数字测图的作业模式

二、数字测图的作业模式

(一)数字测记模式(简称测记式)

1、全站仪+电子手簿测图模式

2、普通经纬仪+电子手簿测图模式

3、平板仪测图+数字化仪测图模式

4、RTK-GPS数字测记模式

(二)电子平板测绘模式(简称电子平板)

1、测站电子平板测图模式

2、镜站遥控电子平板测图模式

3、掌上电子平板模式

(三)地图数字化模式

(1)数字测记法模式:

将野外采集的地形数据传输给电子手簿,利用电子手簿的数据与野外详细绘制的草图,用全站仪或测距仪配合经纬仪测量,电子手薄记录,同时配有人工草图。利用全站仪采集数据,电子手簿记录,同时人工绘制标注测点点号的草图,到室内将测量好的数据直接由记录器传输到计算机,再由人工按草图编辑图形文件,并键入计算机自动成图,室内在计算机屏幕上进行人机交互编辑、修改,生成图形文件或数字地图,由绘图仪绘制成图。随着成图软件向实用化发展。开发了智能化的外业数据采集软件,它不仅作单点点位记录,而且记录成图所需的全部信息,并且有一些记录内容可由软件自动记录,减少了键入数据的工作量。计算机也初步具备了自动检索编辑图形文件的功能,减免了人工画草图的工作。计算机成图软件能直接对接收的地形信息数据进行处理。利用全站仪配合便携式计算机或掌上电脑,以及直接利用全站仪内存进行大比例尺地面数字测图。

( 2)电子平板测绘模式:

电子平板测图就是利用电子平板测绘成图系统,把便携计算机与全站仪连接,与传统的平板视距法成图类似,在野外利用电子全站仪测量,将数据传输给便携式计算机,用便携计算机替代大平板,实时进行数据采集,测量工作者在野外实时地在屏幕上进行人机对话,对数据、图形进行处理、编辑,最后生成图形文件或数字地图,电子平板测绘系统就是在传统数字化成图系统的基础上开发而成,其数据采集与图形处理在同一环境下完成,实时处理所测数据,具有现场直接生成地形图“即测即显,所见所得”等优点,但对阴雨天、暴晒或灰尘等条件难以适应。另外,把实地图形显示在屏幕上,操作员可根据实地信息直接成图,也可先把点展在图上,一站结束后再成图。在现场对某些实体作简单的编辑、修改,较复杂的工作可回到室内去做,最后通过绘图仪打印输出。

其作业流程如下:

设站→观测数据通讯→便携机成图→编辑修改→图幅整饰→图形输出

(3) 地图数字化模式(又称原图数字化)

如果已有大量的聚脂薄膜图,或者外业仍然采用平板测图,经纬仪+小平板测图方式,要使这些成果进入微机转化为数字化成果,就必须采用这种模式。进行数字化一般有两种方法,较早采用的就是利用数字化仪将图纸矢量化到计算机中;而现在大多利用大幅面工程扫描仪借助扫描矢量化软件直接对扫描图纸进行矢量化,从而得到数字化图形文件。总之,原图数字化的作业方法最大的优点就是可以利用原有图纸,就是原有测绘成果向数字化成果过渡的必经之路,同时也为传统测图与数字测图之间建立了密切的联系。便于对测绘人员进行合理分工,使人员、

仪器设备得到合理配置。

以上三种作业模式各有特点,在实际作业过程中,应针对测区实际情况合理选择使用的作业方法,合理安排,使成果、成图符合技术标准及用户的要求,以获得最大的经济效益与社会效益。

近几年出现了视频全站仪与三维激光扫描仪等快速数据采集设备,使快速测绘数字景观图成为可能。通过在全站以上安装数字相机的方法,可对被测目标进行摄影的同时,测定相机的摄影姿态,经过计算机对数字影像处理,得到数字地形图或数字景观图;利用三维激光扫描仪,通过空中或地面激光扫描获取高精度地表及构筑物三维坐标,经过计算机实时或事后对三维坐标及几何关系的处理,得到数字地形图或数字景观图。这种快速测绘数字景观的成图模式可能成为今后建立数字城市的主要手段。

随着科学技术的进步与计算机技术的迅猛发展,以及全站仪、RTK技术等先进测量仪器与技术的广泛应用,地形测量向着自动化与数字化发展,数字化测图技术应运而生。目前数字化测图技术正日益成为测绘行业的应用主流,从传统的模拟白纸测图法的经纬仪、电子测距仪采集,到数字化测图的全站仪、GPS采集,以至于航空摄影的空中采集,野外数字测图的数据采集方式发生了极大的转变。

