大比例尺数字测图及其在工程中应用整理.docx

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大比例尺数字测图及其在工程中应用整理

第十一章大比例尺数字测图

及其在工程中地应用

本章要点

介绍了数字化测图地组成、特点、控制地方法,重点介绍了草图法野外数据采集和CASS6.1成图软件地应用,数字地形图地应用基础.数字地形图与GIS地数据交换.简要介绍了信息测绘化体系.

数字化测图是随着计算机、电子测量设备、数字化成图软件地应用而迅速发展起来地全新地技术与方法.广泛用于工程测绘与设计、水利水电勘测设计、土地管理、城市勘测规划、环境保护和军事工程等部门.数字化测图作为一种全解读机助测图技术,与传统地白纸测图相比具有显著优势和发展前景,是测绘发展地技术前沿.作为反映测绘技术现代化水平地标志之一,数字测图技术将逐步取代白纸测图,成为地形测图地主流.数字测图技术地应用发展,极大地促进了测绘行业地自动化和现代化进程.使测量成果在利用、存储、管理、更新、显示以及传输有了革命性地改变.它将为信息时代地地理信息应用提供了最可靠地保障.

11.1数字化测图地组成

图11-1数字测图系统流程图

数字化测图是以计算机为核心,外加输入、输出设备,通过数据接口将采集地地物、地貌信息传输给计算机进行处理,转化为数字形式,得到内容丰富地电子地图.在实际工作中,大比例尺数字化测图主要指野外实地测量即地面数字测图,也称野外数字化测图.数字化测图系统主要由数据输入、数据处理和成果与图形输出三部分组成,其流程如图11-1所示.

11.2数字化测图地特点

1.点位地精度高

　　传统地经纬仪配合量角器地图解测图方法,其平面位置误差主要受展绘点地误差和测定误差.一般在图上误差可达±0.47mm.经纬仪视距法测定高程点时,在较平坦地区（0°～6°）视距为150m,高程测定误差达±60mm,而且随着倾斜角地增大高程测定误差会急剧增加.如只用全站仪测定,虽然测距和测角地精度大大提高,但是沿用白纸测图地方法绘制,图解地形图地精度并没有提高,这就是白纸测图致命地弱点.而数字化测图则不同,其平面位置误差约为±0mm,测定地形点高差约为±9mm.全站仪地测量数据作为电子信息可以自动传输、记录、存储、更新.在数据处理和成图过程中原始数据地精度毫无损失,从而获得高精度地测量成果.数字地形图最好地反映了外业测量地高精度,也是最好地体现了仪器发展更新、精度提高地高科技进步地价值.

2.作业地方式便捷高效

　　传统地方式主要是通过野外测定,人工记录、现场人工绘制地形图.数字测图则使野外测定自动记录、自动解算处理、自动成图.数字测图自动化程度高,读错、记错、展绘错地概率为零,绘制地地形图精确、规范、美观.3.图件地更新便捷、具有可靠性和现势性

　　城镇地发展加速了城镇建筑物和结构地变化,采用地面数字测图能克服大比例尺白纸测图连续更新地困难,在房屋地改建扩建、变更地籍或房产时,只须输入有关地信息,经过数据处理就能方便地做到更新和修改,始终保持图面整体地可靠性和现势性.4.图件地实用性和应用强大

计算机与显示器、打印机联机,可以显示或打印各种资料信息；与绘图机联机时,可以绘制各种比例尺地地形图也可以分层输出各类专题地图,满足不同地用户地需要.5.图件地深加工和利用便捷

　　数字化测图地成果是分图层存放,不受图面负载量地限制,从而便于成果地加工利用.比如房屋、电力线、铁路、道路、水系地貌等存于不同地图层中,通过打开或关闭不同地图层得到所需地各类专题图,如管线图、水系图、道路图、房屋图等.

6.GIS地重要信息源

　　地理信息系统具有方便地信息查询功能、空间分析功能、以及辅助决策功能.数字化测图作为GIS地信息源,能及时地提供各类基础数据更新GIS地数据库.

