項目九 大比例尺地形圖測繪

內(nèi)容提要 本項目共分四個任務(wù)，主要介紹了大比例尺地形圖測繪的傳統(tǒng)測繪方法和數(shù)字化測圖方法，并以南方CASS軟件為例，介紹了數(shù)字化成圖軟件的使用方法，最后介紹了水下地形測繪的方法。本項目的重點內(nèi)容是：地物和地貌特征點的選擇，等高線的勾繪，經(jīng)緯儀測繪法，CASS軟件繪制地物和等高線的方法，利用全站儀、GPS測定水下地形。本項目的難點是：地貌特征點的選擇，等高線的勾繪，CASS軟件的使用。

遵循測量工作“從整體到局部，先控制后碎部”的原則，在控制測量工作結(jié)束后，就可根據(jù)圖根控制點測定地物、地貌特征點的平面位置和高程，按測圖比例尺縮繪在圖紙上，并根據(jù)地形圖圖式規(guī)定的符號，勾繪出地物和地貌的位置、大小和形狀，形成地形圖。地面上地物和地貌的特征點稱為碎部點，其平面坐標和高程的測定工作稱為碎部測量。根據(jù)碎部測量的方法來劃分，地形圖測繪方法主要分為以下三種：以平板儀、經(jīng)緯儀、光電測距儀等為主要測量工具的傳統(tǒng)測繪方法；以電子全站儀、GPS為主要測量工具，并輔以計算機、繪圖儀的數(shù)字化測圖方法；攝影測量方法。本項目主要介紹傳統(tǒng)測繪方法以及全站儀數(shù)字化測圖方法。

任務(wù)一 大比例尺地形圖的傳統(tǒng)測繪方法

一、測圖前的準備工作

（一）圖紙準備

采用厚度為0.07～0.1mm的聚酯薄膜作為測圖用的圖紙。圖紙經(jīng)過熱定型處理后，伸縮率小于0.2%，具有透明度好、伸縮性小、不怕潮濕等優(yōu)點，并可直接在測繪原圖上著墨和復(fù)曬藍圖，使用保管都很方便；如果表面不清潔，還可用水清洗，便于野外作業(yè)。缺點是易燃、易折，故使用與保管時應(yīng)注意防火、防折。

（二）劃分圖幅

地形圖的標準圖幅一般有50cm×50cm、40cm×50cm兩種。每個圖幅所能測繪的實地范圍等于圖幅面積乘上測圖比例尺分母的平方。當測區(qū)面積或某個方向的長度大于一個圖幅所能容納的范圍時，必須分幅進行測繪。可先在印有毫米方格的坐標紙上按較小比例尺展繪出所有控制點，并根據(jù)控制點標繪出需測范圍的大致邊線，然后按測圖比例尺和圖幅大小劃分圖幅。如圖9-1所示，對測區(qū)進行圖幅劃分，比例尺為1∶1000，圖幅為50cm×50cm。

（三）繪制坐標方格網(wǎng)

聚酯薄膜圖紙分空白圖紙和印有坐標方格網(wǎng)的圖紙。印有坐標方格網(wǎng)的圖紙有兩種規(guī)格：50cm×50cm的正方形分幅和40cm×50cm的矩形分幅。空白圖紙使用時按要求先進行裁剪，再在圖紙上精確地繪制10cm×10cm的直角坐標方格網(wǎng)，然后根據(jù)坐標方格網(wǎng)展繪控制點。坐標方格網(wǎng)的繪制常用對角線法、坐標格網(wǎng)尺法或用AutoCAD軟件繪制。

1.對角線法

如圖9-2所示，用對角線法繪制坐標方格網(wǎng)的方法是：

（1）用檢驗過的直尺先將圖紙的對角相連，對角線交點為M點，以M為圓心，取適當長度為半徑畫弧，在對角線上分別畫出A、B、C、D四點，連接這四點成一矩形ABCD。

（2）從A、B兩點起，各沿AD、BC每隔10cm定一點；從A、D兩點起，各沿AB、DC每隔10cm定一點，連接對邊的相應(yīng)點，即得坐標方格網(wǎng)。

圖9-1 測區(qū)的圖幅劃分

圖9-2 對角線法繪制坐標方格網(wǎng)

2.坐標格網(wǎng)尺法

坐標格網(wǎng)尺是一種金屬直尺，適用于繪制50cm×50cm及以下幅面的方格網(wǎng)，如圖9-3所示。尺子上有6個間隔10cm的方孔，每個方孔中有一個斜面。尺子左端的起始孔的斜面上刻有一條細刻畫線，是零點的指標線。其余各孔及尺子右末端的斜邊均是以零點為圓心，各以10cm、20cm、30cm、40cm、50cm及70.711cm為半徑的短弧線。而70.711cm則是50cm×50cm正方形對角線的長度。

圖9-3 坐標格網(wǎng)尺

如圖9-4所示，用坐標格網(wǎng)尺繪制方格網(wǎng)的方法是：

（1）首先確定圖幅在圖紙中的位置，然后平行于圖紙下邊緣，沿尺邊畫一條直線。將尺子的零點對準直線左端適當位置，沿各孔畫與直線相交的弧線，得6個交點，設(shè)兩端交點為A、B，如圖9-4（a）所示。

（2）將尺子零點對準B，目估使尺子垂直于AB，沿各孔斜邊畫弧線，如圖9-4（b）所示。

圖9-4 坐標格網(wǎng)尺繪制方格網(wǎng)

（3）將尺子零點對準A，并沿對角線放置，以尺子末端斜邊畫弧線，使其與右上方的弧線相交得C點，如圖9-4（c）所示。

（4）將尺子零點對準A，目估使尺子垂直于AB，沿各孔斜邊畫弧線，如圖9-4（d）所示。

（5）將尺子零點對準C，目估使尺子與圖紙上邊緣平行，沿各孔斜邊畫弧線，第6根弧線與左上方的弧線相交得D點，如圖9-4（e）所示。

（6）連接A、B、C、D各點，即得邊長為50cm的正方形。再連接正方形兩對邊的對應(yīng)分點，即得邊長為10cm的坐標方格網(wǎng)，如圖9-4（f）所示。

方格網(wǎng)繪好后，必須立即進行嚴格檢查，以保證控制點展繪的精度。規(guī)范規(guī)定：方格邊長與理論長度（10cm）之差應(yīng)小于圖上0.2mm；圖廓邊、圖廓對角線的長度與其理論值之差應(yīng)小于圖上0.3mm；網(wǎng)格線粗應(yīng)小于0.1mm。若超過限差規(guī)定，應(yīng)重新繪制。

（四）展繪控制點

根據(jù)比例尺和分幅編號，在格網(wǎng)四周標注出各相應(yīng)格網(wǎng)線的坐標值，如圖9-5所示。

坐標方格網(wǎng)畫好后，應(yīng)根據(jù)測圖比例尺將坐標值注在相應(yīng)坐標格網(wǎng)邊線的外側(cè)，如圖9-5所示。展點時，首先根據(jù)控制點的坐標，確定控制點所在的方格。如A點坐標為x_A=767.43m、y_A=554.52m，其位置在klmn方格內(nèi)。然后按x坐標值分別從k、n點按測圖比例尺向上各量67.43m，得a、b兩點。從k、l兩點向右分別量取54.52m，同法可得c、d兩點，則ab和cd兩連線的交點即為A點位置。同法將其他各控制點展繪于圖上，用比例尺量取相鄰點間的長度，與相應(yīng)的實際距離比較，其差值不應(yīng)超過圖上0.3mm。經(jīng)檢查無誤后，按圖式規(guī)定繪出導(dǎo)線點符號，并在其右側(cè)以分數(shù)形式注明點號及高程。如圖9-5所示，分子為點號，分母為高程。

圖9-5 控制點的展繪

二、碎部測量的方法

大比例尺地形圖的傳統(tǒng)測繪方法有經(jīng)緯儀測繪法、大平板儀測圖法和小平板儀與經(jīng)緯儀聯(lián)合測圖法。本節(jié)只介紹經(jīng)緯儀測繪法。

經(jīng)緯儀測繪法就是將經(jīng)緯儀安置在控制點上，繪圖板安置于經(jīng)緯儀旁邊；用經(jīng)緯儀測定碎部點的方向與已知方向之間的夾角；再用視距測量方法測出測站點至碎部點的平距及碎部點的高程；然后根據(jù)實測數(shù)據(jù)，用量角器和比例尺把碎部點的平面位置展繪在圖紙上，并在點的右側(cè)注明其高程，最后對照實地描繪地物、地貌。

（一）碎部點的選擇

測繪地形圖時，地物和地貌的特征點稱為碎部點。正確選擇碎部點是保證測圖質(zhì)量和提高效率的關(guān)鍵。

1.地物特征點的選擇

地物特征點主要是地物輪廓的轉(zhuǎn)折點（如房屋的房角，圍墻、電力線的轉(zhuǎn)折點），道路河岸線的轉(zhuǎn)彎點、交叉點，電桿、獨立樹的中心點等。連接這些特征點，便可得到與實地相似的地物形狀。一般情況下，主要地物凹凸部分在圖上大于0.4mm時均應(yīng)表示出來。

