極坐標結合自編碼在全野外數字測圖中的應用

2015-06-28 06:14:56邵萬里

城市勘測 2015年1期

邵萬里

(漳州市測繪設計研究院，福建漳州 363000)

1 引言

如今，數字測圖已基本取代了白紙測圖，且其技術發展迅速，廣泛應用于測繪生產中。隨著測繪市場競爭日益激烈，提高測圖作業效率，已成為各測繪單位優先考慮的問題。作為提高全野外數字測圖工作效率的關鍵—數據編碼已被測繪學者提出。所謂數據編碼就是用來描述地物屬性信息以及確認地物之間連接方式的有規律的字符串。其內容包括:地物要素編碼(或地物屬性碼、地物代碼)、連接關系碼等［1～2］。

南方CASS 成圖軟件(下簡稱CASS)自帶的編碼引導或簡碼識別方法能實現內業自動繪圖。軟件自帶的編碼引導方法需要根據外業繪制的草圖手工編輯制作引導文件，工作量大而低效;自帶的簡碼識別方法雖然可以做到外業無需繪制草圖但其野外操作碼在外業中難操作。CASS 安裝路徑下有一個“SYSTEM”文件夾，該文件夾里有一個專門的地物代碼定義文件“jcode．def”。該文件是用來描述野外操作碼與CASS 內部編碼的對應關系［3～4］，用戶可以按照一定的規則編輯該文件用來制作一套屬于自己的編碼文件(下簡稱自編碼)。

在城市大比例尺地形測繪中經常會遇到控制點被破壞、壓蓋、臨時遮擋等情況，此時常規測量方法無法立即開展作業。若在測區即時布設若干個互相通視的固定點，采集記錄碎部點相對于固定點的距離、角度等位置信息，內業時再通過后期測量出的固定點的坐標計算各測站采集的碎部點坐標。該方法避免了上述因控制點原因而造成誤工等情況的發生。

由上所述，自編碼與優化后的極坐標法均可對全野外數字測圖的部分環節加以改進，筆者將兩者結合應用在全野外數字測圖中，以對提高測圖作業效率進行一種新的作業方式的探討。

2 CASS 自帶的編碼引導和簡碼識別方法

2.1 CASS 自帶的編碼引導方法

在CASS 自帶的“DEMO”文件夾下，包含如圖1 所示的若干個文件。“文件1”為數據文件，內含有測點號，碎部點坐標;“文件2”為編碼引導文件，每行的第一列為文件“jcode．def”中的野外操作碼，隨后均為測點號。在CASS 內業自動繪圖中，“文件2”提供屬性以及地物連接信息，“文件1”提供地物的位置信息。如“文件2”第一行表示測點號分別為“165”，“7”，“6”，“5”，“4”，“166”依次相連，且對應地物屬性為“柵欄、欄桿”。自帶的“文件2”的生成是對照草圖人工編輯而成。不僅需要外業繪制草圖，而且內業工作量大，效率不高。

圖1 CASS 自帶的編碼引導示例文件

2.2 CASS 自帶的簡碼識別方法

如圖2 中“文件3”所示，簡碼識別僅需要一個文件即可實現，該文件每行的第一列為測點號，第二列為文件“jcode．def”中的野外操作碼，第三列到第五列分別為該測點的三維坐標。簡碼識別雖做到了無需草圖即可內業自動連線，但CASS 自帶的野外操作碼是由字母、數字、符號等組成。外業記錄每一個碎部點編碼時需切換字母、數字、符號等界面，操作繁瑣且易出錯，嚴重影響工作效率。根據統計，編碼法數據采集的編碼方法對數據采集的效率最大可達1 倍以上［6］，并且CASS 自帶的野外操作碼數量明顯偏少，對于城市地形測繪中常見的地物如紅綠燈、廣告牌、門墩等地物均沒有對應的操作碼，由此可見開發一套簡捷而實用的編碼的必要性。

圖2 CASS 自帶的簡碼識別示例文件

3 自編碼的定義與優化后的極坐標法

針對上述CASS 的局限性，我們定義一套操作性強的自編碼，自編碼解決了需要頻繁切換儀器界面這個問題，同時因自編碼定義格式規范，為后期內業實現自動生成編碼引導文件提供了便利。

我們對極坐標法進行優化處理，在外業過程中，可以不事先在全站儀中輸入控制點已知坐標，只需要測得碎部點相對于控制點的相對位置即可。內業處理時在程序中輸入控制點已知坐標以計算碎部點坐標。

對此，我們開發了一套集碎部點坐標計算、編碼輸入對錯檢查、自動生成編碼引導文件等功能于一體的程序軟件。解決了編碼引導文件需要人工內業依據草圖編輯生成這個難題，同時做到了把計算碎部點坐標的步驟轉移到內業中去，實現了“先碎部，后控制”或者碎部測量與控制測量同步進行的非常規作業方式。

