數(shù)字化測圖方法探討

楊淚朵

(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510650)

1 概述

隨著智慧城市建設(shè)逐步發(fā)展和穩(wěn)健推行，急需支撐城市信息化建設(shè)的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)。目前我國測繪事業(yè)發(fā)展進(jìn)入到地理空間信息全面服務(wù)時(shí)代［1］，對(duì)數(shù)字化測繪產(chǎn)品需求正在與日俱增。數(shù)字測圖是生產(chǎn)數(shù)字化測繪產(chǎn)品的基本方法。

隨著測繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的測繪科學(xué)與技術(shù)已逐步實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)測繪向數(shù)字化測繪的轉(zhuǎn)化和跨越，現(xiàn)在正在沿著信息化測繪道路邁進(jìn)。傳統(tǒng)的測圖方法正逐步被不斷涌現(xiàn)的新儀器、新設(shè)備、新技術(shù)、新方法所取代。目前可以通過原圖數(shù)字化、航測數(shù)字成圖、地面數(shù)字測圖三種方法來完成數(shù)字地圖［2］，其中地面數(shù)字測圖是最基本、最直接的數(shù)字成圖方法。

2 數(shù)字化測圖概述

數(shù)字化測圖就是將采集的各種地物和地貌信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，通過數(shù)據(jù)接口傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得到內(nèi)容豐富的電子地圖，由計(jì)算機(jī)的圖形輸出設(shè)備繪出地形圖或各種專題圖圖形［3］，形成多用戶共享的數(shù)字地形信息。與模擬測圖相比具有顯著優(yōu)勢和發(fā)展前景，概括為:測圖勞動(dòng)強(qiáng)度低、效率高;成果能滿足數(shù)字化、信息化時(shí)代的需求;點(diǎn)位精度高，精度與比例尺無關(guān);成果便于保存與更新;數(shù)據(jù)利用率高。目前許多測繪部門已經(jīng)形成了數(shù)字測圖的規(guī)模化生產(chǎn)。

3 數(shù)字化測圖的工作流程

數(shù)字化測圖的工作流程主要有:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和圖形輸出。1)數(shù)據(jù)采集。數(shù)字化成圖，首要任務(wù)是搜集目標(biāo)實(shí)體的空間和屬性數(shù)據(jù)信息，按照采集方式的不同，數(shù)據(jù)采集劃分為內(nèi)業(yè)采集和外業(yè)采集。外業(yè)采集是利用測量儀器，如GPS接收機(jī)、全站儀進(jìn)行實(shí)地測量，獲取目標(biāo)實(shí)體的地理屬性參數(shù)以及點(diǎn)的坐標(biāo)與連接方式等等。內(nèi)業(yè)采集是利用數(shù)字化已有的各種地形圖，通過原圖(底圖)數(shù)字化、航片數(shù)據(jù)采集等方法間接獲取目標(biāo)的空間點(diǎn)位信息。2)數(shù)據(jù)處理。通過輔助制圖軟件，利用人機(jī)交換的方式，結(jié)合測量的空間點(diǎn)位數(shù)據(jù)對(duì)采集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其成為能充分反映目標(biāo)對(duì)象空間分布形態(tài)的地形圖。這個(gè)過程中，包括誤差檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)計(jì)算、圖形編輯與整飾、圖形信息的管理與應(yīng)用等，進(jìn)而生成符合繪圖輸出要求的圖形文件。3)圖形輸出。圖形輸出是數(shù)字測圖的主要目的，充分結(jié)合地形圖數(shù)據(jù)入庫的要求，進(jìn)一步處理編輯后的圖形文件，生成符合要求的圖形文件和圖塊文件，滿足不同用戶的需要。可以將線化地形圖轉(zhuǎn)換成地理信息系統(tǒng)的圖形數(shù)據(jù)，建立和更新GIS圖形數(shù)據(jù)庫。

4 數(shù)字化測圖模式比較

4.1 全站儀數(shù)字測記模式

全站儀數(shù)字測記模式是目前最常用的數(shù)字測圖模式。全站儀數(shù)字測圖是通過極坐標(biāo)法確定所求點(diǎn)在空間坐標(biāo)位置，并用電子手簿自動(dòng)記錄觀測數(shù)據(jù)，再在室內(nèi)將采集的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，借助數(shù)字成圖軟件進(jìn)行繪圖。全站儀測圖數(shù)據(jù)采集速度快、效率高，主要應(yīng)用于大比例尺數(shù)字化成圖。