2.地貌特征點的選擇

地貌特征點應(yīng)選在最能反映地貌特征的山脊線、山谷線等地性線上，如山頂、鞍部、山脊和山谷的地形變換處、山坡傾斜變換處和山腳地形變換的地方。

為了能真實表示實地情況，在地面平坦或坡度無明顯變化的地區(qū)，碎部點的最大間距、和碎部點的最大視距應(yīng)符合表9-1的規(guī)定。

（二）施測方法

1.安置儀器

如圖9-6所示，將經(jīng)緯儀安置在控制點A上，經(jīng)對中和整平后，量取儀器高i，并記入碎部測量手簿，見表9-2。儀器對中的偏差，不應(yīng)大于圖上0.05mm。盤左（或盤右）瞄準另一較遠的控制點B，將水平度盤置數(shù)為0°00′00″，則AB為起始方向。瞄準另一個相鄰的控制點進行檢核，其檢核方向線的偏差不大于圖上0.3mm，高程較差不應(yīng)大于基本等高距的1/5。每站測圖過程中和結(jié)束前應(yīng)注意檢查定向方向。

圖9-6 經(jīng)緯儀測繪法測圖

將固定了圖紙的圖板安置在測站附近，使圖紙上控制點位置與地面上相應(yīng)控制點的位置大致相同。圖上控制點A、B的連線為圖上的起始方向線，用小針通過量角器圓心的小孔插在控制點A上，使量角器圓心固定在A點。

2.立尺

跑尺前，跑尺員與觀測員、繪圖員共同商定跑尺路線，然后依次將水準尺立在地物、地貌特征點上，如圖9如圖9-6的1點上。

3.觀測

觀測員將經(jīng)緯儀瞄準1點的水準尺，讀尺間隔l，中絲讀數(shù)v、調(diào)節(jié)豎盤指標水準管微動螺旋使豎盤指標水準氣泡居中，得豎盤讀數(shù)L（盤左）及水平角β。

同理觀測2點、3點、4點……時，應(yīng)隨時檢查定向點B的方向，其歸零差不得大于4′，否則應(yīng)重新定向。

4.記錄與計算

將上述觀測數(shù)據(jù)逐項記入表9-2相應(yīng)欄內(nèi)，并用第五章視距測量中介紹的公式，計算出水平距離和高程。在備注欄內(nèi)注明碎部點的名稱，以方便繪圖和必要時進行檢查。

5.展點

繪圖員轉(zhuǎn)動量角器，利用量角器逆時針注記的刻劃，將碎部點1的水平角角值95°54′對準起始方向線AB，此時量角器上零方向線便是碎部點1的方向。然后在零方向線上，按測圖比例尺根據(jù)水平距離56.3m定出1點的位置，并在點的右側(cè)注明其高程，一般注至0.1m；對1∶500、1∶1000的地形圖可根據(jù)需要注至0.01m。同法，將其余各碎部點的平面位置及高程繪于圖上。

6.繪圖

參照實地情況，隨測隨繪，按《地形圖圖式》規(guī)定的符號將地物和等高線繪制出來。地形圖上的連線、符號和注記一般在現(xiàn)場完成。

每幅圖應(yīng)測出圖廓線外5mm，在測繪過程中應(yīng)加強測區(qū)邊界線的檢查，以保證相鄰圖幅準確拼接。

（三）注意事項

（1）應(yīng)事先對所用儀器工具進行檢驗校正。

（2）測角時盤左或盤右均可。但每一測站應(yīng)多次檢查起始方向是否為零。若歸零差超限，需重新照準起始方向水平讀盤置數(shù)為0°00′00″，再對碎部點進行逐點改正。

（3）每一測站測繪前，應(yīng)先對圖上已展繪的各碎部點進行檢查，點數(shù)應(yīng)不少于兩個，檢查無誤后，才能開始測繪。

（4）在描繪地物、地貌時，必須遵守“看不清不繪”的原則。

（四）等高線的勾繪

當圖上有足夠數(shù)量的地貌特征點時，根據(jù)這些特征點位標注的高程，按內(nèi)插法求出符合等高線高程的點位，再將這些點位按照地貌情況連繪成等高線。

1.內(nèi)插法原理

如圖9-7所示，設(shè)坡腳和坡頂兩個特征點在圖上的平面位置分別為A與B，其高程為H_A與H_B。按照地貌特征點的要求，這兩點之間既然未測定其他點就應(yīng)看成是均勻斜坡，于是根據(jù)兩點的高差可按測圖比例尺作AB′線，B′就相當于坡頂?shù)母叱涛恢谩膬牲c的高程可以知道該坡上應(yīng)有幾條等高線。假設(shè)需要畫的等高線其高程為H_C，它在圖上的平面位置為c，由圖可以看出

圖9-7 內(nèi)插法原理圖

所以Ac=（H_C-H_A）AB/（H_B-H_A）

即兩特征點間的等高線離其中某個特征點的距離，等于等高線與該特征點的高差乘上兩特征點的距離與其高差的比值。

2.勾繪方法

如圖9-8（a）所示，點A、B、C等是測得的地貌特征點。AB、BE、BD、DG、GI、GK是山脊線，DF、DC、GH是山谷線。首先將這些地性線輕輕勾繪出來，山脊線、山谷線用虛線勾繪。然后求出相鄰兩地形點間等高線所經(jīng)過的位置，如圖9-8（b）所示。以A、B兩點為例，H_A=52.8m、H_B=57.4m。如果等高距為1m，則A、B兩點間必定有53m、54m、55m、56m和57m五條等高線通過。如圖9-8（b）所示，在圖上量得AB的距離為64mm，A、B兩點間的高差為h_AB=H_B-H_A=57.4-52.8=4.6（m），A點與鄰近的53m等高線的高差為0.2m，則根據(jù)內(nèi)插法原理，A點與53m等高線間的平距為，即可定出53m等高線在AB線上的位置。而B點與鄰近的57m等高線的高差為0.4m，同理可得B點與57m等高線間的平距為≈6mm，也可定出57m等高線在AB線上的位置。然后將圖上53m和57m兩條等高線間的平距四等分，節(jié)點即為54m、55m、56m等高線的位置。同法可以定出其他各相鄰地形點之間的等高線位置，然后將高程相同的相鄰點連成光滑的曲線，即為等高線圖，如圖9-8（c）所示。

圖9-8 等高線的勾繪

（a） 地貌特征點；（b） 等高線勾繪；（c）等高線

三、地形圖的拼接、檢查和整飾

（一）地形圖的拼接

采用分幅測圖時，為了拼接方便，測圖時每幅圖的西、南兩邊應(yīng)測出圖廓線外5mm左右。拼接時，先將相鄰兩幅共同邊界部分的圖廓線、坐標方格網(wǎng)及其兩側(cè)各10m范圍內(nèi)的地物和等高線描繪到一條透明紙上，如圖9-9所示，然后檢查它們的銜接情況，若兩邊地物或等高線錯開不超過表9-3規(guī)定值的倍時，則可在透明紙上進行修正（通常取兩邊的平均位置），使圖形和線條合乎自然地銜接起來，再根據(jù)透明紙上修接好的圖形套繪到相鄰兩幅上去。如果發(fā)現(xiàn)錯誤或漏測，應(yīng)當重測或補測。

（二）地形圖的檢查

地形測圖的檢查需貫徹測圖過程的始終。地形圖的檢查可分為室內(nèi)檢查和室外檢查兩部分。

1.室內(nèi)檢查

圖9-9 圖幅拼接

室內(nèi)檢查的內(nèi)容有圖面上地物、地貌是否清晰易讀，各種符號、注記是否正確，等高線與地貌特征點的高程是否相符，接邊精度是否合乎要求等。如發(fā)現(xiàn)錯誤和疑點，不可隨意修改，應(yīng)加以記錄，并到野外進行實地檢查、修改。

2.室外檢查

室外檢查是在室內(nèi)檢查的基礎(chǔ)上進行重點抽查。檢查方法分巡視檢查和儀器檢查兩種。巡視檢查時應(yīng)攜帶測圖板，根據(jù)室內(nèi)檢查的重點，按預(yù)定的巡視檢查路線，進行實地對照查看。主要查看地物、地貌各要素測繪是否正確、齊全，取舍是否恰當，等高線的勾繪是否逼真，圖式符號運用是否正確等。儀器設(shè)站檢查是在室內(nèi)檢查和野外巡視檢查的基礎(chǔ)上進行的。除對發(fā)現(xiàn)的問題進行補測和修正外，還要對本測站所測地形進行檢查，看所測地形圖是否符合要求，測定測站周圍部分地物和地貌點的平面位置和高程，看是否與原測點相同。若誤差不超過表9-3規(guī)定的中誤差的倍，即視為符合要求，否則應(yīng)對照實地進行改正，若錯誤較多，應(yīng)進行修測或重測。儀器檢查量一般為整幅圖的10%～20%。

