数字测图的方法与实践

湖南有色金属职业技术学院

毕业论文

题目：数字测图的方法与实践学生姓名：

学号：201116540601113

班级：测量1101

专业：工程测量

指导老师：

2014年6月

摘要

数字测图是利用全站仪或其它测量仪器在野外进行数据采集，再在成图软件中进行数据处理，得到数字地形图的过程。其实质是一种全解析机助测方法。数字测图的实施，主要由控制网的设计、实测和全站仪碎部点数据采集以及数据处理三部分构成。它非常详尽的讲述了大比例尺数字测图的全过程，以及全站仪在数字测图中的应用。数字测图使地形图测绘实现了数字化、自动化。其精度高，不受图幅限制，便于管理。目前已成为测地形图的主流。根据我们对校园地形图的测绘知，其主要步骤为：○1收集资料和实地踏勘；○2编写技术设计书；○3控制网的设计和实测；○4碎部测图及数据采集；○5内业数字成图；○6成果检查验收；○7提交成果及相关资料。

关键词：控制网全站仪数据采集数字成图

目录

绪言 (1)

第一章实习情况介绍 (2)

1.1.实习经历 (2)

1.2.已有数据及主要过程 (2)

1.3.相关图形 (3)

第二章平面及高程控制设计 (4)

2.1 平面坐标及高程系统的选择 (4)

2.2 主要精度指标 (4)

2.3 平面控制测量 (4)

2.4 高程控制测量 (6)

第三章导线测量 (7)

3.1导线测量的主要技术要求 (7)

3.2导线网的设计、选点与埋石 (7)

3.2.1导线网的布设规定 (7)

3.2.2导线点位的选定规定 (8)

3.3 水平角观测 (8)

3.3.1水平角观测应符合的规定 (8)

3.3.2 水平角观测方法 (8)

3.3.3水平角观测的测站作业应符合的规定 (9)

3.3.4水平角观测误差超限处理 (9)

3.4 距离测量 (10)

3.4.1仪器的选用及标称精度 (10)

3.4.2边长测距的主要技术要求 (10)

3.4.3测距作业应符合的规定 (11)

第四章碎部点野外数据采集 (12)

4.1 全站仪测图方法与技术要求 (12)

4.1.1全站仪测图的仪器安置及测站检核 (12)

4.1.2 数字地形图测绘需符合的要求 (12)

4.1.3全站仪测图野外数据采集 (13)

4.2 全站仪碎部点采集 (13)

4.3 解析碎部点测量 (14)

4.4 碎部点采集的特殊情况 (14)

4.5 绘制测站草图及展点 (14)

第五章内业数字化成图 (15)

5.1 数据传输及展点 (15)

5.2 数字化成图作业步骤 (16)

5.3 各类地物绘制要求 (16)

结束语 (18)

致谢 (19)

参考文献 (20)

绪言

数字测图(Digital Surveying and Mapping，DSM)是近20年发展起来的一种全新的机助测图技术，随着全站仪和GPS等现代测量仪器的广泛应用，以及计算机硬件和软件技术的迅速发展，使得数字测图技术日新月异，极大地促进了测绘行业的自动化和现代化进程。

传统的地形图是将测得的观测数据（角度、距离、高差），用模拟的方法“图形”表示。而数字测图就是将图形模拟量（地面模型）转换为数字量，经由计算机对其进行处理，得到内容丰富的电子地图，需要时由计算机输出设备恢复地形图或各种专题图，与传统的测图方法相比数字测图具有以下几方面优点：

（1）点位精度高

传统的测图方法点位误差的来源有：图根点的展绘误差和测定误差、测定地物点的视距误差、方向误差、刺点误差等。数字测图的精度主要取决于对地形点的野外数据采集的精度，其他的因素影响很小。

（2）便于成果的更新

数字测图的成果是以点定位信息（三维坐标X、Y、H）和绘图信息存入计算机。当实地有变化时只需输入变化信息，经过编辑处理，即可得到更新的图，从而可以确保地面形态的可靠性和现势性。