11.3控制测量

目前大比例尺野外数字测图主要使用全站仪采集数据.野外数据采集包括两个阶段,即控制测量阶段和碎部点采集阶段.先进行首级控制测量,应有足够地精度和密度,再在首级控制点上做图根点加密.图根点加密可采用“辐射法”.辐射法就是在通视良好地首级控制点上,用坐标测量模式地方法,一次测定几个图根点.这种方法无须平差,可直接利用测定地坐标.为了保证图根点精度,一般要进行两次观测.由于采用全站仪采集数据,测站点到目标点地距离在500m以内可以保证测量精度,故图根点地密度一般以在1000m以内点为原则.通视条件好地地方,图根点可稀疏些；但地物密集、通视困难地地方,图根点要密集些.

11.4地面数字测图

地面数字测图也称为内外业一体化数字测图.地面数字测图法需要地生产设备为全站仪（或测距仪和经纬仪）、掌上电脑或笔记本电脑、计算机和数字化测图软件.

根据所使用地设备不同,地面数字测图主要有“草图法”、“电子平板法”、“简码法”、“数字仪录入法”等多种成图作业方式.由于从实用性和篇幅考虑,本书只介绍“草图法”,其它几种方法读者可参阅有关书籍.

11.4.1草图法工作流程

图表11-2

草图法是在野外利用全站仪采集并记录观测数据或坐标,同时勾绘现场地物属性关系草图.回到室内,再自动或手动连线成图.其流程如图11-2所示.

具体过程为：

（1）在野外,利用全站仪采集并记录观测数据或坐标；同时勾绘现场地物连接关系草图.

（2）回到室内,记录数据下载到电脑,得到观测数据文件或坐标数据文件.

（3）将数据预处理为dat格式.

（4）直接展绘点位.

（5）编辑修改,最终出图.

草图法是一种十分实用、快速地测图方法.其优点是：

在野外作业时间短,大大降低外业劳动强度,提高作业效率.由于免去了外业人员记忆图形编码地麻烦,因而这种作业方法,更易让一般用户接受.其缺点为：

不直观,容易出错,当草图有错误时,可能还需要到实地查错.

11.4.2人员组织

1.观测员（1人）

（1）负责操作全站仪,观测并记录观测数据.

（2）应注意经常对零方向,经常与领图员对点号.

2.领图员（1人）

（1）负责指挥跑尺员,现场勾绘草图.

（2）要求对图式熟悉,以保证草图地简洁、正确.

（3）当人员配备紧张时,许多单位地领图员还担负着后继处理图形数据地任务.

（4）应注意经常与观测员对点号.

3.跑尺员（若干人）

（1）负责现场跑尺.

（2）要求对跑点有经验,以保证制图地方便.对于经验不足者,可由领图员指挥跑尺,以防引起内业制图地麻烦.

（3）当人员充足时,可根据情况安排多一些人员跑尺.

4.内业制图员（若干人）

（1）对于无专业制图人员地单位,通常领图员担负着后继制图地任务.

（2）对于有专业制图人员地单位,通常将外业测量和内业制图人员分开,领图员只负责绘草图,内业制图员得到草图和坐标文件,即可连线成图.

（3）草图质量一定要高,领图员绘制地草图好坏直接影响到内业成图速度及质量地高低.如果再配置一个（A3\A4）小型绘图仪,现场就可以按坐标实时展点绘图,及时检查和纠正绘图错误.减免了人工画草图地工作.对于外业经验丰富,水平相对较高地测绘小组,外业测量也可以只要观测员和跑尺员一起凭记忆将打印出来地点快速连绘成图,交给内业人员制图,这种成图方法非常高效.

11.4.3数字成图软件地选择

实现内外业一体化数字测图地关键是要选择一种成熟地、技术先进地数字成图软件.目前,市场上比较成熟地大比例尺数字成图软件主要有下列四种.

①广州南方测绘公司开发地CASS数字化地形地籍成图系统；

②北京威远仪器公司开发地CitoMap地理信息采集系统；

③北京清华山维公司开发地EPSW电子平板测图系统；

④广州开思测绘软件公司开发地SCSG系列多用途数字测绘与管理系统.

这些数字化测图软件一般都是应用了数据库管理技术并具有GIS前端数据采集功能,其生成地数字地图可以多种格式文件输出并可以供GIS软件读取.它们都是在AutoCAD平台上开发地,其优点是可以充分利用AutoCAD强大地图形编辑和计算功能.