数字化技术就是信息时代的基础应用平台,就是实现信息采集、存储、处理、传输与再现的关键。数字化测图就就是将采集的各种有关地物地貌信息转化成为数字形式,通过数据接口传输给计算机进行处理,得到各种各样的电子地图。需要时由计算机的图形输出设备绘出地形图或各种专题地图。

数字测图的作业过程与使用的设备与软件、数据源及图形输出的目的有关。但不论就是测绘地形图,还就是制作种类繁多的专题图、行业管理用图,只要就是测绘数字图,都必须包括数据采集、数据处理与图形输出三个基本阶段。其主要的作业过程由三大部分组成:数据采集、数据处理与图形输出。

(一)数据采集

数字化测图相较于传统的白纸测图,有无可比拟的优势。传统的测图的数据采集方式就是直接利用白纸借助经纬仪、测距仪、地形标尺在野外县城采集,精度低、速度慢。数字化测图实现了无纸化作业,数据的采集、处理、传输、存储,都就是通过数字化形式进行。测量生成的地形图精度较高,没有图纸的变形影响,更新快捷,便于管理、远程传输与应用。而且对于大比例尺的地形图还可以实现无级缩放,实现一图多用。比如说1:00的地形图,可以缩编成1:1000,1:2000,甚至更小的比例尺的地形图。

地形图、航空航天遥感影像、图形数据或影像数据、统计资料、野外测量数据或地理调查资料等,都可以作为数字化测图的信息源。数据资料可以通过键盘或转储的方式输入计算机,图形与图像资料一定要通过图数转换装置转换成计算机能够识别与处理的数据。在数字测图中,各种信息源数据的采集主要使用以下几个方式:

、野外数据采集

用全站仪或测距仪、经纬仪等大地测量仪器进行实地测量,并将野外采集的数据自动传输到电子手簿、磁卡或便携机,并现场自动记录。

野外数据采集就就是采集供绘图用的定位信息与绘图信息,就是数字化测图的一项重要工作。进行数字测图数据采集时,依据数据采集的硬件、软件以及作业方式的不同,野外数据的采集方式主要分为以下三种类型:基于全站仪的采集、GPS-RTK采集、航空摄影测量采集。

A、流程:

全站仪→电子手簿(磁卡、便携机)→计算机(人机交互编辑)→生成数字地形图B、特点:

内外业一体化;实时测图;所显即所测;精度高;机动、灵活、易于修改C、电子手簿与计算机的数据通讯的主要方式:

电缆传输;磁卡交换数据;红外线无线通讯。

(1)基于全站仪的采集

全站仪就是数字化测图中常用的外业数据采集设备。它广泛应用在工程测量、地籍测量、管线测量、变形监测等测量的方方面面。到目前为止,全站仪的数据采集方式主要有两种模式:野外数字测记模式与内外业一体化作业模式。

野外数字测记模式,即常说的“测记法”,其基本的作业程序就是,使用全基于全站仪的采集站仪野外采集碎部点信息,同时现场绘制地物属性草图,室内对照草图编基于全站仪的采集基于全站仪的采集辑成图。这就是最早的数字测图野外数据采集方法。

但到现在,此种采集仍然被广泛应用在数字测图领域。其特点在于,野外的测点采集合成图就是分开进行的。进行野外测量时,只需实时记录地物点的点位信息,其实测点的拓扑关系信息则记录在草图上。在内业成图中,才录入点位的相互关系成图。这种采集方法的优点在于外业较为简单,容易组织施测,缺点就是内业工作量大,要花费较多的时间,而且当外业出现漏测、测错的现象时,现场不容易发现。有时需要再次到现场补测。

内外业一体化作业模式,即“测绘法”,就就是指野外利用电子平板实时展绘碎部点的作业方式。内外业一体化具有“所显即所测,实时成图”这一突出特点,可以在观测碎部点之后,现场对照地形地物输入图形成图。在测站,测量员实时对全站仪采集的碎部点数据赋予各种地物地貌属性,实时成图,同时进行各种注记标注以及等高线生成等。室内,只需进行图外整饰,即可输出复核规定格式的图形文件、数据库文件或打印输出各种图件。采用内外业一体化作业模式,真正实现了外业“测”与“绘”的统一,提高了测图效率。另外对于某些地物特征点,可以通过点位间的拓扑关系直绘出,更能提高测图的主动性。