（3）避免图纸的伸缩影响

随着时间的推移，图纸产生变形，从而使图纸上的地理信息产生误差。数字测图的成果以数字信息保存，可以直接在电脑上进行量测、绘图等作业，无须依赖图纸。

（4）成果的多样化

计算机与显示器、打印机绘图仪联机，可以显示或输出需要的资料信息、不同比例尺的地图、专题图，以满足不同的需要。下面，以某矿区的一部分“数字测图的实施”作为介绍。

第一章实习情况介绍

1.1.实习经历

关于这次的数字测图方面的实习是在学校安排的情况下进行的，主要就是某矿区的数字化测图。

某矿区（部分）实习。那里有山有水有村庄，地形比较复杂，很有锻炼的效果。我们首先利用GPS做好的特定点作为首级控制，再用复合导线作二级控制，再用全站仪或RTK进行碎部测量，最后就手工成图。最后一步用数字成图。

某矿区（部分）数字测图相对而言，是比较简单的，它范围小，难度也不大，但过程基本还是那么回事。先用GPS点作首级控制，然后用闭合导线作二级控制，再用全站仪进行碎部测量，最后用CASS进行数字成图。所有的数字测图基本就是这个过程，只是在图幅和难度上有所改变，但我们都是从简单做起的，这样才能在以后的项目上迅速进入正轨。

我所经历的实习虽然都是学校安排的，可能没有真正生产中那么正规，但也是我们所必须要经历的，为我们以后服务的，不可不说，更何况我们都从中学到了很多东西，记下也是应该的。

1.2.已有数据及主要过程

表 1 已知平面控制点

高程控制点： DX-3位于测区内，GPS-1587位于测区附近，点位保存完好，可作为本测区高程控制起算点之用。

主要过程：先用导线做控制，然后进行碎部测图，再在计算机上进行数字成图，最后再进行适当查图。

1.3.相关图形

第二章平面及高程控制设计

2.1 平面坐标及高程系统的选择

1、平面坐标系及基准

测区平均高程50m，本次作业的平面坐标系为某矿区采掘工程坐标系，属于地方坐标系，其基准与国家参考椭球的基准保持一致。

2、高程基准

本次作业采用1985国家高程基准。

2.2 主要精度指标

本测区主要精度指标如下：

1、各等级平面控网中最弱点相对于起算点的点位中误差不大于±5cm；

2、各等级高程控制网中最弱点相对于起算点的高程中误差不大于±2cm；

3、地物点相对于邻近控制点点位中误差不大于图上±0.5mm，邻近地物点间距中误差不大于图上±0.4mm；

4、图上高程注记中误差,在铺装地面不大于图上±0.07m，在一般地面不大于±0.15m。

2.3 平面控制测量

为了给地形测图提供基本控制，必须要选择一个比较完善的平面控制测量方案。布设平面控制网要符合其布设原则：分级布设，逐级控制；具有足够的精度；保证必要的密度；应有统一的布网方案、精度指标和作业规格。

导线测量:

为了保证精度，测量是采用带三脚架的棱镜。并直接使用全站仪进行图根点加密。

导线网的设计步骤 :

①、根据控制网的服务目的，确定导线中点点位中误差，并据以求出端点的点位中误差和容许闭合差。

②、确定导线总长及等级。在直伸导线中，纵向误差由测距误差引起，故可求算导线边的测距精度及总长。当导线中点点位误差限值确定时，导线愈长，要求起算数据与本次测量精度愈高，所以确定了导线总长，也就确定了导线等级。横向误差是由测角误差引起，根据横向误差的规定值所以求得测角精度。因为是按纵向、横向等影响来配置测角和量边精度的，故测角精度的等级一般是与按导线总长计算的等级相适应。

③、进行单线网的图上选点、选线。并根据测角和量边的精度要求，编制导线施测细则。

三级导线网的主要技术指标如下：

选点 :

（1）为了保证测量精度，控制点应有足够的密度，布设要均匀，便于控制整个测区，但又不浪费，且控制点应有统一的规格。

（2）应按照设计好的选点图到现场选点，若两点不通视，则尽量在设计点的周围选点。设计选点时要避开河道等处，尽量在土质坚实的地方或主干道上进行选点，这样即方便导线观测，又能做出利于长期保存的控制点。