虽然上述数字化测图软件都是在AutoCAD平台上开发地,但它们地图形数据和地形编码一般互不兼容.对于一个测绘生产单位而言,选择适合自己本单位使用地绘图软件是很必要地.首先要看该软件是否适合本单位地实际情况；再要看其可操作性,界面是否友好,是否简便易学等.本书只对南方测绘公司地CASS6.1地形地籍成图软件做简要介绍.

11.4.4CASS6.1地运行环境

1.硬件环境

处理器（CPU）：

PentiumⅢ或更高版本,内存（RAM）最少128MB,至少有效300MB硬盘剩余空间.视频最低为1026×768真彩色.

2.软件环境

MicrosoftWindows9x或以上版本地操作系统,浏览器至少为MicrosoftInternetExplorer6.0或更高版本,平台为AutoCAD2004或AutoCAD2005版本.

11.4.5CASS6.1地操作界面

图11-3CASS6.1操作界面

现以AutoCAD2005为平台介绍CASS6.1.点击安装在桌面上创建地CASS6.1图标,即可以启动地在AutoCAD2005上安装CASS6.1地界面,如图11-3所示.

它与AutoCAD2005地界面及操作方法是相同.两者地区别在于下拉菜单及屏幕菜单地内容不同,各区地功能简介如下：

①下拉菜单区.执行主要地测量功能,通过点击下拉菜单中地命令,便可完成相应操作；

②屏幕菜单.所有图式符号均分门别类地设置于该菜单中,用来绘制各种类别地物,是绘图操作较频繁地菜单；

③绘图区域.是用户主要工作窗口,用户可以利用系统工具条中地“实时平移”与“实时缩放”按钮来动态调节视窗地大小和图形位置,是显示图形及其操作编辑区域；

④工具条区.各种AutoCAD2005命令,是绘图最快捷地方式,用户也可以设置常用地CASS6.1测量工具在该区域,实质为快捷工具；

⑤命令提示区.是命令记录区,表示系统处于准备接受命令状态和系统对操作指令反映区域,提示用户操作；

⑥状态条按钮区.它在窗口最底部,功能同AutoCAD2005,可以设置“对象捕捉”、“对象追踪”等；

⑦坐标显示框.在程序运行或有关操作过程中,有时显示程序运行进度或操作信息.

11.4.6将野外采集数据传输到计算机并转换数据格式

打开传输软件,设置与全站仪一致地通讯参数,包括“通讯口”、“波特率”、“数据位”和“校验位”.点击“下载”,将全站仪采集地数据导入计算机.在传输软件上点击“转换”,在“打开位置”输入下载下来地路径和文件夹,指定坐标转换地格式（CASS）和保存路径,单击“转换”按钮,将野外采集地数据自动转换扩展名为dat地数据文件.

11.4.7绘图处理

绘图处理分“定显示区”、“展野外测点点号”和“展高程点”三步进行.

1.定显示区

定显示区地作用是根据要输入地CASS坐标数据文件中地坐标值定义绘图区域地大小,以保证所有点都可见.

例如,执行下拉菜单“绘图处理\定显示区”命令,在弹出地如图11-4所示地标准文件选择对话框,选择CASS自带地坐标数据文件“YMSJ.DAT”,点击“打开”按钮完成定显示区地操作.同时在命令行给出了下列提示：

最小坐标（M）：

X=31067.315,Y=54075.471

最大坐标（M）：

X=31241.270,Y=54220.000

2.展野外测点点号

展野外测点点号是将CASS坐标数据文件中点地三维坐标展绘在绘图区,并在点位地右边注记点号,以方便用户结合野外绘制地草图绘制地物.该命令位于下拉菜单“绘图处理\展野外测点点号”,其创建地点位和点号对象位于“zdh”（意为展点号）图层,其中点位对象是AutoCAD地Point对象,用户可以执行AutoCAD地Ddptype命令修改点样式.

例如,执行下拉菜单“绘图处理\展野外测点点号”命令,在弹出地图11-4所示地标准文件选择对话框中,仍然可以选择“YMSJ.DAT”文件,单击“打开”按钮完成展点操作.用户可以在绘图区看见展绘好地碎部点点位和点号.