(2)GPS-RTK采集

RTK(实时动态测量系统)就是借助于GPS技术与数据传输技术相结合而构成的组合系统。RTK技术的基本原理就是,在基准站上安置一台GPS接收机,对空中所见的GPS 卫星进行连续观测,并将获得的载波相位观测值与站点坐标,通过无线电传输设备,实时发送给周围的流动站。周围流动站数据处理模块使用动态差分定位方式确定出流动站相对应基准站的位置,然后根据基准站的坐标求出自己的瞬时绝对位置。利用RTK技术可以在基准站周围15km范围内达到厘米级的定位精度。因此,除了高精度的控制测量仍采用GPS静态相对定位技术外,RTK技术可以用于地形测量中的图根控制、低级测量中的控制测量等。在空旷地区的数字化测图中,利用RTK的方式,可以直接进行碎部点的采集,不需要建立图根控制点,可以大大节省作业时间,提高测图效率。

(3)航空摄影测量采集

摄影测量与遥感就是对非接触传感器系统获得的影像及其数字表达进行记录、量测与解译,从而获得自然物体与环境的可靠信息的一门工艺、科学与技术。

摄影测量的野外数据采集就就是通过航摄飞机、无人飞机等载体对作业

区域按既定的计划进行航空摄影获取该区域的航空相片的过程。

利用航空摄影进行数字化测图,可将大量的外业工作转向内业处理,主要包括:资料准备、空三测量、像对定向、立体测图、外业调绘与补测、图形编辑与接边、质量检查、数据处理与提交等环节。航空摄影测量野外数据采集可大大减轻外业测绘的劳动强度,缩短成图周期,提高生产效率;可利用软件直接编绘各种专题图与系列图,并且编图过程中数学精度不会损失;航测生成的数字化产品精度均匀,整体精度较高,特别对于地形复杂或隐蔽性较强的地区更容易保证成图精度。

(4)各种采集方式的比较

全站仪野外数字“测记法”适宜在地物地貌较简单区域的数字化测图,这样每一个跑尺员也就负责她所对应区域的数据采集与草图绘制,施测也就很简单高效,内业处理也很方便。而对于有大片房屋、居民地等复杂环境的大比例尺测图,利用全站仪电子平板的“测绘法”作业模式,就克服了“测记法”的地物关系容易记录不清,发生漏测概率较大,描绘不规则地物、地貌时欠准确,内业处理麻烦的缺点。

“测绘法”可以同步实时成图,所有地物地貌一目了然,不会漏测,测图效率较“测记法”提高30%左右。外业结束后,内业稍加整饰即可出图。RTK方式数据采集由于其精度高、速度快、实施方便、不受地物地貌通视情况限制,在目前的数字化测图野外数据采集中,其应用的范围与领域最为广泛。这种采集方式适宜在天空少遮挡的地带进行。在树林、居民地密集的地方,由于卫星遮挡,七应用起来有一定的限制。另外RTK方式的这种数据采集目前在内外业同步上还不及全站仪的“测绘法”。当前RTK电子手薄还主要偏重于数据的输入、显示,在人机交互与成图软件的结合方面还有待提高。

如果说数字化测图野外数据的全站仪采集与GPS-RTK方式采集就是路基,直接接触采集的方式,那么航空摄影测量则就是一种空基,非接触的采集方式。利用航空摄影测量进行野外航摄数据采集相较于全站仪与GPS-RTK方式,时效性更强、所能获取的野外数据信息更加充实,对地图细节的描述也更加细致。这种成图方式基本适合各种比例尺的数字化测图。不过,这种成图方式对先期仪器设备、处理软件投入要求比较高,所以在经济上的考虑,目前主要还就是适合用于中小比例尺的大面积的数字化测图,如1:10000或更小。当然,在某些特殊情况下,特别就是人工不易到达的区域,如高山深谷、戈壁沼泽地区,这种数据采集就显得尤为必要。

目前,得到广泛应用的数字化测图野外数据采集方式还主要就是全站仪与GPS-RTK采集,以及两种方式的联合运用。不过,未来随着技术的进一步完善,以及成本的降低,摄影测量采集将具有更加广泛的应用前景,也代表了数字测图野外数据采集的发展方向。