(3)点位选择应合理，作业安全，尽量不影响测区内的行车及其他活动，且便于图根点的加密，边缘点位应有利于日后扩展应用。

（4）在选点的同时要按要求进行做控制点的点之记。

全站仪加密图根点：

在首级导线网的基础上，使用全站仪进行加密图根点。全站仪加密时要注意支站不要超过三级，仪器操作时要严格要求精度，尤其是后视棱镜要扶准扶正，后视定向尽量对准对中杆底部。

2.4 高程控制测量

因为我们的矿区的高程控制点比较多，而且分布比较均匀，足够满足高程控制测量的需要。各点的高程均全站仪联测，足以满足本次测量任务的测量精度要求，所以我们利用已知点为高程基准进行了平面高程控制测量的布控。

利用全站仪进行三角高程测量，在已设导线点上架设仪器进行往返观测，各点一测回，并注意i（仪器高）的检测，在每个点上用三角架架好棱镜，进行多次观测。

竖直角观测测回数及限差

表2-2

第三章导线测量

3.1导线测量的主要技术要求

各等级导线测量的主要技术要求，应符合下表的规定。

导线测量的主要技术要求

表3-1

注：1 表中n 为测站数。

2 当测区测图的最大比例尺为1：l000，一、二、三级导线的导线长度、平均边长可适

当放长，但最大长度不应大于表中规定相应长度的2 倍。

3.2导线网的设计、选点与埋石

3.2.1导线网的布设规定

导线网的布设应符合下列规定：

1 导线网用作测区的首级控制时，应布设成环形网，且宜联测

2 个已知方向。

2 加密网可采用单一附合导线或结点导线网形式。

3 结点间或结点与已知点间的导线段宜布设成直伸形状，相邻边长不宜相差过大，网内不同环节上的点也不宜相距过近。

3.2.2导线点位的选定规定

导线点位的选定，应符合下列规定：

1 点位应选在土质坚实、稳固可靠、便于保存的地方，视野应相对开阔，便于加密、扩展和寻找。

2 相邻点之间应通视良好，其视线距障碍物的距离，三、四等不宜小于1．5m；四等以下宜保证便于观测，以不受旁折光的影响为原则。

3 当采用电磁波测距时，相邻点之间视线应避开烟囱、散热塔、散热池等发热体及强电磁场。

4 相邻两点之间的视线倾角不宜过大。

3.3 水平角观测

3.3.1水平角观测应符合的规定

水平角观测所使用的全站仪，应符合下列相关规定：

1 照准部旋转轴正确性指标：管水准器气泡或电子水准器长气泡在各位置的读数较差，1″级仪器不应超过

2 格，2″级仪器不应超过1 格，6″级仪器不应超过1．5 格。

2 水平轴不垂直于垂直轴之差指标：1″级仪器不应超过10"，2″级仪器不应超过15″，6″级仪器不应超过20″。

3 补偿器的补偿要求，在仪器补偿器的补偿区间，对观测成果应能进行有效补偿。

4 垂直微动旋转使用时，视准轴在水平方向上不产生偏移。

5 仪器的基座在照准部旋转时的位移指标：1″级仪器不应超过0．3″，2″级仪器不应超过1″，6″级仪器不应超过1．5″。

6 光学(或激光)对中器的视轴(或射线)与竖轴的重合度不应大于1mm。

3.3.2水平角观测方法

三、四等导线的水平角观测，当测站只有两个方向时，应在观测总测回中以奇数测回的度盘位置观测导线前进方向的左角，以偶数测回的度盘位置观测导线前进方向的右角。左右角的测回数为总测回数的一半。但在观测右角时，应以左角起始方向为准变换度盘位置，也可用起始方向的度盘位置加上左角的概值在前进方向配置度盘。

3.3.3 水平角观测的测站作业应符合的规定

水平角观测的测站作业，应符合下列规定：

1) 仪器或反光镜的对中误差不应大于2mm。

2) 水平角观测过程中，气泡中心位置偏离整置中心不宜超过 1 格。四等及以上等级的水平角观测，当观测方向的垂直角超过±3°的范围时，宜在测回间重新整置气泡位置。有垂直轴补偿器的仪器，可不受此款的限制。