3.1 自編碼的定義

自編碼由“3 位阿拉伯數字”+“．”+“1 位阿拉伯數字”組成，如“555.5”。前3 位阿拉伯數字對應為地物要素碼，表征地物屬性信息;小數點符號僅起到標識作用，便于程序軟件讀寫;小數點后1 位阿拉伯數字表征連接關系碼，以確定該點的連接情況。如“XXX．1”表示獨立地物或線狀地物的起始點;“XXX．2”表示該點與上一個測點相連;“XXX．3”表示該點與上一個測點的上一個測點相連，即實現了跳點功能;以此類推到“XXX．9”表示該點與其前面間隔7 個測點的點號相連，在外業不繪制草圖的情況下，該間隔點數已足夠司鏡員使用。

控制點的編碼則稍不同于地物編碼，小數點后的阿拉伯數字位數不限，只表示該控制點的點名。在同一個作業文件中，同等級的控制點點名須唯一;小數點前3 位阿拉伯數字表示控制點的等級，如測區首級控制點、圖根點、支導線點等。

純數字定義的自編碼(小數點與數字在同一操作界面)不僅解決了外業操作時需頻繁切換儀器界面的弊端，而且編碼構成方式更容易讓外業人員記憶并接受。根據CASS 參考手冊附錄A 對地物編碼進行大量補充，從CASS 自帶的不到200 個編碼擴充到約600個，基本滿足了現有的地形測繪。

3.2 優化極坐標法

如圖3 所示，極坐標法即在已知坐標的測站點(P)上安置儀器，在測站照準Q 點定向后，觀測測站點至碎部點的方向、平距，從而得出碎部點的平面直角坐標［5］。

圖3 全站儀極坐標法測量示意圖

式中，XM、YM為碎部點M 的平面坐標，XP、YP為測站點P 的平面坐標，SPM為測站點P 與碎部點M 的平距，β為直線PM 的坐標方位角，β'為直線PQ 的坐標方位角。

碎部點的高程值可根據三角高程原理求得，本文為表述方便僅以求得碎部點平面坐標為例進行說明。由式(1)、式(2)可得，碎部點坐標(XM，YM)由設站點坐標(XP，YP)、平距SPM、觀測角α、方位角β'確定，方位角β'由測站點與定向點坐標反算得出。所以碎部點的平面坐標計算由內業輸入的測站點與定向點的坐標以及外業觀測得到的觀測角α，平距SPM，即可求出。

優化后的極坐標法在控制點被破壞、壓蓋、臨時遮擋以及在控制測量未開展等控制成果無法直接供使用等情況下有較大的實用性，此時可在測區即時布設固定點，儀器架設于固定點上并以另一固定點定向，外業作業時儀器記錄所采用的固定點的點名、儀器高、棱鏡高、測站點至碎部點間的斜距、水平角、天頂距以及碎部點的地物編碼等，待求出固定點坐標時再在內業中通過固定點坐標求得碎部點坐標。

4 極坐標結合自編碼法作業流程實例

全站儀架設在6#點設站，后視3#點定向，采集碎部點相對于該兩固定點位置信息。內業打開碎部點邊角文件及控制點坐標文件:

圖4 程序界面

外業碎部點邊角文件中每行的第一列表示編碼，如“106.6”表示6#埋石圖根點，“203.6”表示三層混合結構房屋，且該點與其間隔4 個測點的碎部點相連;每行的第二列表示該行碎部點與設站點斜距(設站點除外，僅表示與定向點間斜距，如本例中第一行);每行的第三、四列分別表示觀測碎部點的水平角、天頂距;每行第五列表示棱鏡高(設站時表示儀器高)。

依據式(1)、式(2)及三角高程測量原理，通過控制點坐標、外業采集的碎部點邊角文件，程序自動計算生成碎部點三維坐標數據文件;通過邊角文件中第一列的自編碼及已編輯好的“jcode．def”文件，程序自動生成編碼引導文件。自動生成的編碼引導文件及坐標數據文件如圖5 所示。

圖5 自動生成的編碼引導文件及坐標數據文件

在“jcode．def”文件中，“J29”表示“機井”，“A15”表示“3 層混合結構房屋”，“A36”表示“陽臺”。編碼引導文件與坐標數據文件每行一一對應，通過CASS 編碼引導功能，坐標數據文件中的測點展繪于CASS 中，且3 號點與3 號點相連，對應地物屬性為“J29”(機井)，對于本點號與本點號相連的地物，一般為獨立地物或者線狀地物的起始點。同理，4 號點與4 號點連線且對應地物屬性為“A15”(3 層混合結構房屋)，5 號點與4 號點連線，對應地物屬性為“A15”(3 層混合結構房屋)，依此類推完成內業自動繪圖連線如圖6 所示。