铜山新区地形图测量方案的设计毕业论文.docx
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铜山新区地形图测量方案的设计毕业论文
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摘要……………………………………………………………………...Ⅰ
Abstract………………………………………………………………....Ⅱ
1绪论
1.1技术设计的意义和目的
在本次毕业设计中，我用GoogleEarth将我们学校周边（南至汉王，北至南三环，西至汉王，东至铁路）确定为测图区域，在这个区域内制定测绘1：
1000比例尺的地形图设计测量方案，要在这个地区进行城区改造，测制此区域的数字地形图，为将来数字化城市的建设和国家土地资源管理提供资料。
1.2地形图测量的技术现状
随着科学的突飞猛进测绘技术的不断发展与进步给我们生活生产带来了很多便利，地形图测量是用计算机为核心以及全站仪、GPS等数字化仪器来进行数据采集，用外部各种输入和输出设备工具，对地形图的数字空间数据进行采集、输入、成图、绘图、输出、管理的测绘系统。
数字测图技术广泛的应用在各个地方，它包括野外采集、绘制编辑、高程模型、地籍测绘、工程建设、图幅管理等方面。
从1980年至今，在中国测绘、遥感技术迅速发展，尤其是现在国家正在进行大面积的地籍调查工作。
这给我们测绘专业学生带来了很多机遇，正是很多公司、单位极度缺少测绘专业人才的时候。
1.3设计的测图技术路线
此次方案设计主要思路为:
第一步:
进行该区域的首级GPS控制网测量。
第二步:
使用动态RTK进行该区域的野外碎部点测量与GPS控制点的测量定位。
第三步:
根据第一步解算出的控制点坐标代入RTK的手簿中进行点校正，导出碎部点的坐标。
第四步:
运用CASS软件进行该区域的地形图绘制。
第五步:
进行该区域的分幅与编号，并形成该区域的图幅。
1.4设计内容
本次方案设计共分为7章，主要内容如下:
第一章，主要描述了本次设计的研究意义以及对目前数字地形图的现状的了解和进行数字地形图测绘的线路的描述。
第二章，对数字地形图的基本概念进行详细描述和主要测量方法进行分析。
第三章，对本次方案设计的测区情况进行了解，对其地理位置、测区范围以及气候条件进行分析，为外业测量提供服务。
第四章，介绍和选择地形图的分幅与编号方法。
第五章，根据测区的情况和目前有关规范对作业要求规范提供依据。
对该区域进行平面控制网和高程控制网的设计并进行实验，将采集的数据进行平差计算。
第六章，对测区使用RTK进行碎部测量，并通过CASS软件进行地形图绘制生成图幅。
第七章，对此次实验设计方案的成果进行总结与概括。
2数字地形图的基本概念及其主要测量方法
2.1数字地形图
数字化地图是对普通地图的内容进行多种形式的要素组合、拼接，形成新的地形图用于我们各种工作需要。
地形图测绘主要有三个流程，它们是数据采集、数据处理和图形编辑、图形输出。
根据采集方式不同可以分为野外数据采集、航测数字测图和摄影测量技术。
2.2数字地形图主要测量方法
目前我国用于地形图测量的数字化测图还处于发展阶段,这种测量方法可以分为两种:
第一种是采用极坐标测量法,利用软件中的方向交会,在实测得多数碎部点的坐标后,测量距离交会、十字尺测量法或量算定点等。
在取得其余各点的坐标的情况下,再利用软件中的拷贝、偏移、延伸等功能成图。
第二种是电子平板数字测图,这种方法是利用计算机技术测图,代替原先的测图平板的一种常见的方法。
第三种是RTK动态测量法，这种方法是建立在CORS站的基础上，经过空间卫星后方距离交会，测定接收机的位置。
由于RTK动态测量法方便、快捷、省时省力，因此本次方案设计采用的是第三种RTK动态测量法。
3测区概况
3.1地理位置
江苏师范大学坐落于五省通衢的江苏省徐州市，徐州市是中国历史文化名城。
本次地形图测量的测区是江苏师范大学泉山校区周边，在铜山新区上海路101号。
整个测区都在铜山新区，通过GoogleEarth我们可以得知测区中平原部分的海拔在30-50m。
在测区里有几处丘陵山，最高一处海拔大约是220m，这边山体都比较小，总的来说地势比较平坦。
在上海路有正在建的万达广场，南京路有步行街，好几所高校坐落于此，交通便利。
铜山区东西长大约有64.5km，南北长大约有61.5km，总面积达1877平方千米，当然铜山区也是出于淮海经济区的中心。
3.2测区范围
江苏师范大学泉山校区周边，南至汉王，北至南三环，西至汉王，东至铁路。
测区的面积大约是26.2平方千米，交通遍布测区范围且交通便利，人口大约16万人，平均高程大约是43m，最高点位于图3-1中5（最高点）号点处，220m；最低点位于图3-1中6（最低点）号点处，30m。