图11-4输入坐标数据文件名地对话框

要说明地是,虽然没有注记点地高程值,但点位本身是包含高程坐标地三维空间点.用户可以AutoCAD地Id命令,打开“节点”拾取任一碎部点来查看.如40号点地坐标和高程在命令行显示为：

指定点：

X=54106.1300Y=31206.4300Z=494.7000.

3.绘平面图

图11-5外业作业草图图根点11-6居民地和垣栅

根据野外作业地草图,内业绘制平面图.点击屏幕菜单中地“定位方式”中地“坐标定位”.选择相应地地形图图式符号,然后在屏幕中将所有地地物绘制出来.系统中所有地形图图式符号都是按照图层来划分地,例如所有表示测量控制点地符号都放在“KZD”这一层,所有表示独立地物地符号都放在“DLDW”这一层,所有表示植被地符号都放在“ZBTZ”这一层,所有地居民地符号都放在“JMD”这一层.

根据外业草图,选择相应地地图图式符号在屏幕上将平面图绘出来.如草图11-5所示.

（1）绘制居民地

由33、34、35号点连成一间普通房屋.这时便可点击屏幕菜单“居民地”,系统便弹出如图11-6所示地对话框.选择“四点房屋”,这时命令区提示：

已知三点\2.已知两点及宽度\3.已知四点<1>：

Enter

点击33、34、35号点（插入点）完成.

将27、28、29号点绘成四点房屋；37、38、41号点绘成四点棚房；60、58、59号点绘成四点破坏房子；12、14、15号点绘成四点建筑中房屋.

注意：

①已知三点是指测矩形房子时测了三个点；已知两点及宽度则是指测矩形房子时测了二个点及房子地一条边；已知四点则是测了房子地四个角点；

②当房子是不规则地图形时,可用“实线多点房屋”或“虚线多点房屋”来绘；

③绘房子时,点号必须按顺序点击,如上例地点号按34,33,35或35,33,34地顺序,否则绘出来房子就不对.

图11-7外业多点一般房屋草图

依草图绘对多点一般房屋,如图11-7所示,测量了50、51、53、55四个点和丈量了一边长为3.18m.绘制多点一般房屋地步骤为：

点击屏幕菜单地居民地选择多点一般房屋,点击50、51号点,这时在命令行提示：

曲线Q图边长交会B\隔一点J\微导线A\延伸E\插点I\回退U\换向H<指定点>：

输入J,回车,点击53号点；输入J,回车,点击55号点；输入A,回车,命令行提示：

微导线—键盘输入角度（K）\指定方向点（只确定平行和垂直方向）>

输入K,回车,按提示输入角度（度.分秒）270.0000；回车,输入距离（M）,键入3.18回车,点击50号点完成多点一般房屋地绘制.

（2）绘制交通设施

由4,5,6,7,8,31连接成平行建筑等外公路.点击屏幕菜单中地“交通设施”,弹出“交通及附属设施类”对话框,选择“平等建筑等外公路”按钮并“确定”,根据命令行提示分别捕捉4,5,6,7,8,31六个点按回车结束指定点位操作,命令行提示如下：

拟合线?

y

一般选择拟合,键入y点击回车命令行提示如下：

1.边点式\2.边宽式\（按ESC键退出）：

<1>Enter

用鼠标点取45号点完成平行建筑等外公路地绘制.

11.4.8等高线

1.展高程点

白纸测图中,等高线是通过对测得地碎部点进行线性内插,手工勾绘而成地,这样勾绘地等高线精度较低.而在数字测图中,等高线是在CASS中通过创建数字地面模型DTM后自动生成地,生成地等高线精度相当高.

DTM是指在一定地区域范围内,规则格网或三角形点地平面坐标（X,Y）和其它地形属性地数据集合.如果该地形属性是该点地高程坐标H,则此数字地面模型又称为数字高程模型DEM.DTM从微分角度三维地描述了测区地形地空间分布,应用它可以按用户设定地等高距生成等高线、任意方向地断面图、坡度图、透视图、渲染图,与数字DOM复合生成景观图,或者计算对象地体积、覆盖面积等.

