纸测图,其实质上是将测得的观测值(数字)用图解的方法转化为图形。采用原始的平板仪测图的方法,成图后做手扶数字化仪采集和扫描后矢量化进行数字化处理入库,测绘过程中的精度损失,手工绘图的工作量大。
作业过程:作业前应将测区图幅分布图、地形图原图等资料准备好。对软件中的地形图编码进行设计与检查。对工作原图进行检查和预处理: 工作原图上的地物、地貌、水系、植被等要素要表示清楚正确。 图面的预处理和属性数据的预处理; 对图面上注记不合理的要进行处理。各种容差设置:根据测图要求,设置内点容差和结点容差、图纸定向限差、工作原圖定向中误差。
原图数字化: 数字化时作业员应根据原图图形仔细辨认地物、地貌的性质和定位点的位置;应正确确定高程点属性与注记放置方向;等高线应采用曲线方式采集。
图幅接边:每幅图建库后,应添加图廓外整饰信息。
精度要求: 图廓边长误差、对角线误差、点状要素平面位移中误差、线状要素平面位移中误差。
三、数字地形图的质量要求
数字地形图的质量要求通过对产品的数字说明、数学基础、数据分类与代码、位置精度、属性精度、逻辑一致性、完备性等质量特性的要求来描述。
1、数字化图图形与属性检查内容包括:1) 文件名及控制信息是否完整、正确;2) 定向误差是否符合限差要求;3) 图内各要素的采集是否有错漏、移位,符号是否正确;4) 图内各要素的属性编码及属性信息是否完整、正确;5) 采集点的误差是否在限差以内;6) 注记位置是否正确、合理,注记属性是否正确;7) 接边数据的图形和属性是否一致,位置是否相同。
2、质量评定:检测点平面坐标和高程采用外散点法按测站精度施测,测量相邻地物点距离,计算平面位置中误差、高程中误差和相邻地物点之间距离中误差。
四、数字地形图的检查与验收
实行过程检查、最终检查和验收制度。验收工作应经最终检查合格后进行。抽取一定比例样本组织检查,如果样本中有不合格产品时,需要进行二次抽样详查。验收工作结束后,编写验收报告,随产品归档。
五、总结
数字化测图与白纸测图相比具有:劳动强度小、自动化程度高;精度高;信息量大;信息存储、传递方便;便于成果更新;能满足各种不同的用途需要等优点。数字地图在国土资源、水利、交通、城建、房产管理等多方面都起到非常重要的作用。
参考文献:《测量基础》哈尔滨地图出版社
作者简介:吕林男 1970年生,毕业于哈尔滨高等冶金测量专科学校。现就职于沈阳市勘察测绘研究院,高级工程师。
数字化测图的实质是将图形模拟量(地面模型)转换为数字,将模拟量转换为数字的过程就是数据采集。数据采集后由电子计算机对数据进行处理,得到内容丰富的地形图,并且能够由电子计算机的图形输出设备恢复地形图或各种专题图形。数字化测图包括内外业一体化数字测图、摄影测量与遥感数字测图、原图数字化成图等。数字化测图的成果以计算机文件的形式通过磁盘、光盘等存储,将地面信息通过数字信息储存形成数字地图。数字地图包括数字高程模型(DEM)、数字正射影像(DOM)、数字线划图(DLG)和数字栅格图(DRG)。
一、数字化测图基本原理
首先通过航片数据采集、原图数字化、野外地面数据采集生成定位信息和绘图信息(其中野外地面数据采集需要绘制草图);把定位信息和绘图信息进行数据传输、数据处理生成地物模型和地貌模型;通过对地物模型和地貌模型(野外地面数据采集参照绘制的草图)进行屏幕编辑生成绘图文件,对绘图文件进行存盘或输出地形图。
二、数字化测图的方法
(一)、摄影测量与遥感数字测图
利用航天摇感技术缩短中小比例尺地形图数据的更新周期,如利用卫星正射影像图完成中小比例尺地形图的成图或更新;利用航空遥感技术进行大比例尺航测数字化成图,能大大缩短作业的时间,降低生产成本。成图方法:采用先内业数字化采集后外业调绘,再由内业数据编辑成图的作业流程,高程注记点采用航内测图高程。
工程流程如下:航空摄影、像控点联测、电算加密、航内测图、外业调绘与补测、数字化建库、成果验收。
航空摄影:
1、航摄依据:航摄仪、象幅、焦距、航摄比例尺,地形图范围、测区相对航高、太阳高度角、阴影、飞行方向等项要求。
2、飞行质量的要求:航向重叠、旁向重叠、象片倾斜角、旋偏角、同一航线上相邻象片的航高差,利用GPS定位导航。
3、摄影质量的要求:航摄底片的平均密度、 底片的灰雾度、 底片的反差。 用目视法检查底片,应影象清晰、层次丰富、反差适中、色调柔和。光学框标的影象必须清晰齐全,象点位移误差满足要求。用解析仪检查的压平精度,检查点上的剩余上下视差满足要求。
像控点联测:
1、航外控制测量基本精度:一级以下控制点相对于起算点的点位中误差、野外像控
点平面位置相对最近控制点的平面位置中误差、野外高程点对最近控制点的高程中误差。
2、野外像控点布点原则及方案:一般采用平高区域网布点,当出现主点落水时采用全野外布点。
3、野外像控点选刺:野外像控点位置要求、像控点选点的目标要求、刺点片的要求及正反面整饰。