4.2 GPS-RTK數(shù)字測圖

RTK技術(shù)是GPS測量技術(shù)發(fā)展中一個(gè)新的突破。RTK技術(shù)采用載波相位差分技術(shù)，建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站的載波相位基礎(chǔ)上的，實(shí)時(shí)提供觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)將采集的載波相位觀測量及測站坐標(biāo)信息一同發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站接收GPS衛(wèi)星的載波相位與來自基準(zhǔn)站的載波相位，并組成相位差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)通過輸入相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)和投影參數(shù)，能實(shí)時(shí)獲取流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及精度。

4.3 三維激光掃描測量數(shù)字測圖技術(shù)

三維激光掃測技術(shù)［4］是繼GPS技術(shù)以來測繪領(lǐng)域的又一次技術(shù)革命。三維激光掃描測量技術(shù)采用非接觸主動(dòng)測量方式直接獲取高精度的三維數(shù)據(jù)。其工作方式為激光測距儀主動(dòng)發(fā)射激光，同時(shí)接收由自然物表面反射的信號(hào)進(jìn)行測距，再配合掃描的水平和垂直方向角，得到掃描點(diǎn)與測站的空間相對(duì)坐標(biāo)。如果測站空間坐標(biāo)已知，可以得到掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)。根據(jù)掃描平臺(tái)的不同分為地面型激光掃描系統(tǒng)、機(jī)載(或星載)激光掃描系統(tǒng)、便攜式激光掃描系統(tǒng)。

4.4 航空攝影測量數(shù)字測圖

航空攝影測量基本原理源于測量學(xué)的前方交會(huì)測量坐標(biāo)方法。根據(jù)兩個(gè)已知的攝影站點(diǎn)和兩條已知的攝影方向線，交會(huì)求出構(gòu)成這兩條攝影光線待定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。基本作業(yè)流程:在飛機(jī)等載體上安置航攝儀，空中對(duì)地按一定航向重疊度和旁向重疊度進(jìn)行拍攝，獲取目標(biāo)地物影像數(shù)據(jù)。對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，利用空中三角測量加密控制點(diǎn)，構(gòu)建立體模型，根據(jù)交會(huì)測量原理計(jì)算出目標(biāo)地物的三維坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)地物立體坐標(biāo)量測。航空攝影測量所攝影像是客觀物體或目標(biāo)的真實(shí)反映，信息豐富、形象直觀，可從中獲得所研究物體的大量幾何信息和物理信息;適用于大范圍地形測繪，成圖快、效率高;產(chǎn)品形式多樣。

4.5 基于無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)測量

傳統(tǒng)的測圖方法效率不高，而航空攝影測圖成本太高。在高新技術(shù)條件下，與現(xiàn)代遙感技術(shù)、攝影測量技術(shù)等相結(jié)合，無人機(jī)低空攝影測量手段應(yīng)運(yùn)而生，已逐漸成為與航天攝影測量、大飛機(jī)航空攝影測量并駕齊驅(qū)的攝影測量方式。無人駕駛飛機(jī)［5］(簡稱無人機(jī))是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱不載人飛機(jī)，由飛行平臺(tái)載體、機(jī)載遙感設(shè)備和相應(yīng)的地面輔助設(shè)備構(gòu)成的一種高科技航空信息系統(tǒng)。它主要用于應(yīng)急和搶險(xiǎn)救災(zāi)等環(huán)境惡劣，不利于開展傳統(tǒng)測繪，又急需獲取相關(guān)地理、地面地形信息的情況。

4.6 數(shù)字測圖方法的比較

以上介紹了幾種地圖測繪技術(shù)和方法，各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍見表1。

5 結(jié)語

表1 不同測圖技術(shù)對(duì)比分析

每種數(shù)字化測圖方法都有自己的使用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，在進(jìn)行實(shí)際數(shù)字成圖時(shí)，可以根據(jù)測圖項(xiàng)目的不同選擇合適的方法，或者根據(jù)實(shí)際情況，選擇其中幾種方法進(jìn)行聯(lián)合數(shù)字化成圖作業(yè)，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)字化成圖方法的優(yōu)勢互補(bǔ)，提高數(shù)字化成圖的效率，實(shí)現(xiàn)測繪生產(chǎn)社會(huì)效益最大化。

［1］寧津生，王正濤.2011—2012測繪學(xué)科發(fā)展研究綜合報(bào)告(上)［J］.測繪科學(xué)，2012(5):16-17.

［2］高井祥.數(shù)字測圖原理與方法［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.

［3］盧滿堂.數(shù)字化測圖［M］.北京:中國電力出版社，2011.

［4］丁安民，陳 芳，張合兵，等.車載移動(dòng)測量系統(tǒng)在大比例尺測圖中的應(yīng)用［J］.河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011(4):35-36.

［5］王洛飛.無人機(jī)低空攝影測量在城市測繪保障中的應(yīng)用前景［J］.測繪與空間地理信息，2014(5):21-22.