地面數字化測圖教學實踐

李 紅 孟愛青*

(太原理工大學建工學院土木系，山西太原 030024)

0 引言

數字化測圖作為一種新的技術，較之傳統測量方法具有無可比擬的優點，如:點位精度高;便于成果更新、補測和修測;具有自由比例尺等，因此，越來越廣泛地得到應用，尤其在地面測圖方面使得地形圖的精度和現勢性要求越來越高。

因此我們在測量實習中增設了地面數字化測圖相關內容。作為一種教學改革實踐，就過程中的體會與業界同仁共同探討。

1 數字化測圖

數字化測圖的基本思想:測量學是一種對地面點位定位的學科，經典的方法是根據模擬量(比例尺，方向角，距離)作為定位元素，稱為地面模擬法測圖;數字化測圖則是根據已知點數據和待測點的定位元素，先解算出待測點的坐標，再展點，但測圖的最基本信息仍然是地面點位信息。

數字化測圖必須采集屬性信息(地理編碼)和關系信息。測得地圖圖形，具有相應的數據格式，以便于計算機識別。

數字測圖的基本方法:目前在我國獲得數字地形圖的方法有三種:航測數字成圖、地面數字測圖、原圖數字化。本文只涉及地面數字測圖。

2 地面數據采集主要作業模式種類

數據采集是數字化測圖的基礎，其方法有:

1)數字測記模式;2)電子平板模式;3)全數字化模式;4)人工數據記錄模式;5)數字攝影測量模式;6)人工圖形數字化模式:就是先用模擬法測出白紙圖，然后在室內用數字化儀將白紙圖轉為數字地圖。

3 數字化測圖的實施

3.1 實習程序

地面數字測圖分為以下三個模塊:

第一模塊:地面點位信息采集;模擬法測圖;碎部測量同時作好數字成圖的準備工作。

第二模塊:室內文件編輯;用Excel表格計算點位數據;編輯數據和引導文件;信息輸入;設計點之間關系，圖層設計。

第三模塊:地形圖的輸出。

3.2 確定外業數據采集的方式

使用全站儀實施大比例尺外業數字測圖，根據所使用的設備和測圖軟件，確定作業方式。通常利用全站儀的可選擇的方式有:測記法、電子平板法、一步測量法。

我們的專業方向是建筑，城市規劃，土木工程，給排水等，教授對象是沒有任何測量基礎的學生，既要讓學生掌握經典的方法，而且對現代技術也應涉及，并且根據我院的儀器設備等具體條件，選擇了測記法。即:先用模擬法測出白紙圖，理解經典的野外測量過程，然后在室內編輯相關文件，將白紙圖轉為數字地圖。

3.3 人員配置

測記法數據采集每作業組一般學生6人～8人:

儀器觀測員1名，記錄員1名，繪草圖領鏡(尺)員2名，立鏡(尺)員2名～3名。

其中，繪草圖領鏡員是作業組的指揮者，需技術全面有責任心的人擔任。

3.4 實習計劃和要求

實習計劃和要求見表1。

表1 實習計劃和要求

3.5 外業測圖

1)控制測量。

根據任務要求，每組在測區選擇4個～6個圖根點，組成圖根控制導線。所使用全站儀標稱精度2″±5 ppm，需要強調的是:由于學生沒有實際工作經驗，課堂知識還不能與實際結合起來，因此在控制點的選擇及線路組成上要加強輔導，使其真正理解控制點的作用及優化線路。與此同時，教會學生組織協調測繪生產的經驗，安排工作程序。

導線測量中要注意:a.連接角的觀測精度與導線轉折角精度的不同;b.距離測量的往返測比較，因為測量條件限制，有忘記返測或距離測量值混淆的情況。根據多年的教學經驗，每當導線計算不能閉合，都是基于以上原因。高程控制測量應注意要求測站檢核，部分學生往往沒有真正明白三項檢核的意義。

2)碎部測量。

在傳統的地面模擬法測量中，地面點的相對位置都是通過測量點與點之間的方位(角度)、距離和高差，根據幾何圖形來確定，它們實質是極坐標法。因此地面測量的幾何要素就是方位、距離和高差。

野外數據采集原理仍舊是測點的三維坐標，只是每個地面點是用數字形式表述的，除此之外，為了使計算機識別，還應知道該點的屬性，即地形點的特征信息，繪圖時必須知道該點是什么點:地貌點，地物點(屋角、電線桿…)，有什么特征等等;該點的連接關系，據此將相關的點連成一個地物。

因此，每一個地面點要命名一個點號，并通過相關關系式建立聯系。外業完成各碎部點的編碼后，回到室內把碎部點信息傳輸到計算機并展繪出來。

這一環節要求觀測者和司鏡者配合默契，一點測完后下一點測什么應心知肚明;司鏡者擔負著建立連接信息和屬性信息工作，是測圖中的主要人員，對于地物(貌)的選擇等要按相關規范執行。