综上所述,全站仪与GPS-RTK就是比较常用的野外数据采集方式,野外数据采集就是利用仪器(全站仪或GPS-RTK)实地测定地形特征点的平面位置与高程,将这些点位信息自动存储在仪器的内存储存器或者电子手薄中,在传输到计算机中(若野外使用便携机,可直接将点位信息存储在便携机中)。每个地形特征点的记录内容包括点号、平面坐标、高程、属性编码与其她点之间的连接关系等。点号通常就是按照测量顺序自动生成的;平面坐标与高程就是全站仪或GPS-RTK接收机自动解算的;属性编码指示了该点的性质,野外通常只输入简码或不输编码,用草图等形式形象记录碎部点的特征信息,内业可用多种手段输入属性编码;点与点之间的连接关系表明按何种连接顺序构成一个有意义的实体,通常采用绘草图或在便携

机上边测边绘来确定。由于目前测量仪器的测量精度高,很容易达到压厘米级的定位精度,所以地面数字测图就是精度最高的一种,就是城镇大比例尺(尤其就是1:500)测图中主要的测图方法。

2、室内数据采集

室内数据采集通常采用图形数字化法(即通过数字化仪或扫描仪在已有的地图上采集数据)或航测法(即通过航空摄影测量或遥感手段获取地表影像,从影像上采集地形点的绘图信息数据)

(1)图形数字化法

对于已有纸质地形图的地区,如果纸质地形图现势性好,图面表示清楚、正确,图纸变形较小,则数据采集可在室内通过数字化仪或者扫描仪在相应数字化软件的支持下进行。

①手扶跟踪数字化

手扶跟踪数字化仪的原理

采用电磁感应元件制作,在数字化平板的表层下有相互垂直的x与y两组栅格线,作为测量x与y方向坐标值的依据;鼠标器内设有一个圆形线圈,线圈发射正弦交流信号,栅格线接受线圈的发射信号,通过对鼠标器下方附近栅格线感应信号的处理,即可确定线圈中心在平板上的坐标,其坐标值就是相对于零栅格线的坐标值。

用数字化仪对原地形图的地形特征点逐点进行数据采集(与野外测图类似),对曲线采用手扶跟踪数字化。将地图平放在数字化仪的台面上,用一个带十字丝的游标,手扶跟踪等高线或其她地物符号,按等时间间隔或等距离间隔的数据流模式记录平面坐标,或由人工按键控制平面坐标的记录,高程则需由人工从键盘输入。

利用原图数字化采集的数据,应考虑图纸的伸缩变形与平面坐标的变换。

数字化仪坐标系的坐标→地图坐标系的坐标

通过四个定向元素确定,即x、y坐标的平移值、旋转角与长度比。通常在图幅内选择3～5个均匀分布的已知点(或四个图廓点)作为定向点。定向元素可以按间接平差原理求出。

影响图形数字化采集精度的主要因素有仪器本身的硬件误差、人为的采样误差、图纸伸缩变形及定位误差等。

图形数字化的方法

图形数字化的具体步骤如下:

(a)固定图纸

(b)检查设备、开机

(c)地图定位

(d)菜单定位

(e)地图符号的数字化

(f)全图数字化结束后,应再次数字化四个图廓点或选定的控制点,以检核数字化成果的质量。

这种方法的优点就是所获取的向量形式的数据在电脑中比较容易处理;缺点就是速度慢、人工劳动强度大。用数字化仪数字化得到的数字化图的精度一般低于原图,加上作业效率低,这种数字化的方法正在逐步丧失数字化方法的主导地位,取而代之的就是扫描屏幕数字化。

②扫描屏幕矢量化

扫描仪简介

按色彩辐射分辨率分为:黑白扫描仪与彩色扫描仪

按照仪器的结构分为:滚筒式与平台式扫描仪

数据形式:扫描区域内每个象素的灰度或色彩值,属于栅格数据。

扫描仪可快速获取原图的数字图像(一幅图只需几分钟),利用平台式扫描仪或滚筒式扫描仪将地图扫描得到栅格形式的地图数据,将栅格数据转换成矢量数据,要通过矢量化软件处理才能得到地形图的绘图信息。从图上采集时通常只采集各地物要素的平面位置,不采集其高程值,高程值通常作为属性数据进行输入。通过扫描仪生成的地形图要能精确地由绘图仪输出,方便地提供给规划设计、工程CAD与GIS使用,关键问题就是必须具有功能完善、方便使用的地形图扫描矢量化软件,方能快捷地完成扫描栅格数据向图形矢量数据的转换。与手扶跟踪数字化相比效率很高。就是目前主要采用的方法。