（三）地形圖的整飾

原圖經(jīng)過拼接和檢查后，還應(yīng)按規(guī)定的地形圖圖式符號對地物、地貌進行清繪和整飾，使圖面更加合理、清晰、美觀。整飾的順序是先圖內(nèi)后圖外，先注記后符號，先地物后地貌。最后寫出圖名、比例尺、基本等高距、坐標及高程系統(tǒng)、施測單位、測繪者及施測日期，同時繪出鄰接關(guān)系表。如果是獨立坐標系統(tǒng)，還需畫出指北方向。

任務(wù)二 數(shù)字化測圖方法

一、概述

廣義地講，制作以數(shù)字形式表示的地圖的方法和過程就是數(shù)字測圖，包括全野外數(shù)字化測圖（地面數(shù)字測圖）、地圖數(shù)字化成圖、數(shù)字攝影測量和遙感數(shù)字測圖。狹義地講，數(shù)字化測圖指全野外數(shù)字化測圖，本任務(wù)基本介紹的是全野外數(shù)字化測圖。數(shù)字化測圖是以計算機技術(shù)為核心，在輸入輸出設(shè)備及硬、軟件的支持下，對地形空間數(shù)據(jù)進行處理而得到數(shù)字地圖。數(shù)字化測圖的硬件配置主要有野外測量數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)計算機輔助制圖系統(tǒng)，包括全站儀、電子手簿、與微機的通信接口、微型計算機、繪圖儀和打印機等；軟件配置主要有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，包括操作系統(tǒng)、操作計算機所需的其他軟件、計算機繪圖軟件和專用的測圖軟件，如南方測繪公司開發(fā)的CASS，武漢瑞得的RDMS測圖系統(tǒng)和清華的山維測圖軟件等。

數(shù)字化測圖不僅是利用計算機輔助繪圖，減輕測圖人員的勞動強度，保證地形圖繪制質(zhì)量，提高繪圖效率，而且通過計算機進行數(shù)據(jù)處理，直接建立數(shù)字地面模型和電子地圖，為建立地理信息系統(tǒng)提供了可靠的原始數(shù)據(jù)，以供國家、城市和行業(yè)部門的現(xiàn)代化管理，以及工程設(shè)計人員進行計算機輔助設(shè)計（CAD）使用。

數(shù)字化測圖的基本思想就是將采集的地形數(shù)據(jù)輸入計算機，由機內(nèi)的成圖軟件進行處理、成圖、顯示，經(jīng)過編輯修改，生成符合國家標準的地形圖，最后生成的圖形文件可以存儲在磁盤上，也可以通過繪圖儀打印出紙質(zhì)地圖。

數(shù)字化測圖技術(shù)在野外數(shù)據(jù)采集工作的實質(zhì)是解析法測定地形點的三維坐標，是一種先進的地形圖測繪方法，與傳統(tǒng)的圖解法相比，具有以下幾方面的優(yōu)勢。

1.自動化程度高

由于采用全站儀、RTK在野外采集數(shù)據(jù)，自動記錄存儲，并可直接傳輸給計算機進行數(shù)據(jù)處理、繪圖，不但提高了工作效率，而且減少了測量錯誤的發(fā)生，使得繪制的地形圖精確、美觀、規(guī)范。同時由計算機處理地形信息，建立數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)庫，并能生成數(shù)字地圖和電子地圖，有利于后續(xù)的成果應(yīng)用和信息管理工作。

2.精度高

數(shù)字化測圖的精度主要取決于對地物和地貌點的野外數(shù)據(jù)采集的精度，若距離在300m以內(nèi)時，測定地物點的平面誤差約為±15mm，高程誤差約為±18mm，其他因素的影響很小，全站儀的解析法數(shù)據(jù)采集精度要遠遠高于圖解法平板繪圖的精度。

3.使用方便

數(shù)字化測圖采用解析法測定點位坐標依據(jù)的是測量控制點，測量成果的精度均勻一致，并且與繪圖比例尺無關(guān)，利用分層管理的野外實測數(shù)據(jù)，可以方便地繪制不同比例尺的地形圖或不同用途的專題地圖，實現(xiàn)了一測多用，同時便于地形圖的檢查、修測和更新；并可以作為地理信息系統(tǒng)（GIS）的重要信息源，為GIS的輔助決策和空間分析發(fā)揮作用。

數(shù)字化測圖技術(shù)的應(yīng)用在我國已逐步成熟了，近幾年又出現(xiàn)了圖像全站儀和三維激光掃描儀等快速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，快速測繪數(shù)字景觀圖成為現(xiàn)實。今后，數(shù)字化測圖方向?qū)⒊环N無點號、無編碼的鏡站遙控電子平板測圖系統(tǒng)的發(fā)展。

二、野外數(shù)字化數(shù)據(jù)采集的方法

在實際工作中，大比例尺數(shù)字化測圖（或數(shù)字化地形測圖）一般是指地面數(shù)字化測圖，也稱野外數(shù)字化測圖。地面數(shù)字化測圖是利用電子全站儀、GPS-RTK或其他測量儀器，在野外采集地形數(shù)據(jù)，通過便攜式電子計算機或全站儀內(nèi)存、存儲卡、野外電子手簿與野外草圖，利用測圖軟件進行野外數(shù)字化測圖。野外數(shù)字化測圖依其發(fā)展過程看，主要可分為數(shù)字測記法模式和數(shù)字測繪法模式（又稱電子平板模式）。

（一）數(shù)字測記法模式

數(shù)字測記法模式就是將野外采集的地形數(shù)據(jù)存儲在儀器內(nèi)存或單獨的存儲卡內(nèi)，回到室內(nèi)再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，根據(jù)地形數(shù)據(jù)和野外詳細繪制的草圖（或各個點的編碼），通過專業(yè)測繪軟件（如南方CASS）實行計算機屏幕人機交互編輯、修改，生成圖形文件或數(shù)字地圖。在數(shù)字測記模式中，按照作業(yè)方式的不同，可以分為有碼（編碼）和無碼作業(yè)（也稱草圖法）兩種，而按照野外數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備的不同，又可將其分為全站儀數(shù)字測記模式和GPS-RTK數(shù)字測記模式。

1.全站儀數(shù)字測記模式測量

全站儀數(shù)字測記模式是用全站儀實地采集地面點的三維坐標，并用儀器內(nèi)存（或電子手簿）自動記錄觀測數(shù)據(jù)，如圖9-10所示。全站儀數(shù)字測記模式是目前最常見的測記式數(shù)字測圖作業(yè)模式，為大多數(shù)軟件支持。

圖9-10 全站儀數(shù)據(jù)采集的作業(yè)模式

全站儀野外數(shù)據(jù)采集方式可根據(jù)實測條件和測區(qū)具體情況來選擇，常用的方法是極坐標法測量，此外，還有方向直線交會、垂直量邊、交會定點等。其中，極坐標法特別適用于大范圍開闊地區(qū)的碎部點測定工作。下面主要介紹利用數(shù)字測記法模式中的無碼作業(yè)方式進行數(shù)據(jù)采集的作業(yè)過程，利用南方全站儀NTS-352進行數(shù)據(jù)采集的操作過程可參見項目七任務(wù)三的相關(guān)內(nèi)容。

（1）將電子全站儀安置在測站點上，經(jīng)對中、整平后量取儀器高；開機后應(yīng)對全站儀進行參數(shù)設(shè)置，如溫度、氣壓、棱鏡常數(shù)等。儀器對中偏差不應(yīng)大于5mm，儀器高和棱鏡高應(yīng)精確到1mm。

（2）設(shè)置測站。按全站儀的菜單提示，由鍵盤輸入測站信息，如測站點號、測站儀器高和測站點的坐標等。測站點的坐標可以直接輸入，也可以從文件中直接調(diào)用。

（3）定向（設(shè)置后視點）。按全站儀的菜單提示，由鍵盤輸入后視點號和后視點坐標或直接輸入后視方位角，全站儀可以根據(jù)坐標反算出后視方向的坐標方位角，并以此角值設(shè)定全站儀的水平度盤起始讀數(shù)；后視點的坐標可以直接輸入，也可以從文件中直接調(diào)用。需要注意的是，應(yīng)選擇較遠的圖根點作為定向點。

（4）用全站儀瞄準檢核點反光鏡，測量檢核點的三維坐標，并與該點已知信息進行比較，若檢核不通過則不能繼續(xù)進行碎部測量。要求檢核點的平面位置較差不應(yīng)大于圖上0.2mm，高程較差不應(yīng)大于基本等高距的1/5。

（5）用全站儀瞄準碎部點上的反光棱鏡，按照菜單提示輸入碎部點信息，如碎部點點號、棱鏡高度（多數(shù)可設(shè)置成默認值）等（有碼作業(yè)方式時還應(yīng)輸入碎部點的地形信息編碼），按測量鍵，全站儀便自動測算出碎部點的三維坐標值，并將坐標自動存儲在全站儀內(nèi)存中。實際操作中，全站儀也會將測量的角度、距離、高差自動記錄在另外一個文件中，這些數(shù)據(jù)可以為三維坐標數(shù)據(jù)檢查核對用。全站儀測圖的最大測距長度見表9-4。