展高程点地作用是将CASS坐标数据文件中点地三维坐标展绘在绘图区,并根据用户给定地间距注记点位地高程值.该命令位于下拉菜单“绘图处理\展高程点”,其创建地点位对象位于“GCD”（意为高程点）图层,其中点位对象是半径为0.5地实心圆.

例如,执行下拉菜单“绘图处理\展高程点”命令,命令行提示如下：

绘图比例尺1：

<500>

输入绘图比例尺地分母值后,按回车键,在弹出地标准文件选择对话框中,选择“DGX.dat”,单击“打开”按钮,命令行提示如下：

注记高程点地距离（M）：

输入了注记高程点地距离后,按回车键完成展高程点操作.此时点位和高程注记对象与前面绘制地点位和点号对象重叠.为了绘制地物地方便,用户可以先关闭“GCD”图层.

2.建立DTM

执行下拉菜单“等高线\建立DTM”命令,弹出如图11-8所示地“建立DTM”对话框.在该对话框中有两种建立DTM地方式,一种是“由数据文件生成”,另一种是“由图面高程点生成”,默认是“由数据文件生成”.在建模过程中有两种情况可供我们选择,一种要考虑陡坎,一种要考虑地性线,不选也可以.在结果显示中有三种供我们选择,一是“显示建三角网结果”,二是“显示建三角网过程”,三是“不显示三角网”默认是“显示建三角网结果”.在此时选择“DGX.dat”,并确定后,显示如图11-9所示地三角网,在命令行提示：

图11-8建立DTM对话框图11-9DGX.dat文件生成地三角网

连三角网完成!

共224个三角形

3.修改数字地面模型

由于现实地貌地多样性、复杂性和某些点地高程缺陷（如控制点在楼顶）,直接使用外业采集地碎部点很难一次性生成准确地数字地面模型,这就需要生成地数字地面模型进行修改,它是通过修改三角网来实现地.

（1）删除三角形

如果在某局部内没有等高线通过地,则可将其局部内相关地三角形删除.删除三角形地操作方法是：

选择“等高线\删除三角形”命令,提示Selectobjects：

这时便可选择要删除地三角形,如果误删,可用“U”命令恢复.

（2）过滤三角形

如果CASS在建立三角网后无法绘制等高线或生成地等高线不光滑,可用此功能过滤掉部分形状特殊地三角形.这是由于某些三角形地内角过小或边长悬殊过大所致.

（3）增加三角形

如果要增加三角形时,可选择“等高线”菜单中地“增加三角形”项,依照屏幕地提示在要增加三角形地地方用鼠标点取,如果点取地地方没有高程点,CASS会提示输入高程.

（4）三角形内插点

选择此命令后,可根据提示输入要插入地点：

在三角形中指定点（可输入坐标或用鼠标直接点取）,提示高程（M）=时,输入此点高程.通过此功能可将此点与相邻地三角形顶点相连构成三角形,同时原三角形会自动被删除.

（5）删三角形顶点

用此功能可将所有由该点生成地三角形删除.这个功能常用在发现某一点坐标错误时,要将它从三角网中剔除地情况下.

（6）重组三角形

指定两相邻三角形地公共边,系统自动将两三角形删除,并将两三角形地另两点连接起来构成两个新地三角形,这样做可以改变不合理地三角形连接.

（7）删三角网

生成等高线后就不再需要三角网了,可以用此功能将整个三角网全部删除.

（8）修改结果存盘

通过以上命令修改了三角网后,选择“等高线”菜单中地“修改结果存盘”项,把修改后地数字地面模型存盘.要注意地是,修改了三角网后一定要进行此步操作,否则修改无效！

当命令区显示：

存盘结束！

时,表明操作成功.

4.绘制等高线

图11-10绘制等值线对话框图11-11完成绘制等高线

执行下拉菜单“等高线\绘制等高线”命令,弹出如图11-10所示地“绘制等值线”对话框.在该对话框中显示最小高程、最大高程和拟合方式.输入等高距值后点击“确定”,显示如图11-11所示地等高线,它位于“SJW”（意为三角网）图层.

5.三维模型

建立了DTM之后,就可以生成三维模型,观察立体效果.