3) 如受外界因素(如震动)的影响，仪器的补偿器无法正常工作或超出补偿器的补偿范围时，应停止观测。

4) 当测站或照准目标偏心时，应在水平角观测前或观测后测定归心元素。测定时，投影示误三角形的最长边，对于标石、仪器中心的投影不应大于5mm，对于照准标志中心的投影不应大于lOmm。投影完毕后，除标石中心外，其他各投影中心均应描绘两个观测方向。角度元素应量至15′，长度元素应量至1mm。

3.3.4水平角观测误差超限处理

水平角观测误差超限时，应在原来度盘位置上重测，并应符合下列规定：

1) 一测回内2C 互差或同一方向值各测回较差超限时，应重测超限方向，并联测零方向。

2) 下半测回归零差或零方向的2C 互差超限时，应重测该测回。

3) 若一测回中重测方向数超过总方向数的1／3 时，应重测该测回。当重测的测回数超过总测回数的1／3 时，应重测该站。

3.4 距离测量

3.4.1仪器的选用及标称精度

1)一级及以上等级控制网的边长，应采用中、短程全站仪或电磁波测距仪测距，一级以下也可采用普通钢尺量距。

2)中、短程测距仪器的划分，短程为3km 以下，中程为3～15km。

3) 测距仪器的标称精度，按(﹡)式表示。

mD＝a+b×D (﹡)

式中 mD——测距中误差(mm)；

a——标称精度中的固定误差(mm)；

b——标称精度中的比例误差系数(mm／km)；

D——测距长度(km)。

4) 测距仪器及相关的气象仪表，应及时校验。当在高海拔地区使用空盒气压表时，宜送当地气象台(站)校准。

3.4.2边长测距的主要技术要求

各等级控制网边长测距的主要技术要求，应符合下表的规定。

表3-2 各等级控制网边长测距的主要技术要求

注：1 测回是指照准目标一次，读数2-4 次的过程。

2 困难情况下，边长测距可采取不同时间段测量代替往返观测。

3.4.3测距作业应符合的规定

测距作业，应符合下列规定：

1) 测站对中误差和反光镜对中误差不应大于2mm。

2) 当观测数据超限时，应重测整个测回，如观测数据出现分群时，应分析原因，采取相应措施重新观测。

3) 四等及以上等级控制网的边长测量，应分别量取两端点观测始末的气象数据，计算时应取平均值。

注：每日观测结束，应对外业记录进行检查。当使用电子记录时，应保存原始观测数据，打印输出相关数据和预先设置的各项限差。

第四章碎部点野外数据采集

数字测图测量规范（规程）是国家测绘管理部门或行业部门制定的技术法规，本次数字测图技术设计依据的规范（规程）有：

(1)《1：500、1：1000、1：2000 地形图图式》（GB/T 7929-1995）；

(2 《1：500_1：1000_1：2000_外业数字测图技术规程》（GB/T 17160-1997）

(3)《1：500、1：1000、1：2000 地形图要素分类与代码》（GB 14804-93）；

(4)《大比例尺地形图机助制图规范》（GB 14912-94）；

(5)《工程测量规范》、《城市测量规范》、《地籍测绘规范》、《房地产测量规范》、《地籍图式》等；

（6）测量任务书中要求执行的有关技术规范（规程）。

4.1 全站仪测图方法与技术要求

4.1.1全站仪测图的仪器安置及测站检核

全站仪测图的仪器安置及测站检核，应符合下列要求：

1) 仪器的对中偏差不应大于5mm，仪器高和反光镜高的量取应精确至lmm。

2) 应选择较远的图根点作为测站定向点，并施测另一图根点的坐标和高程，作为测站检核。检核点的平面位置较差不应大于图上0．2mm，高程较差不应大于基本等高距的1／5。