全站儀野外數(shù)據(jù)采集的注意事項：

（1）作業(yè)過程中和作業(yè)結(jié)束前，應(yīng)對定向進行檢查。

（2）野外數(shù)據(jù)采集時，測站與測點兩處作業(yè)人員必須時時聯(lián)絡(luò)，距離較遠時，可使用對講機等通信工具。每觀測完一點，觀測員要告知繪草圖者被測點的點號，以便及時對照全站儀內(nèi)存中記錄的點號和繪草圖者標注的點號，保證兩者一致。若兩者不一致，應(yīng)查找原因，是漏標點了，還是多標點了，或一個位置測重復(fù)了等，必須及時更正。

（3）在野外采集時，能測到的點要盡量測，實在測不到的點可利用皮尺或鋼尺量距，將丈量結(jié)果記錄在草圖上，室內(nèi)用交互編輯方法成圖。

（4）全站儀測圖，可按圖幅施測，也可分區(qū)施測。按圖幅施測時，每幅圖應(yīng)測出圖廓線外5mm；分區(qū)施測時，應(yīng)測出區(qū)域界線外圖上5mm。

特別提示：

（1）應(yīng)選擇較遠的圖根點作為定向點，以減小目標傾斜誤差和儀器對中誤差對觀測的影響。

（2）當輸入定向點坐標或方位角以后，一定要瞄準定向點并進行測量。

2.GPS-RTK數(shù)字測記模式測量

GPS-RTK的測量就是在基準站上安置GPS接收機，對所有可見GPS衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)，通過無線電（或GPRS/CDMA）傳輸設(shè)備（也稱數(shù)據(jù)鏈），實時地發(fā)送給用戶觀測站（流動站）；在用戶觀測站上，GPS接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，也接收基準站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實時地解算并顯示用戶觀測站的三維坐標及其精度，其定位精度可達5cm以內(nèi)。根據(jù)基準站建立的方式不同，RTK測量技術(shù)又可分為傳統(tǒng)RTK和網(wǎng)絡(luò)RTK（如CORS技術(shù)）。簡單地說，傳統(tǒng)RTK就是可移動的基站作業(yè)，基站位置一般由作業(yè)組根據(jù)任務(wù)確定，而CORS就是固定的永不斷電的基站，其基站一般由政府部門在某選定固定地點建設(shè)。RTK地形測量主要技術(shù)要求見表9-5。

下面以南方RTK靈銳S86儀器為例，介紹利用無線電技術(shù)傳統(tǒng)RTK數(shù)據(jù)采集的作業(yè)過程，如圖9-11所示。

圖9-11 電臺模式下RTK傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的作業(yè)模式

（a）基準站部分；（b）移動站部分

RTK由兩部分組成：基準站部分和移動站部分。其操作步驟是先啟動基準站，后進行移動站操作。

（1）基準站部分。

1） 架好腳架于已知點上，對中整平（如架在未知點上，則大致整平即可）。

2）接好電源線和發(fā)射天線電纜。注意電源的正負極正確（紅正黑負）。

3） 打開主機和電臺，主機開始自動初始化和搜索衛(wèi)星，當衛(wèi)星數(shù)和衛(wèi)星質(zhì)量達到要求后，主機上的DL指示燈開始5s快閃2次，同時電臺上的TX指示燈開始每秒閃1次。這表明基準站差分信號開始發(fā)射，整個基準站部分開始正常工作。

（2） 移動站部分。

1）將移動站主機接在碳纖對中桿上，并將接收天線接在主機頂部，同時將手簿（PSION采集器）夾在對中桿的適合位置。

2）打開主機，主機開始自動初始化和搜索衛(wèi)星，當達到一定的條件后，主機上的DL指示燈開始1s閃1次（必須在基準站正常發(fā)射差分信號的前提下），表明已經(jīng)收到基準站差分信號。

3） 打開手簿，啟動“工程之星”軟件，如圖9-12所示。工程之星快捷方式一般在手簿的桌面上，如手簿冷啟動后則桌面上的快捷方式消失，這時必須在Flashdisk中啟動原文件（我的電腦→Flashdisk→SETUP→ERTKPro2.0.exe）。

4）啟動軟件后，軟件一般會自動通過藍牙和主機連通。如果沒連通則首先需要設(shè)置藍牙（工具→連接儀器→選中“輸入端口：7”→點擊“連接”）。

5）軟件在和主機連通后，軟件首先會讓移動站主機自動去匹配基準站發(fā)射時使用的通道。如果自動搜頻成功，則軟件主界面左上角會有信號在閃動。如果自動搜頻不成功，則需要進行電臺設(shè)置（工具→電臺設(shè)置→在“切換通道號”后選擇與基準站電臺相同的通道→點擊“切換”）。

6）在確保藍牙連通和收到差分信號后，開始新建工程（工程→新建工程），依次按要求填寫或選取如下工程信息：工程名稱、橢球系名稱、投影參數(shù)設(shè)置、四參數(shù)設(shè)置（未啟用可以不填寫）、七參數(shù)設(shè)置（未啟用可以不填寫）和高程擬合參數(shù)設(shè)置（未啟用可以不填寫），最后確定，工程新建完畢。

7）進行校正。校正有兩種方法。

方法一：利用手簿中已經(jīng)輸入的控制點坐標庫（設(shè)置→控制點坐標庫）求四參數(shù)，如圖9-13所示。在控制點坐標庫界面中點擊“增加”，根據(jù)提示依次增加控制點的已知坐標和原始坐標，一般至少2個控制點，當所有的控制點都輸入，察看確定無誤后，單擊“保存”，選擇參數(shù)文件的保存路徑并輸入文件名。完成之后單擊“確定”。然后單擊“保存成功”小界面右上角的“OK”，四參數(shù)已經(jīng)計算并保存完畢。

圖9-12 新建工程圖

圖9-13 利用坐標庫校正

方法二：校正向?qū)Вüぞ摺Ｕ驅(qū)В朔椒ㄓ址譃閮煞N模式。

a.基準站架在已知點上選擇“基準站架設(shè)在已知點”，點擊“下一步”，輸入基準站架設(shè)點的已知坐標及天線高，并且選擇天線高形式，輸入完后即可點擊“校正”。系統(tǒng)會提示你是否校正，并且顯示相關(guān)幫助信息，檢查無誤后“確定”校正完畢。

b.基準站架在未知點上選擇“基準站架設(shè)在未知點”，再點擊“下一步”。輸入當前移動站的已知坐標、天線高和天線高的量取方式，再將移動站對中立于已知點上后點擊“校正”，系統(tǒng)會提示是否校正，“確定”即可。

8）當移動站立在目標點上，且手簿顯示測量狀態(tài)為“固定解”時，如圖9-14所示。點存儲快捷鍵“A”，即可將當前坐標和高程信息記錄下來，如圖9-15所示。

RTK野外數(shù)據(jù)采集的注意事項：

（1）采集過程中，基站不允許移動或關(guān)機又重新啟動，若重啟動后必須重新校正。

（2）基站要遠離微波塔、通信塔等大型電磁發(fā)射源200m外，要遠離高壓輸電線路、通信線路50m外；一般應(yīng)選在周圍視野開闊的位置，避免在截止高度角15°以內(nèi)有大型建筑物；同時應(yīng)選在地勢較高的位置。

（3）接收機啟動后，觀測員應(yīng)使用專用功能鍵盤和選擇菜單，查看測站信息接收衛(wèi)星數(shù)、衛(wèi)星號、衛(wèi)星健康狀況、各衛(wèi)星信噪比、相位測量殘差實時定位的結(jié)果及收斂值、存儲介質(zhì)記錄和電源情況。如發(fā)現(xiàn)異常情況或未預(yù)料情況，及時作出相應(yīng)處理。

圖9-14 目標點測量

圖9-15 快捷鍵“A”存儲

（4）為了保證RTK的高精度，最好對三個以上平面坐標已知點進行校正，而且點精度要均等，并要均勻分布于測區(qū)周圍，要利用坐標轉(zhuǎn)換中誤差對轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度進行評定。如果利用兩點校正，一定要注意尺度比是否接近于1。

（5）移動站在信號受影響的點位，為提高效率，可將儀器移到開闊處或升高天線，待數(shù)據(jù)鏈鎖定達到固定后，再小心無傾斜地移回待定點或放低天線，一般可以初始化成功。

測記法外業(yè)設(shè)備輕便、操作方便、野外作業(yè)時間短。由于是“盲式”作業(yè)，對于較復(fù)雜的地形，通常要繪制草圖。

（二）數(shù)字測繪法模式

數(shù)字測繪法模式（又稱電子平板模式），使用安裝了測圖軟件的便攜機（稱為電子平板），在野外利用電子全站儀測量，將采集到的地形數(shù)據(jù)傳輸給便攜式計算機，測量工作者在野外實時地在屏幕上進行人機對話，對數(shù)據(jù)、圖形進行處理、編輯，最后生成圖形文件或數(shù)字地圖，所顯即所測，實時成圖，真正實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化。這種作業(yè)模式的特點是現(xiàn)場成圖，實現(xiàn)了“所見即所測”；可及時發(fā)現(xiàn)并糾正測量錯誤，從而具有較高的可靠性。但這種作業(yè)模式對設(shè)備要求高，便攜機不適應(yīng)野外作業(yè)環(huán)境（如供電時間短、液晶顯示屏光強看不清等）是主要缺陷，目前只用于房屋密集的城鎮(zhèn)地區(qū)的測圖工作。