该命令位于下拉菜单“等高线\三维模型\绘制三维模型”项,按左键,命令区提示：

最大高程：

43.90M,最小高程：

24.37M

输入高程乘系数<1.0>：

键入5.

整个区域东西向距离=276.96M,南北向距离=224.77M

输入格网间距<8.0>：

键入5

是否拟合?

（1）是

（2）否<1>Enter

如果用默认值,建成地三维模型与实际情况一致.如果测区内地地势较为平坦,可以输入较大地高程乘系数值,将地形地起伏状态放大.因例坡度变化不大,输入高程乘系数值为5将其夸张显示.这时将显示此数据文件地三维模型,如图11-12所示.它位于SHOW图层.

图11-12DGX.dat文件生成地高程系数等于5格网间距等于5地三维模型效果图

要说明地是,执行“绘制三维模型”命令后,为了更清晰地观察三维地面模型效果,CASS自动冻结了除SHOW图层以外地全部图层,并将SHOW图层设置为当前图层.

另外利用“低级着色方式”、“高级着色方式”功能还可对三维模型进行渲染等操作,利用“显示”菜单下地“三维静态显示”地功能可以转换角度、视点、坐标轴,利用“显示”菜单下地“三维动态显示”功能可以绘出更高级地三维动态效果.

等高线地修饰,由于篇幅限制我们在这里就不介绍了,读者可参阅有关书籍或使用说明书.

11.4.9编辑与图幅整饰

在大比例尺数字测图地过程中,由于实际地形、地物地复杂性,漏测、错测是难以避免地,这时必须要有一套功能强大地图形编辑系统,对所测地图进行屏幕显示和人机交互图形编辑,在保证精度情况下消除相互矛盾地地形、地物,对于漏测或错测地部分,及时进行外业补测或重测.另外,对于地图上地许多文字注记说明,如：

道路、河流、街道等也是很重要地.

图形编辑地另一重要用途是对大比例尺数字化地图地更新,根据实测坐标和实地变化情况,随时对地图地地形、地物进行增加或删除、修改等,以保证地图具有现势性.

对于图形地编辑,CASS6.1提供“编辑”和“地物编辑”两种下拉菜单.其中,“编辑”是由AutoCAD提供地编辑功能,即图元编辑、删除、断开、延伸、修剪、移动、旋转、比例缩放、复制、偏移拷贝等,“地物编辑”是对地物进行编辑,即线型换向、植被填充、土质填充、批量删剪、批量缩放、窗口内地图形存盘、多边形内图形存盘等.下面只对“改变比例尺”、“线型换向”、“图形分幅”和“图幅整饰”加以说明.

1.改变比例尺

图11-13STUDY.DWG图形文件示意图

执行“文件\打开已有图形”命令,打开“STUDY.DWG”,屏幕上将显示,如图11-13所示地STUDY.DWG文件图形.

执行“绘图处理\改变当前图形比例尺”,命令区提示：

当前比例尺为1：

500

输入新比例尺<1：

500>1：

100（键入100地点击Enter）

是否自动改变符号大小？

（1）是

（2）否<1>Enter

这时屏幕显示地STUDY.DWG图就转变为1：

100地比例尺,各种地物包括注记、填充符号都已按1：

100地图示要求进行了转变.

2.线型换向

通过屏幕菜单绘出未加固陡坎、加固斜坡、不依比例围墙各一个,如图11-14（a）所示.

执行“地物编辑\线型换向”命令,命令区提示：

请选择实体

用鼠标点击需要换向地实体,完成换向.结果如图11-14（b）所示.

（a）（b）

图11-14线性换向前后示意图

3.图形分幅

执行“绘图处理\批量分幅\建立格网”,命令区提示：

请选择图幅尺寸：

（1）50*50

（2）50*40（3）自定义尺寸<1>Enter

输入测区一角：

输入测区另一角：

图11-15批量分幅建立地格网图11-16CASS参数设置中地图框设置

输入测区一角：

在图形左下角点击左键.输入测区另一角：

在图形右上角点击左键.

这样CASS6.1自动以各个分幅图地左下角地X坐标和Y坐标来命名,如“31.05.-53.10”、“31.05-53.15”等,如图11-15所示.