3) 作业过程中和作业结束前，应对定向方位进行检查。

4.1.2 数字地形图测绘需符合的要求

数字地形图测绘，应符合下列要求：

1) 当采用草图法作业时，应按测站绘制草图，并对测点进行编号。测点编号应与仪器的记录点号相一致。草图的绘制，宜简化标示地形要素的位置、属性和相互关系等。

2) 当采用编码法作业时，宜采用通用编码格式，也可使用软件的自定义功能和扩展功能建立用户的编码系统进行作业。

3) 当采用内外业一体化的实时成图法作业时，应实时确立测点的属性、连接关系和逻辑关系等。

4) 在建筑密集的地区作业时，对于全站仪无法直接测量的点位，可采用支距法、线交会法等几何作图方法进行测量，并记录相关数据。

4.1.3全站仪测图野外数据采集

全站仪测图，可按图幅施测，也可分区施测，按图幅施测时，每幅图应测出图廓线外5mm，分区施测时，应测出区域界线外图上5mm。最后对采集的数据应进行检查处理，删除或标注作废数据、重测超限数据、补漏错漏数据，对检查修改后的数据，应及时与计算机联机通信，生成原始数据文件并做备份。

4.2 全站仪碎部点采集

地形测量在完成地形控制测量后，就要进行地形测图。地形测图是以控制点为基础，按一定的要求和规则，将地面上各种地物、地貌测绘到图纸上。地形测量中需要将地物、地貌的特征点测绘到图纸上，这些特征点又称为碎部点。相对于地形控制而言，测绘具体的地物和地貌是测区碎部，因此称为地形碎部测绘。

地面上的地物、地貌形态虽然多种多样，但这些形态总是可以概括、分解成各种几何形体的。而任何几何形体都是不同的面构成的，任何面又都可由一些具体决定性的点所连成的直线或曲线来确定。可以说，各种地物、地貌的形态最终是由点决定的。我们把决定地物、地貌形态的点称为地物特征点或地貌特征点。地貌特征点和地物特征点统称碎部点。碎部测量实际上就是测定地物、地貌碎部点在图上的点位及其高程，然后依次描绘出各种地物、地貌。

本次测图，主要采用全站仪测图方法。

4.3 解析碎部点测量

在等级控制点、图根导线点或支导线点上按极坐标法直接测定下列碎部点坐标：（1）、永久性建、构筑物的主要拐角点，具有方位意义的独立点；

（2）、道路、河流、沟、塘的特征点，桥、闸的特征点；

（3）、主要道路上的各类检修井，电力、通讯线路上的电线铁塔；

（4）、图幅拼接线上的若干明显细部位，保证必要精度；

4.4 碎部点采集的特殊情况

在进行碎部点采集时往往会遇到一些特殊情况。对于比较复杂的地方通视一定不好，也许将棱镜举高能采到点，若就几个点还行，点多时这么采点测出的地物一定偏差很大，因此就应该找一个视野开阔的地方支一站过去再测，这样往往会事半功倍。

当对多点房屋进行采点时，有时一些拐角会被挡住，同时支站过去测有没意义，此时应在此拐角一边延长线上的某处采一点，在用钢尺量出此处到拐角的距离并及时标注到草图上。对于一些电杆、通信杆、路灯等地物棱镜无法放置正中，此时采点时应该采用偏心去采; 对于一些直径较大的烟囱、广告牌等应该在其外围采集三个点。对于钢尺无法去量距时应用测距仪去测距。此外在采集碎部点的同时要按规定将高程点进行采集，直接在编号前加上一个字母以示区别就行了。

4.5 绘制测站草图及展点

在采集细部点的同时，应在采集数据的现场，实时绘制测站草图。草图内容包括：测站点点号，细部点编号及属性，地物、地形、地貌轮廓，本测站起止细部点编号，测量时间，草图绘制人员。只要绘制好测站草图，才有利于内业电子成图及查图。草图应列入上交资料。

每天测完后要及时将全站仪中的坐标数据直接通讯到微机中，保存好，当数据采集完，再一次成图。

第五章内业数字化成图

数字化作业采用南方CASS7.1版地形地籍测成图系统，本系统基于AutoCAD2004平台，图式运用规范、图形美观；具备GIS 国标属性代码，可拓展性强。

CASS系统为数字测图提供了多种成图方法：简编码自动成图法，引导文件自动成图法，测点点号定位成图法，屏幕坐标定位成图法和电子平板测图法等。在上述方法中，除电子平板测图法外，其余均为测记式成图法。即把野外采集的数据存储在电子手簿或全站仪的内存中，同时绘制草图，回到室内后再将数据传输到计算机内，对照草图完成各种绘制编辑工作，最后形成地形图。其中，引导文件自动成图法、测站点点号定位成图法、屏幕坐标定位成图法适用于无码作业。本次地形测量使用多种方法相结合的成图法。