野外數(shù)字化測圖的施測方式不同，人員的配備也有所不同。全站儀測記法施測時，作業(yè)人員一般配置為：觀測員1人，領(lǐng)尺員1人，跑尺員1～3人。領(lǐng)尺員負責(zé)畫草圖和室內(nèi)成圖，是核心成員。RTK測記法施測時，作業(yè)人員一般配置為：基站觀測員1人（采用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)時，基站不需要測量組人員），移動站測量員1人，移動站測量員一般負責(zé)畫草圖和室內(nèi)成圖。電子平板法施測時，作業(yè)人員一般配置為：觀測員1人，電子平板操作人員1人，跑尺員1～3人。

三、數(shù)字地面模型的建立

數(shù)字地面模型（DTM）是以數(shù)字的形式按一定的結(jié)構(gòu)組織在一起，表示實際地形特征的空間分布模型，也是地形形狀大小和起伏的數(shù)字描述。

DTM的核心是地形表面特征點的三維坐標數(shù)據(jù)和一套對地表提供連續(xù)描述的算法。最基本的DTM至少包含了相關(guān)區(qū)域內(nèi)平面坐標（x，y）與高程z之間的映射關(guān)系。即

通過DTM可以得到有關(guān)區(qū)域中任一點的地形情況，計算出任一點的高程并獲得等高線。DTM還可以用于計算區(qū)域面積、土地劃分、土方工程量計算、獲取地形斷面和坡度信息等。

建立數(shù)字地面模型一般有以下幾個步驟：數(shù)據(jù)的獲取，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)的預(yù)處理，構(gòu)網(wǎng)建模，存儲和管理，數(shù)模的應(yīng)用。

（一） DTM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

DTM常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要分為規(guī)則格網(wǎng)和不規(guī)則三角網(wǎng)。規(guī)則格網(wǎng)結(jié)構(gòu)是將離散的原始數(shù)據(jù)點，依據(jù)插值算法歸算出規(guī)則形狀格網(wǎng)的結(jié)點坐標，或在數(shù)據(jù)采集時，就按規(guī)則格網(wǎng)取點。每個結(jié)點的坐標都有規(guī)律地存在DTM之中，最常用的規(guī)則格網(wǎng)結(jié)構(gòu)是矩形格網(wǎng)。由于矩形格網(wǎng)DTM存儲量最小，非常便于使用且容易管理，因而他是目前運用最廣泛的一種形式。但缺點是有時不能準確表示地形的結(jié)構(gòu)與細部，因此基于規(guī)則格網(wǎng)DTM描繪的等高線不能準確地表示地貌。不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）是將采集的地形特征點，按一定規(guī)則連接成覆蓋整個區(qū)域且互不重疊的許多三角形，構(gòu)成一個不規(guī)則三角網(wǎng)表示的DTM，通常稱為TIN。TIN能較好地顧及地貌特征點、線，表示復(fù)雜地形表面比格則格網(wǎng)精確，缺點是數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而使用與管理也較復(fù)雜。

（二）不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）的建立

不規(guī)則三角網(wǎng)是直接利用測區(qū)內(nèi)野外實測的地形特征點（離散點）構(gòu)造出鄰接的三角形。TIN的每個基本單元的核心是組成不規(guī)則三角形的三個頂點的三維坐標，這些坐標完全來自原始測量成果。由于采樣時選取觀測點是由地形決定的，因而由離散點構(gòu)成的三角形必然是不規(guī)則的。

TIN的建立應(yīng)基于最佳三角形的條件，即應(yīng)盡可能地保證每個三角形是鈍角三角形或三邊的長度近似相等，避免出現(xiàn)過大的鈍角和過小的銳角。常用的一種建立TIN的方法是角度判別法。該方法是當已知三角形的兩個頂點（即一條邊）后，利用余弦定理計算備選第三頂點為角頂點的三角形內(nèi)角的大小，選擇最大者對應(yīng)的點為該三角形的第三頂點。當?shù)玫降谝粋€三角形后，再以這個三角形的每條邊為基礎(chǔ)，按角度最大的原則向外擴展，連接鄰近離散點組成三角形。新的三角形的邊又作為連接其他離散點的基礎(chǔ)，如此下去，直到所有的三角形的邊都無法再擴展成新的三角形，而且所有離散點都包含在三角形的頂點中，并要保證三角網(wǎng)中沒有重復(fù)和交叉的三角網(wǎng)。在生成TIN的過程中，還要考慮地性線、地物等對格網(wǎng)的影響，應(yīng)用中通常把地性線等地形特征線作為TIN中三角形的邊，在擴展TIN時先從地形特征線開始，以保證DTM格網(wǎng)最大限度地符合實際地形。

（三）特殊地貌和地物的處理

由于實際地表的地貌和地物的變化以及地形圖繪制的要求，TIN建立過程中還必須要考慮特殊地貌和地物的處理，以保證DTM的正確性，以及滿足等高線和斷面的生成、土方量的計算、地形圖繪制等DTM應(yīng)用的需要。

1.斷裂線的處理

在建TIN時，需要把斷裂線（坡度變化陡峭的地形如陡坎、河岸等變化不連續(xù)的地形邊線）提取出來并擴展成幾個極窄的條形閉合區(qū)域（圖9-16）。在繪制地形圖時，等高線與地物是分層處理的，等高線層中等高線繪制到閉合（折）線時斷開，而在地物層閉合線正是坎的符號繪制的地方，兩層疊加輸出，繪出的就是地形圖。

圖9-16 斷裂線的處理

2.地物的處理

等高線遇地物（如房屋、道路）時需要斷開，所以數(shù)字地面模型中要將它們處理成閉合區(qū)，擴展三角形是由房屋邊線向外擴展，等高線遇閉合區(qū)邊界即終止。

3.地性線的處理

TIN結(jié)構(gòu)的DTM是以三角形為基本單位表達實際地形的，在生成TIN的過程中，以山谷線、山脊線為起始邊，向兩側(cè)擴展出三角形格網(wǎng)，這樣就保證了三角形格網(wǎng)數(shù)字地面模型與實際地形相符。

（四）矩形格網(wǎng)的建立

矩形格網(wǎng)是在區(qū)域平面內(nèi)劃分為相同大小的矩形單元，以每個矩形單元頂點作為DTM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。矩形格網(wǎng)是DTM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)則格網(wǎng)中最常用的，正方形格網(wǎng)是其特例。建立矩形格網(wǎng)的原始數(shù)據(jù)，若是利用航測儀器采集，一般都是按等間隔直接采集矩形格網(wǎng)的頂點坐標。若是野外測量獲得的離散點坐標，其分布一般是不規(guī)則的，為了建立矩形格網(wǎng)，必須通過數(shù)學(xué)方法計算出新的規(guī)則格網(wǎng)結(jié)點的坐標（它不一定是地形的特征點）。格網(wǎng)結(jié)點坐標是DTM的構(gòu)成和應(yīng)用的基礎(chǔ)，其精度直接影響DTM的精度。因此，從離散點生成格網(wǎng)結(jié)點的插值算法必須最大限度地保持原始數(shù)據(jù)的精度，同時保持原始數(shù)據(jù)中地形特征的信息。

矩形格網(wǎng)點高程插值的過程就是根據(jù)給定的平面坐標P（x，y）利用鄰近的已知點作為參考點，計算出P點的高程。

（五）基于三角網(wǎng)的等高線繪制

利用DTM自動追蹤生成等高線，概括來說要經(jīng)過兩個步驟。首先根據(jù)數(shù)字地面模型的數(shù)據(jù)探求各條等高線上點子的平面坐標，然后用平滑的曲線將位于同一高程的諸點順序連成一條等高線。基于TIN繪制等高線直接利用原始觀測數(shù)據(jù)，因而等高線精度較高；而同一高程的等高線只穿過一個三角形最多一次，因而程序設(shè)計也比較簡單。現(xiàn)以不規(guī)則三角網(wǎng)為例，介紹等高線追蹤生成的過程。

（1）按順序判斷每一個三角形的三邊之二是否有等高線穿過。若三角形一邊的兩端點為P₁（x₁，y₁，H₁）、P₂（x₂，y₂，H₂），則

直至搜索到等高線與格網(wǎng)邊的第一個交點，稱該點為搜索起點，也是當前三角形的等高線進入邊。線性內(nèi)插該點的平面坐標（x，y）

式中 x、y——高程為H的等高線與某三角形交點的平面坐標。

（2）搜索該等高線在該三角形的離去邊，也是相鄰三角形的進入邊，并內(nèi)插其平面坐標。搜索與內(nèi)插方法與上面搜索起點的方法相同，不同的是僅對該三角形的另兩邊作處理。