扫描栅格数据及其矢量化

利用扫描仪得到的地形图信息就是按栅格数据结构的形式存储的,相当于将扫描范围的地形划分为均匀的网格,每个网格作为一个象元,象元的位置由所在的行列号确定,象元的值即扫描得到的该点色彩灰度的等级(或该点的属性类型代码),称为象素。

数字化的主要目的就是能方便地提取地物地貌特征点的三维坐标,及各类地物实体的空间位置、长度、面积等信息,以供使用,或用计算机控制绘图仪自动绘图。

通过记录坐标的方式,用点、线、面等基本信息要素来精确表示各类地形实体,这种数据结构称为矢量数据结构。

一条曲线就是通过一系列带有x,y坐标的采集点给出的,点位越密,表示的曲线越精确,计算机绘图时可以通过软件自动计算并拟合,绘制出平滑曲线。

特点:速度快;精度低于原图;数据为栅格数据;通过计算机人机交互,屏幕数字化,可将栅格数据转换为矢量数据。

(2)航测法

90年代就是我国航测法成图由传统方式转向数字化方式的变革时期,城市GIS空间数据(信息)的采集也开始采用航测数字化测图的手段。很多生产、科研与教学单位都在积极进行航测数字化测图的研究,原有的精密立体测图仪逐步改造成数字测图仪,已出现的各种数字测图软件与数字地图编辑软件正处于一个不断改进、不断完善与发展的过程中,同时针对数字化生产中出现的技术规范、上下工序衔接、归档、质量保证等问题,制定了相应的规章制度与采取了必要的技术措施,为提高航测数字化测图的质量与速度奠定了基础。

航测法就是以航空摄影测量与遥感手段采集信息数据。以航空摄影像片作为数据源,在解析测图仪上采集地形特征点,自动传输到计算机中,经过软件处理,自动生成数字地形图。A、过程:航片(像对)→解析测图仪→计算机→数字地形图。B、应用:大面积范围;环节较多,小单位难以实现;集团化生产较为理想。

航测法采集地形数据,就是指利用航空摄影测量原理,在解析测图仪上恢复摄影光束,建立与实地完全相似的立体模型,在立体模型上采集地形元素,把各类点、线、面数据以符号(SYMBOL)与线型(LINETYPE)记录其性质,以三维坐标(XYZ)记录其空间位置,存储在数据文件中,然后经数据处理、图形编辑,最后形成地图。但由于精度原因,航测法在大比例尺中(1:500)测图中受到一定限制,目前该法已逐渐被全数字摄影测量系统所取代。

数字测量系统就是基于影像数字化仪、计算机、数字摄影测量软件与输出设备构

成的数字摄影测量工作站就是摄影测量、计算机立体视觉影像理解与图像识别等学科的综合成果,计算机不但能完成大多数摄影测量工作,而且借助模式识别理论,实现自动或半自动识别,从而大大增强了摄影测量的自动化功能。全数字摄影测量系统大致作业过程:将影像扫描数字化,利用立体观测系统观测立体模型(计算机视觉),利用系统提供的一些列量测功能——扫描数据处理、测量数据管理、数字定向、立体显示、地物采集、自动提取(或交互提取)DTM(数字地面模型)、自动生成正射影像图等,使量测过程自动化。

从数字化或数字影像出发,利用计算机对这些数字影像进行处理与加工,以获得地图信息。数字测量系统对影像处理过程: 自动生成DEM(数字高程模型),提供地形信息:定向(内定向、相对定向、绝对定向)、影像匹配、DEM数据内插。生成正射影像并进行地物目标提取,提供图形信息:数字影像纠正(得到DOM)、地物目标提取。影像自动识别与专题分类:光谱特征、纹理特征、几何特征。数据采集时按最高分辨率采集大比例尺数字地图,然后借助计算机测图综合软件实现地图综合,获取所需的各种比例尺地形图。数据采集时直接生成多个不同比例尺的数字地图,将综合取舍的工作放在数据采集时完成(人机交互)

各种比例尺数字地图数据同时采集与更新,能保证不同比例尺地形数据有相同的现势性,便于分析与成果在不同层次数据库中表达。

全数字摄影测量系统数据采集精度检查就是利用图形影像叠置系统可以检查数字测图的完整性、连续性与正确性,并保证模型之间与图幅之间正确接边。在没有影像叠置系统的数字摄影测量系统中,一般采用将采集的数据显示在图形屏幕上,光标即代表测标目前位置,借助窗口技术或屏幕在地图上自动滑动的技术也能提供作业员对所测得的数字地图进行实时检查。