4、像控点点位的选择:当选用GPS-RTK进行测量时,流动站在作业过中必须保证可接收到5颗卫星,避免在密集楼群或树丛、高压线下作业。当像控点不满足上述条件时,应采用全站仪方法施测。流动站距参考站的距离,应不超过3千米,参考站必须位于三、四等GPS点上。系统的设置:参考站的设置和功能验证时,一定输入统一解算的该点WGS84坐标,并要求必须进行100%检核,确定参考站系统是否工作正常。残差检验:当参与转换的公共点为4个或4个以上,各公共点点位和高程残差应在3cm以内,超限点应剔除。实测检核:在转换参数计算并经过残差检验后,在RTK正式施测前应进行一次有效的检验,即在测区内的等级控制点上(不能是架设参考站的点)进行测量,检核点位和高程较差应小于5cm。
航测内业部分:
内业加密:电算加密采用全数字摄影测量系统,电算加密程序采用PATB光束法平高区网加密程序。
电算加密前准备如下资料:航摄仪质量签定表、航摄底片扫描数据、控制像片、航外控制成果表、像控点连测网图。
电算加密选点、 电算加密的各项限差及内业加密点中误差的估算 : 1) 依据多余野外控制点(检查点)计算加密点中误差 ;2) 依据区域网公共点计算加密点中误差。
空三加密: 一个区网由一个作业员观测。
计算及成果整理:按程序要求编写信息数据,要认真校对做到准确无误。处理问题的一般原则是先解决粗差,然后解决精度问题;先内业后外业;先解决相对定向模型连接,后解决绝对定向问题。
空三加密成果检查:电算加密应提交资料。
航内测图:依据电算加密资料,采用VirtuoZo NT全数字摄影测量系统进行全要素地物、地貌测绘。
航测内业测图:全方位、全要素地物、地貌测绘。
外业调绘及补测:
1、调绘及补测工作均在航内提供的航测初级图上进行,外业调绘人员按规范、图式、设计书的要求,对内业测绘的地形要素进行野外检查、调绘及补测。满足调绘及补测的基本要求并进行房檐改正。
2、图边拼接及图阔整饰。
(二)、内外业一体化数字测图
全野外采集法:使用RTK、全站仪现场采集,获取地物、地貌点的空间位置数据,将空间位置数据转换成矢量图。全站仪在野外进行数据采集,用数字代码和绘制草图来区分不同的点位数据,用电子手簿做记录,原始数据输入计算机,经绘图软件进行数据处理和图件编辑后用绘图仪输出成图。采用内、外业一体化数据采集方法,通过系统前端数据平台,统一数据标准,提高数据质量,直接更新图库数据。
作业过程:1资料准备;2控制测量;3测图准备;4野外碎部点采集:一般用“测算法”采集碎部点坐标,对地形图要素进行编码;绘制工作草图,它是保证数字测图质量的一项重要措施;5数据传输;6数据处理:将外业采集的数据格式转换成图形编辑系统要求的格式(即形成内部码),对外业数据进行分幅处理、生成平面图形、建立图形文件,进行等高线处理,即生成三角网数字高程模型(DTM)、自动勾绘等高线等;7图形编辑:对地形图的地物、地貌进行编辑,进行图廓整饰;8数据输出;9检查验收。
(三)、原图数字化成图
传统的地形图测绘方法称为白纸测图,其实质上是将测得的观测值(数字)用图解的方法转化为图形。采用原始的平板仪测图的方法,成图后做手扶数字化仪采集和扫描后矢量化进行数字化处理入库,测绘过程中的精度损失,手工绘图的工作量大。
作业过程:作业前应将测区图幅分布图、地形图原图等资料准备好。对软件中的地形图编码进行设计与检查。对工作原图进行检查和预处理: 工作原图上的地物、地貌、水系、植被等要素要表示清楚正确。 图面的预处理和属性数据的预处理; 对图面上注记不合理的要进行处理。各种容差设置:根据测图要求,设置内点容差和结点容差、图纸定向限差、工作原圖定向中误差。
原图数字化: 数字化时作业员应根据原图图形仔细辨认地物、地貌的性质和定位点的位置;应正确确定高程点属性与注记放置方向;等高线应采用曲线方式采集。
图幅接边:每幅图建库后,应添加图廓外整饰信息。
精度要求: 图廓边长误差、对角线误差、点状要素平面位移中误差、线状要素平面位移中误差。
三、数字地形图的质量要求
数字地形图的质量要求通过对产品的数字说明、数学基础、数据分类与代码、位置精度、属性精度、逻辑一致性、完备性等质量特性的要求来描述。
1、数字化图图形与属性检查内容包括:1) 文件名及控制信息是否完整、正确;2) 定向误差是否符合限差要求;3) 图内各要素的采集是否有错漏、移位,符号是否正确;4) 图内各要素的属性编码及属性信息是否完整、正确;5) 采集点的误差是否在限差以内;6) 注记位置是否正确、合理,注记属性是否正确;7) 接边数据的图形和属性是否一致,位置是否相同。
2、质量评定:检测点平面坐标和高程采用外散点法按测站精度施测,测量相邻地物点距离,计算平面位置中误差、高程中误差和相邻地物点之间距离中误差。
四、数字地形图的检查与验收
实行过程检查、最终检查和验收制度。验收工作应经最终检查合格后进行。抽取一定比例样本组织检查,如果样本中有不合格产品时,需要进行二次抽样详查。验收工作结束后,编写验收报告,随产品归档。
五、总结
数字化测图与白纸测图相比具有:劳动强度小、自动化程度高;精度高;信息量大;信息存储、传递方便;便于成果更新;能满足各种不同的用途需要等优点。数字地图在国土资源、水利、交通、城建、房产管理等多方面都起到非常重要的作用。
参考文献:《测量基础》哈尔滨地图出版社
作者简介:吕林男 1970年生,毕业于哈尔滨高等冶金测量专科学校。现就职于沈阳市勘察测绘研究院,高级工程师。