（3）進入相鄰三角形，重復(fù)第2步，直至離去邊沒有相鄰三角形（此時等高線為開曲線）或相鄰三角形就是搜索起點所在的三角形（此時等高線為閉曲線）時為止。

（4）當一條等高線全部跟蹤完后，將其光滑輸出，然后繼續(xù)三角形的搜索，直至全部三角形處理完，再改變等高線高程，重復(fù)以上進程，直到完成全部等高線的繪制為止。

根據(jù)上述原理建立數(shù)字地面模型，追蹤繪制等高線的方法，一般在數(shù)字化測圖軟件中均以模塊形式編制程序，操作人員只需選取相應(yīng)菜單項，計算機將自動執(zhí)行程序，并輔以簡單的人工編輯，即可完成上述功能。如南方的CASS數(shù)字化成圖軟件繪制等高線的過程是：建立數(shù)字地面模型（構(gòu)建三角網(wǎng)）、修改數(shù)字地面模型（修改三角網(wǎng)）、繪制等高線（自動追蹤繪制等高線）、等高線的修飾（注記等高線等）。

四、地形圖的處理與輸出

野外采集的地物與地貌特征點信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后形成了圖形數(shù)據(jù)文件，其數(shù)據(jù)是以高斯直角坐標的形式存放的，而圖形輸出無論是在顯示器上顯示圖形，還是在繪圖儀上自動繪圖，都存在一個坐標轉(zhuǎn)換問題。另外，還有圖形的截幅、繪圖比例尺的確定、圖式符號注記及圖廓整飾等內(nèi)容，都是計算機繪圖不可缺少的內(nèi)容。

1.圖形截幅

因為在數(shù)字化地形測量中野外數(shù)據(jù)采集時采用全站儀等設(shè)備自動記錄或手工鍵入實測數(shù)據(jù)、信息等，大多并未在現(xiàn)場成圖，因此，對所采集的數(shù)據(jù)范圍應(yīng)按照標準圖幅的大小或用戶確定的圖幅尺寸，進行截取。對自動成圖來說，這項工作就稱為圖形截幅。首先根據(jù)四個圖廓點的高斯平面直角坐標，確定圖幅范圍；然后，對數(shù)據(jù)的坐標項進行判斷，將屬于圖幅矩形框內(nèi)的數(shù)據(jù)，以及由其組成的線段或圖形等，組成該圖幅相應(yīng)的圖形數(shù)據(jù)文件，而將圖幅以外的數(shù)據(jù)以及由其組成的線段或圖形，仍保留在原數(shù)據(jù)文件中，以供相鄰圖幅提取。

2.圖形的顯示與編輯

根據(jù)數(shù)據(jù)文件，將數(shù)據(jù)進行坐標轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)定位，利用各種基本繪圖命令及其有機的結(jié)合，編制程序，自動顯示圖形。對在屏幕上顯示的圖形，可根據(jù)野外實測的草圖或記錄的信息進行檢查，若發(fā)現(xiàn)問題，對其進行屏幕編輯和修改，同時按成圖比例尺完成各類文字注記、圖式符號以及圖名圖號、圖廓等成圖要素的編輯。經(jīng)檢查和編輯修改成為準確無誤的圖形，連同相應(yīng)的信息編碼保存在圖形數(shù)據(jù)文件中或組成新的數(shù)據(jù)文件，供自動繪圖時調(diào)用。

3.等高線的繪制

數(shù)字化測圖中生成等高線主要有兩種方法：①根據(jù)實測的離散高程點自動建立不規(guī)則的三角網(wǎng)數(shù)字高程模型，并在該模型上內(nèi)插等值點生成等高線；②根據(jù)已建立的規(guī)則格網(wǎng)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)點生成等高線。

由于不規(guī)則三角網(wǎng)數(shù)字高程模型點（三角形的頂點）全為實測的碎部點，地形特征數(shù)據(jù)得到充分利用，完全依據(jù)碎部點高程的原始數(shù)據(jù)插繪等高線，幾何精度高，且算法簡單，等高線和碎部點的位置關(guān)系與原始數(shù)據(jù)完全相符。因此，數(shù)字化測圖中生成等高線，多數(shù)采用建立不規(guī)則的三角網(wǎng)數(shù)字高程模型生成等高線。

4.繪圖儀自動繪圖

野外采集的地形信息經(jīng)數(shù)據(jù)處理、圖形截幅、屏幕編輯后，形成了繪圖數(shù)據(jù)文件，利用這些繪圖數(shù)據(jù)，即可由計算機軟件控制繪圖儀自動輸出地形圖。

繪圖儀作為計算機輸出圖形的重要設(shè)備，其基本功能是將計算機中以數(shù)字形式表示的圖形描繪到圖紙上，實現(xiàn)數(shù)（x、y坐標串）模（矢量）的轉(zhuǎn)換。

任務(wù)三 南方CASS測圖軟件

數(shù)字測圖軟件是數(shù)字測圖系統(tǒng)的關(guān)鍵。現(xiàn)在國內(nèi)測繪行業(yè)使用的數(shù)字測圖軟件較多，常用的有南方CASS軟件、清華山維EPSW測繪系統(tǒng)、武漢瑞得RDMS數(shù)字測圖系統(tǒng)等。這里主要介紹南方CASS軟件進行數(shù)字測圖的方法。

南方CASS軟件是廣州南方測繪儀器公司基于AutoCAD平臺開發(fā)的GIS前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要應(yīng)用于地形成圖、地籍成圖、工程測量應(yīng)用、空間數(shù)據(jù)建庫等領(lǐng)域。

一、CASS7.0的操作界面簡介

CASS7.0的操作界面主要分為以下幾部分：頂部下拉菜單、右側(cè)屏幕菜單、命令欄、狀態(tài)欄和工具條等，如圖9-17所示。每個菜單均以對話框或命令行提示的方式與用戶交互作答，操作靈活方便。

二、草圖法數(shù)字測圖

草圖法數(shù)字測圖工作過程：在外業(yè)使用全站儀測量碎部點三維坐標的同時，領(lǐng)圖員繪制草圖，草圖上的內(nèi)容包括：碎部點構(gòu)成的地物形狀、類型及碎部點點號（注意：應(yīng)與全站儀記錄的點號一致）。內(nèi)業(yè)利用CASS軟件，將全站儀內(nèi)存中的碎部點三維坐標傳輸?shù)接嬎銠C中，再根據(jù)野外繪制的草圖，在CASS中繪制地物和等高線。

（一）數(shù)據(jù)傳輸

使用數(shù)據(jù)線連接全站儀與計算機的COM口，設(shè)置好全站儀的通信參數(shù)（全站儀通信參數(shù)的設(shè)置方法請參考項目七任務(wù)四），在CASS7.0的“數(shù)據(jù)處理”菜單下選擇“讀全站儀數(shù)據(jù)”子菜單，彈出如圖9-18所示的對話框。選中相應(yīng)型號的全站儀，并設(shè)置與全站儀一致的通信參數(shù)，勾選“聯(lián)機”復(fù)選框，在對話框最下面的“CASS坐標文件：”的空欄中輸入想要保存的文件名，然后點擊“轉(zhuǎn)換”按鈕，CASS便彈出一個提示對話框，按提示操作，全站儀即可發(fā)送數(shù)據(jù)，CASS軟件將發(fā)送的數(shù)據(jù)保存在已設(shè)定好的數(shù)據(jù)文件中。

圖9-17 CASS7.0的操作界面

（二）內(nèi)業(yè)成圖

CASS軟件根據(jù)作業(yè)方式的不同，分為“點號定位”“坐標定位”“編碼引導(dǎo)”幾種方法。本任務(wù)以CASS自帶的坐標數(shù)據(jù)文件“C：\CASS70\DEMO\YMSJ.DAT”為例，介紹利用“點號定位法”和“坐標定位法”繪制地物的方法。

1.定顯示區(qū)，展野外測點點號

定顯示區(qū)的作用是根據(jù)輸入坐標數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)大小定義屏幕顯示區(qū)域的大小，以保證所有點可見。

首先移動鼠標至“繪圖處理”項，按左鍵，即出現(xiàn)如圖9-19下拉菜單。然后選擇“定顯示區(qū)”項，輸入碎部點坐標數(shù)據(jù)文件名，即完成定顯示區(qū)。隨后，移動鼠標至“繪圖處理”項，在圖9-19下拉菜單中，選擇“展野外測點點號”，便可以將碎部點展到屏幕上。

2.繪平面圖

根據(jù)野外作業(yè)時繪制的草圖，移動鼠標至屏幕右側(cè)菜單區(qū)選擇相應(yīng)的地形圖圖式符號，然后在屏幕中將所有的地物繪制出來。

圖9-18 數(shù)據(jù)通信菜單

圖9-19 數(shù)據(jù)處理下拉菜單

例如，根據(jù)草圖，由33、34、35號點連成一間普通房屋，4、5、6、7、8點連成小路，如圖9-21所示。

（1）用“點號定位法”繪制普通房屋。首先移動鼠標至右側(cè)菜單“坐標定位/點號定位”處，選擇“點號定位”。移動鼠標至右側(cè)菜單“居民地/普通房屋”處按左鍵，系統(tǒng)便彈出如圖9-20所示的對話框。再移動鼠標到“四點簡單房屋”的圖標處按左鍵，這時命令區(qū)提示：