5.1 数据传输及展点

内业数据的处理，一般需要把数据记录设备中的数据按一定的格式传输到计算机中，形成一个供内业处理时使用的文件。该文件用来存放从全站仪传输过来的坐标数据，即称其为“坐标数据文件”，坐标数据文件用户可按需要自行命名，但后缀应为“DAT”该文件数据格式为：

总点数N

点号 1，编码 1，Y1,X1,H1

点号 2，编码 2，Y2,X2,H2

……

点号 n，编码 n，Yn,Xn,Hn

将数据传下来后，用Excel转换成展点格式，再直接在CASS中展点即可。

5.2 数字化成图作业步骤

1）工作草图阅读

内业作业员首先对野外绘制的工作草图进行充分阅读，了解图内各元素的来龙去脉、相互关系；各类控制点分布情况；乡村路与大车路的区分；电杆的走向、联系；地类界封闭情况；对图内有疑问的地方应及时向外业作业人员提出，予以解决。

2）数字化作业

采用分层、分色的要求表示地物、地貌。将同一类地物放在同一层次，分色统一，代码到位，尽量使用成图系统的菜单绘制图形，便于合并、缩放、接边、数据提起等再处理工作。数字化作业时捕捉解析编辑细部点，若数据与勘丈草图不符，应及时向检查员提出，问题解决后再行作业。

数字化图按一定的顺序进行，对明显的具有分块作用的地物先输入，例如河流、道路等。然后依元素的主次进行分块作业。一块图全部输入后即做自查校对，清理差、错、漏。各图块全部输入后再作通篇阅读。

对规则的地物，如住宅楼等矩形房屋，必须保证图形符合其投影规律，必要时可用辅助线方法得到正确的图形。

5.3 各类地物绘制要求

1）测量控制点

各等级的平面及高程控制点分别以图式规定的控制点符号表示，控制点的测点位置即为符号的几何中心，控制点必须精确表示，根据测量成果直接展绘。

2）居民地垣栅

居民地是地形图上的主要地物要素，数字化图要准确反映实地各个房屋的外围轮廓和建筑特征。除个别情况外，一般处理为矩形，凹凸部分要直角拐弯，房屋线要闭合。房屋的阳台线在折角处要实交。

围墙不区分结构性质，用依比例尺符号表示。直线段较短的围墙，符号无法表示出其短横线的，要用手工补绘，门墩要与围墙相垂直。

各类型的垣栅如栅栏、栏杆、篱笆、铁丝网等，均用相应的符号表示。符号

一侧有短线的，短线向里绘制。

3）交通及附属设施

道路是连接居民地的纽带，是地面交通运输的主要动脉，各等级的道路用图式规定的相应符号表示，绘制时注意线型及线宽。乡村小路、内部道路等用到虚线线型符号的，线型应拟合表示，保证线型的连续性、美观性。

5）植被的测绘。

应按其经济价值和面积大小适当取舍，并应符合下列规定：

1 农业用地的测绘按稻田、旱地、菜地、经济作物地等进行区分，并配置相应符号。

2 地类界与线状地物重合时，只绘线状地物符号。

6）地貌宜用等高线表示。

崩塌残蚀地貌、坡、坎和其他地貌，可用相应符号表示。山顶、鞍部、凹地、山脊、谷底及倾斜变换处，应测注高程点。露岩、独立石、土堆、陡坎等，应注记高程或比高。

7）管线转角部分，均应实测。

线路密集部分或居民区的低压电力线和通信线，可选择主干线测绘；当管线直线部分的支架、线杆和附属设施密集时，可适当取舍；当多种线路在同一杆柱上时，应择其主要表示。

8）注记

文字注记要使所表示的地物能明确判读，字头朝北，道路、河流名称可随线状弯曲的方向排列，应垂直或平等于线状物体；文字的间隔尺寸最小应为0.5mm；最大间隔不宜超过字大的8位。注记时应避免遮断主要地物和地形特征部分。各类注记均放置在“ZJ”层。地形图上各种名称的注记，应采用现有的法定名称。