3.6 內業編輯

1)數據地理編碼概念。外業數據采集僅用全站儀或其他大地測量儀器測定碎部點的位置(坐標)是不能滿足計算機自動成圖要求的，還必須將地物點的連接關系和地物屬性信息(地物類別等)記錄下來。一般用按一定規則構成的符號串來表示地物屬性和連接關系等信息，這種有一定規則的符號串稱為數據編碼。

2)數據編碼的基本內容包括:地物要素編碼(或稱地物特征碼、地物屬性碼、地物代碼);連接關系碼(或連接點號、連接序號、連接線型);面狀地物填充碼等。

3)數據處理:控制測量數據計算編制表格，并計算出地形點的三維坐標;碎部點測量的電子文檔有兩個:a.數據文件;b.引導文件。

3.7 測繪軟件的選擇

目前市場上測繪軟件主要有清華大學土木系開發的測霸EPSW系列和武漢瑞得測繪公司開發的RDMS系列;以及南方測繪公司開發的CASS系列和SCS系列。

其中CASS系列市場占有率、更新速度在行業內領先。而且由于CASS是基于AutoCAD平臺開發的相關軟件，AutoCAD的所有功能它都可以用，其編輯功能非常強大。學生已經學習過該軟件，應用起來更容易上手，所以選擇了CASS系列。

CASS的坐標數據文件:CASS的坐標數據文件擴展名是“DAT”，無論是從電子手簿傳輸到計算機還是用電子平板在野外直接記錄數據，都生成一個坐標數據文件。其文件格式為:

N(總點數)

點號，編碼，Y(東)坐標，X(北)坐標，高程(回車)

………

點號，編碼，Y(東)坐標，X(北)坐標，高程(回車)

說明:文件內除第一行是總點數外，每一行代表一個點;每個點Y坐標、X坐標、高程的單位是m;編碼內不能含有逗號，即使編碼為空，其后的逗號也不能省略。所有的逗號不能在全角方式下輸入。

CASS的數據引導文件:CASS的數據編碼引導文件擴展名是“.YD”;編碼引導文件是用戶根據“草圖”編輯生成的，文件的每一行描繪一個地物;數據編碼引導文件的格式為:

Code，N1，N2，…，Nn

說明:Code為該地物的地理編碼;

Ni為構成該地物的第i點的點號;

引導文件是對無碼坐標數據文件的補充，二者結合即可完備地描述地圖上的各個地物。

值得注意的是:N1，N2，…，Nn的排列順序應與地物特征點的實際順序一致。

此階段應注意數據輸入正確，因數據龐雜，往往容易出錯，使得成圖困難。

3.8 圖形輸出

1)測量坐標系到計算機屏幕坐標系的換算。坐標變換:大比例尺數字測圖中的測量坐標系采用高斯—克呂格坐標系或者是獨立坐標系。計算機屏幕坐標系的坐標原點在屏幕的左上角，Y軸向下為正，且屏幕坐標都為正值。因此，測量坐標系到計算機屏幕坐標系的換算和測量坐標系到繪圖儀坐標系的換算，在地形圖輸出時需要注意。

2)圖形顯示的分層處理。對于大量測量數據可以采取數據分割的手段來處理，減少工程數據量負荷和有限內存的占用，提高數據處理效率。常用的數據分割手段有分片和分層兩種方法。我們是按地物的屬性編碼分層，在某一地物出現錯誤時，只要調出該圖層修改，免去了牽一發而動全身的狀況。

3)地形圖整飾。根據地形圖圖式，檢查地物符號;文字大小，字體(要強調文字表述的不同層次，字體);地物點的連接是否正確，圖廓外注記是否完整等。

4 結語

地面數字化測量是當前應用日趨廣泛的先進技術，是測量實習中的重要組成部分，因此，作為必須掌握的課程，在此過程中，我們的體會是:

1)測量開始前，組織學生學習并熟悉軟件的特點和使用非常重要，了解數字測圖必需采集的測圖信息;2)在模擬測量階段應考慮數字測圖的因素，作好點號標記，并強調一幅圖中點號的唯一性，連貫性;3)輸入計算機時教會學生分層設計內容;4)熟悉地形圖的表示方法和相關規定;5)學會對于不能達到要求及不美觀的地物修改。

[1] 楊德嶙.大比例尺數字測圖原理及應用[M].北京:清華大學出版社，1998.

[2] 潘正風，楊正堯.數字測量原理與方法[M].武漢:武漢大學出版社，2002.

[3] 賀麗娟，曹振一.數字化測繪技術在工程測量中的應用[J].西北水電，2002(3):27-28.

[4] 郭宗河.測量學實用教程[M].北京:中國電力出版社，2006.