圖9-20 “點號定位法”居民地對話框

已知三點/2.已知兩點及寬度/3.已知四點〈1〉：輸入1，回車（或直接回車默認選1）。

點P/〈點號〉輸入33，回車。

點P/〈點號〉輸入34，回車。

點P/〈點號〉輸入35，回車。

這樣，即將33、34、35號點連成一間簡單房屋。如圖9-21所示。

（2）用“坐標定位法”繪制小路。首先移動鼠標至右側(cè)菜單“坐標定位/點號定位”處，選擇“坐標定位”。移動鼠標至右側(cè)菜單“交通設(shè)施/其他道路”處按左鍵，在彈出的對話框中選擇“小路”，單擊“確定”按鈕，根據(jù)命令行的提示分別捕捉4、5、6、7、8五個點，按回車鍵結(jié)束，命令行提示：

擬合線〈N〉？

一般選擇擬合，輸入y，按回車鍵，完成小路的繪制，如圖9-21所示。

圖9-21 繪制完成的普通房屋和小路

三、等高線的繪制

在繪等高線之前，必須先將野外測的高程點建立數(shù)字地面模型（DTM），然后在數(shù)字地面模型上生成等高線。本任務(wù)以CASS自帶的坐標數(shù)據(jù)文件“C：\CASS70\DEMO\DGX.DAT”為例，介紹等高線的繪制過程。

（1）移動鼠標至屏幕頂部菜單“等高線”項，選擇“建立DTM”，出現(xiàn)圖9-22對話框。

首先選擇建立DTM的方式，分為兩種方式：由數(shù)據(jù)文件生成和由圖面高程點生成，如果選擇由數(shù)據(jù)文件生成，則在坐標數(shù)據(jù)文件名中選擇坐標數(shù)據(jù)文件；如果選擇由圖面高程點生成，則在繪圖區(qū)選擇參加建立DTM的高程點。然后選擇結(jié)果顯示，分為三種：顯示建三角網(wǎng)結(jié)果、顯示建三角網(wǎng)過程和不顯示三角網(wǎng)。最后選擇在建立DTM的過程中是否考慮陡坎和地形線。點擊確定后生成如圖9-23所示的三角網(wǎng)。

（2）修改數(shù)字地面模型 （修改三角網(wǎng)）。一般情況下，由于地形條件的限制在外業(yè)采集的碎部點很難一次性生成理想的等高線，如樓頂上控制點。另外還因現(xiàn)實地貌的多樣性和復(fù)雜性，自動構(gòu)成的數(shù)字地面模型與實際地貌不太一致，這時可以通過修改三角網(wǎng)來修改這些局部不合理的地方。

圖9-22 選擇建模高程數(shù)據(jù)文件

圖9-23 用DGX.DAT數(shù)據(jù)建立的三角網(wǎng)

CASS軟件提供的修改三角網(wǎng)的功能有：刪除三角形、增加三角形、過濾三角形、三角形內(nèi)插點、刪三角形頂點、重組三角形、刪三角網(wǎng)、修改結(jié)果存盤等，根據(jù)具體情況可對三角網(wǎng)進行修改，并將修改結(jié)果存盤。

（3）繪制等高線。用鼠標選擇“等高線”下拉菜單的“繪制等高線”項，彈出如圖9-24所示對話框。根據(jù)需要完成對話框的設(shè)置后，單擊確定按鈕，CASS開始自動繪制等高線，如圖9-25所示。最后在“等高線”下拉菜單中選擇“刪三角網(wǎng)”。

圖9-24 繪制等高線對話框

圖9-25 CASS軟件繪制的等高線

（4）等高線的修飾。CASS軟件提供了以下等高線的修飾功能：注記等高線，等高線修剪，切除指定二線間等高線，切除指定區(qū)域內(nèi)等高線，等值線濾波等。利用這些功能，可以給等高線加注記、切除穿注記和建筑物的等高線。

四、地形圖的整飾

下面以CASS自帶的數(shù)據(jù)文件“C：\CASS70\DEMO\STUDY.DWG”為例，介紹常用的添加注記和圖框的方法。

1.添加注記

首先在需要添加文字注記的位置繪制一條擬合的多功能復(fù)合線，然后用鼠標左鍵點取右側(cè)屏幕菜單的“文字注記”項，在彈出的菜單中選擇“注記文字”，彈出如圖9-26（a）的對話框。在注記內(nèi)容中輸入“經(jīng)緯路”并選擇注記排列和注記類型，輸入文字大小確定后選擇繪制的擬合的多功能復(fù)合線即可完成注記，如圖9-26（b）所示。

圖9-26 文字注記

2.加圖框

用鼠標左鍵點擊“繪圖處理”菜單下的“標準圖幅（50×40）”，彈出如圖9-27的界面。在“圖名”欄里，輸入“建設(shè)新村”；分別輸入“測量員”“繪圖員”“檢查員”各欄的內(nèi)容；在“左下角坐標”的“東”“北”欄內(nèi)分別輸入“53073”“31050”；在“刪除圖框外實體”欄前打鉤，然后按 “確認”。

圖9-27 圖幅整飾對話框

任務(wù)四 水下地形的測繪

水下地形測量是指測繪水體覆蓋下的地形測量工作，包括測深、定位、判別底質(zhì)和繪制地形圖等。水下地形點的平面位置和高程也不像陸地上地面點那樣可以直接測量，而必須通過水上定位和水深測量進行確定。在深水區(qū)和水面很寬的情況下，水深測量和測深點平面位置的確定是一項比較困難的工作，需要采用特殊的儀器設(shè)備和觀測方法。

一、水位觀測

水位即水面高程。水下地形點的高程是根據(jù)測深時的水位減去水深求得的，因此，測深時必須進行水位觀測。這種測深時的水位稱為工作水位。

圖9-28 水尺

在進行水下地形測量時，如果作業(yè)時間很短，河流水位又比較穩(wěn)定，可以直接測定水邊線的高程作為計算水下地形點高程的起算依據(jù)。如果作業(yè)時間較長，河流水位變化不定時，則應(yīng)設(shè)置水尺隨時進行觀測，以保證提供測深時的準確水面高程。

水尺一般用搪瓷制成，長1m，尺面刻劃與水準尺相同。設(shè)置水尺時，先在岸邊水中打入一個長木樁，樁側(cè)釘上水尺，使水尺零點浸入水面以下0.3～0.5m，尺面?zhèn)认虬哆呉员阌^測，如圖9-28所示，水尺零點的高程從鄰近水準點用四等水準測量引測。

水位觀測時將水面所截的水尺讀數(shù)加上水尺零點高程即為水位。

二、測深工具

水深即水面至水底的垂直距離。為了求得水下地形點的高程，須進行水深測量。水深測量常用的工具有測深桿、測深錘和回聲測深儀等。

（一）測深桿

一般用長6～8m、直徑5cm左右的竹竿制成，從桿的底端起，以不同顏色相間標出每分米分劃，每1m處都有注記。底部有一直徑10～15cm的鐵制底盤，用以防止測深時測桿下陷而影響測深精度如圖9-29所示。測深桿宜在水深5m以內(nèi)，流速小于1.0m／s的水域。測深中誤差為±0.10m左右。測深時，將測桿斜向上游插入水中，當桿端到達河底且與水面成垂直時讀取水面所截桿上讀數(shù)，即為水深。

（二）測深錘

圖9-29測深桿

圖9-30測深錘

由重約4～8kg的鉛錘和長約10m左右的測繩組成如圖9-30所示。鉛錘底部通常有一凹槽，測深時在槽內(nèi)涂上牛油，可以粘取水底泥沙，借以判明水底泥沙性質(zhì)，驗證測錘是否到水底。測繩由纖維制成，以分米為間隔，系有不同顏色的分米標記；在整米處扎以皮條，注記米數(shù)。測深錘適用于水深10m以內(nèi)，流速小于1m/s時的水域，測深中誤差為±0.15m左右。

（三）回聲測深儀

1.構(gòu)造和工作原理

回聲測深儀是根據(jù)超聲波能在均勻介質(zhì)中勻速直線傳播，遇到不同介質(zhì)面則產(chǎn)生反射的特性設(shè)計制造的一種測深儀器，主要由激發(fā)器、換能器、放大器、記錄顯示設(shè)備和電源等部件組成如圖9-31所示。由激發(fā)器產(chǎn)生的電脈沖經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換為超聲波發(fā)射到水底，聲波從水底反射回來又被換能器接收轉(zhuǎn)換為電脈沖。從聲波發(fā)射到接收這段時間t，由發(fā)聲脈沖信號和收聲脈沖信號推動記錄器進行記錄，并根據(jù)聲波在水中的傳播速度v自動轉(zhuǎn)換為水深h，以數(shù)字形式或圖像形式顯示出來。聲速v、往返時間t與水深h的關(guān)系為

圖9-31 測深儀原理

聲波在水中的傳播速度隨水的溫度、鹽度和壓力而變化。常溫時，淡水中的聲速為1450m/s，海水中聲速的典型值為1500m/s。在施測前要對儀器進行率定，計算時作必要的修正。回聲測深儀適用于水深大于3m，流速較大水域面積寬闊的地區(qū)，測深中誤差為±0.20m左右。

2.測深儀的類型

回聲測深儀的類型很多，通常分為記錄式和數(shù)字式兩類。

記錄式利用記錄筆按設(shè)定的速度恒速旋轉(zhuǎn)，當筆尖轉(zhuǎn)至零點位置時，發(fā)射聲脈沖；當此脈沖從水底反射回到接收換能器時，記錄筆呈現(xiàn)高電位，使電敏記錄紙出現(xiàn)黑跡點。隨測船連續(xù)航行，記錄紙上繪出深度的斷面圖形，深度可按記錄的時間加改正值求得。

數(shù)字式則利用計數(shù)脈沖記錄從聲脈沖發(fā)射至返回這段時間的脈沖數(shù)，按公式計算深度并用數(shù)碼管顯示。

三、水下地形點的布設(shè)方法與密度

水下地形測量是在陸地控制測量基礎(chǔ)上進行的。

（一）水下地形點的密度要求

由于不能直接觀察水下地形情況，只能依靠測定較多的水下地形點來探索水下地形的變化規(guī)律。因此，通常須保證圖上1～3cm有一個水下地形點。沿河道縱向可以稍稀，橫向應(yīng)當較密；中間可以稍稀，近岸應(yīng)當稍密，但必須探測到河床最深點。

圖9-32 散點法船行路線

（二） 水下地形點的布設(shè)方法

1.斷面法

按水下地形點的密度要求，沿河布設(shè)橫斷面，斷面方向盡可能與河道主流方向垂直。

2.散點法

水面流速較大時，一般采用散點法。此時，測船不斷往返斜向航行，每隔一定距離測定一點，如圖9-32所示：先由1順水斜航至2，再由2順水斜航至7；然后自7沿岸逆航至3，再由3順水斜航至4……如此連續(xù)進行，在每條斜航路線上以盡快地觀測速度測定一些水下地形點。

四、施測方法

（一）斷面索法

先在斷面方向靠兩岸水邊打下定位樁，在兩樁間水平地拉一條斷面索，以一個定位樁作為斷面索的零點，從零點起每隔一定間距系一布條，在布條上注明至零點的距離。根據(jù)索上的距離加上定位樁至斷面基點的距離即得水深點至基點的距離，或用經(jīng)緯儀測得在斷面索上標定的各點位置；測深船沿斷面索測深。斷面索法定位精度較高，但這種方法效率低，設(shè)置懸空斷面索費工費時，河道寬了則不易設(shè)置斷面索，在平原河流和沿海水域是不予采用的。

（二）經(jīng)緯儀視距法

如同測陸地地形點一樣，采用極坐標法定位靈活方便，當測船沿斷面方向駛到一定位置需測水深時，即將船穩(wěn)住，豎立水準尺，用視距測量方法測定其距離，可即時展點上圖，隨測隨繪。但應(yīng)根據(jù)不同測圖比例尺，嚴格控制視距長度，而且要求水流平緩、船速較慢，才能讀準位于測船上的標尺。因此，僅限于小測區(qū)范圍使用。

（三）全站儀定位法

在岸上用全站儀跟蹤安裝在測量船上的全向反光棱鏡（若無此條件，可由一人手持單向棱鏡，隨時對準測站，效果相同），得到棱鏡點的坐標，解析法上圖。其定位精度大為提高，此外，只要在測距儀的有效測程內(nèi)并互相通視的情形下，就可施測。這就大大減少了布設(shè)更多控制點的工作量，減少了搬站次數(shù)，也減少了前方交會法存在的盲區(qū)，投入的人力、儀器也少多了。這種方法在沿海地區(qū)測量更顯優(yōu)勢，一般只要在海岸邊和島嶼上設(shè)少量測站點即可完成一大片海域水深點定位工作。

（四）GPS法

1.GPS測量模式

采用GPS+計算機（含數(shù)據(jù)處理軟件）+數(shù)字測深儀的測量模式，通過GPS的RTK功能（即實時載波相位差分技術(shù)，是實時處理兩個測點載波相位觀測量的差分方法）獲得水面點的平面坐標及高程，通過測深儀獲得該點處的水深，最終解算出與該點垂直對應(yīng)的水下地形點的三維坐標。

2.設(shè)備選擇

一般來說，雙頻GPS接收機相比單頻接收機可以提供更為快速、更為精確、可靠的解算，是水下地形測量的理想選擇，比如瑞士Leica 1200、美國Trimble 5800、南方公司的靈銳S80等。

測深儀的測深精度與測深儀的固有誤差、水深、水溫、鹽度等因素有關(guān)，主要誤差源在于深度比例誤差，因而在選擇設(shè)備時，應(yīng)盡量選擇大量程、高靈敏度的測深儀。例如，中海達公司的HD系列數(shù)字測深儀，海鷹公司的SHD-13D、HY1600單頻測深儀，南方公司的SDE系列測深儀等。

為實時記錄數(shù)據(jù)，還需配備計算機，考慮到攜帶，選擇輕巧的掌上電腦PDA為宜，同時安裝相應(yīng)的軟件，通過數(shù)據(jù)線連接GPS和測深儀，同時記錄GPS和測深數(shù)據(jù)。PDA品牌較多，價格相差較大，考慮到水下測量的實際需求，中下檔次的PDA即可。至于軟件，可以選擇中海達公司的海洋測量系列軟件等。

3.儀器參數(shù)設(shè)置

測量之前應(yīng)對儀器進行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，GPS除了參考站和流動站的一般設(shè)置外，還要確保流動站與PDA通信的端口處于打開狀態(tài)，并設(shè)置歷元輸出速率，一般為0.1s。

測深儀需輸入吃水深度、聲速以及選擇合適的量程檔位等。吃水深度可以直接量取，而聲波在水中的傳播速度，隨海水的溫度、鹽度和水中壓強而變化。在海洋環(huán)境中，這些物理量越大，聲速也越大，常溫時海水中的聲速的典型值為1500m/s，淡水中的聲速為1450m/s。所以在使用回聲測深儀之前，應(yīng)根據(jù)當時水域的物理特征對儀器聲速值加以校正。

在PDA中，不同的數(shù)據(jù)處理軟件參數(shù)設(shè)置也不盡相同，一般先設(shè)置正確的GPS、測深儀類型及兩者與PDA的通信端口，設(shè)置包括波特率、字節(jié)長度等在內(nèi)的通信參數(shù)，其次選擇正確的參考橢球坐標系等，最后還有水面至GPS天線距離、數(shù)據(jù)的記錄間距等。

4.測量注意事項

（1）測量過程中，GPS流動站要保持RTK的固定解，因此流動站和參考站可以跟蹤到相同的衛(wèi)星必須4顆以上。

（2）船在航行過程中，水深一般會均勻變化，若測深儀數(shù)據(jù)起伏較大，要及時檢查。例如，在有水草的水域中，測深儀探頭容易掛上水草或垃圾，這時測深儀數(shù)據(jù)不穩(wěn)，甚至閃爍不停，應(yīng)該及時清理掉這些阻攔物。

（3）測量過程中，由于在水上航行，尤其水域較大時，沒有明顯的參照物，很難憑肉眼控制船的航行軌跡，而PDA上的數(shù)據(jù)記錄軟件可實時顯示船體的航行位置及軌跡，故可憑此控制船體航行軌跡，在地勢變化小、相對平坦的地方，適當放寬測量線路的間距；反之，需加密測量線路。

（4）在PDA數(shù)據(jù)記錄軟件上，可以顯示水面高程、水深、固定解衛(wèi)星數(shù)、平面坐標等即時數(shù)據(jù)，留意這些數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，出現(xiàn)異常時才能及時發(fā)現(xiàn)問題，并采取相應(yīng)措施。

習(xí)題

1.地形測量如何選擇地物和地貌特征點？

2.傳統(tǒng)方法測繪地形圖的準備工作有哪幾項？怎樣展點并檢查展點的正確性？

3.簡述經(jīng)緯儀測繪法進行測圖的主要步驟。

4.計算表9-6中各碎部點的水平距離和高差。

5.數(shù)字化測圖有哪些特點？簡述大比例尺數(shù)字化測圖的作業(yè)過程。

圖9-33 某地形圖

6.何謂數(shù)字地面模型？數(shù)字地面模型是如何建立的？

7.簡述利用南方CASS軟件的“點號定位法”繪制地物的方法。

8.簡述利用南方CASS軟件繪制等高線的過程，并利用CASS自帶的坐標數(shù)據(jù)文件dgx.dat，繪制等高線，以及注記計曲線。

9.簡述回聲測深儀的工作原理。

10.如何測繪水下地形圖？

11.按圖9-33所給地形點的高程和地形線的位置（實線為山脊，虛線為山谷）描繪等高線，規(guī)定等高距為10m。