图3-1测区影像图
3.3测区气候
徐州属暖温带半湿润季风气候，四季分明，夏无酷暑，冬无严寒。
年气温14℃，年日照时数为2284至2495小时，日照率52%至57%，年均无霜期200至220天，年均降水量800至930毫米，雨季降水量占全年的56%。
气候特点是：
四季分明，光照充足，雨量适中，雨热同期。
四季之中春、秋季短，冬、夏季长，春季天气多变，夏季高温多雨，秋季天高气爽，冬季寒潮频袭。
4地形图的分幅与编号
4.1意义与方法
地形图的分幅与编号是为了便于测绘、印刷、保管、检索和使用，所有的地形图都要按照规定的大小进行统一分幅并进行有系统的编号。
地形图的分幅方法有以下两种：
第一种是按照经纬线分幅的梯形分幅法；第二种是按照坐标格网线分幅的矩形分幅法。
4.2梯形分幅与编号
在我国基本比例尺地形图（1:
100万～1:
5000）采用的是经纬线分幅，地形图的图廓由经纬线构成。
它们都是以1:
100万地形图为基础，按照规定的经差和纬差划分图幅，并且行列数与图幅数成简单的倍数关系。
经纬线分幅有着明确的地理位置概念的优点，可以适用在很大范围的地图分幅。
但是它的缺点是图幅的拼接不方便，随着纬度的升高，相同经纬差所限定的图幅面积不断缩小，不适用于有效地利用纸张和印刷机版面；除此之外，经纬线分幅还经常会破坏重要地物的完整性。
4.3矩形分幅与编号
大比例尺地形图的图幅通常采用的是矩形分幅方法，图幅的图廓线为平行于坐轴的直角坐标格网线。
是以整千米或者百米坐标进行分幅的。
图幅大小可以分成40cm×40cm、40cm×50或者50cm×50cm。
矩形分幅图的编号有四种方式：
第一种，按图廓西南角坐标编号。
采用图廓西南角坐标公里数编号，x坐标在前，y坐标在后，中间用“-”连接。
例如某一幅1:
1000比例尺地形图西南角图廓点的坐标是x=65200m，y=21400m，则该图幅编号就是65.2-21.4。
第二种，按流水号编号。
按照测区统一划分的各图幅的顺序号码，从左到右，从上到下，用阿拉伯数字编号。
第三种，按行列号编号。
可以将测区内的图幅按照行和列分别单独地排出序号，之后用图幅所在的行和列作为该图幅的图号。
第四种，以1:
5000比例尺图为基础编号。
若是在整个测区测绘有好几种不同比例尺的地形图的话，地形图的编号就可以用1:
5000比例尺地形图为基础。
所以，本次毕业设计是设计1:
1000比例尺的地形图测量方案，可采用矩形分幅与编号的第二种方法按流水号编号。
此次测区的地形图分幅与编号如图4-3:
图4-3该测区的分幅与编号
注:
图4-3中坐标单位为km，以东为x轴方向，以北为y轴方向。
5测图控制
作业结果统一到2000国家大地坐标系下，技术要求是《工程测量规范》GB50026-2007；《国家三、四等水准测量规范》GB12898-91；《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T18314-2001；《国家工程测量规范》,GB50026-2007；《全球定位系统测量规范》,GB/T18314-2009；《城市测量规范》,CJJ8-99；《l：
5001：
10001：
2000地形图图式》,GB／T7929；《1：
5001：
10001：
2000地形图要素分类与代码》,GB14804。
根据本课题任务书和有关的测量规范，并依据以前在建院大比例尺地形图实习的资料，其中包括测区踏勘等资料来编制地形图测量方案的设计。
5.1GPS控制网
图5-1GPS网
图中1，2，3，4，7为GPS测量控制网中的待定点；5，6为已知控制点且5为该测区的最高点、6为该测区的最低点。
对该测区进行E级GPS控制网测量，使用静态GPS测量。
L1，L2，L3，L4为第一个时段；L3，L5，L6，L7为第二个时段；L1，L8，L9，L10为第三个时段，每个时段构成一个环，进行同步观测，共测三个时段。
每天出测之前必须要检查一下电池的容量、接收机的内存或磁盘容量是否是充足的。
天线可以用脚架直接安置在测量标志中心的垂直线上，对中误差应小于等于3mm，天线要整平，天线基座上的圆气泡要居中。
天线定向标志应指向正北方向，定向的误差不要超过±5°。
观测组必须要严格按照调度表规定的时间进行作业，以确保同步观测同一卫星组。
每个时段开机前，测量员要量取天线高并要及时地输入测站名、年月日、时段号、天线高等信息。
关机后再量取天线高，两次量取误差不能超过3mm，最后取平均值作为结果。
一个时段的观测过程中不能关闭接收机又重新开机；不能进行自测试；不能改变卫星高度角；不能改变数据采样间隔；不能改变天线位置；不能按动关闭文件功能键。
测量时遇到雷雨天气要关机停测，观测时间不要在接收机旁使用对讲机。
5.1.1首级GPS控制网测量
根据测区的面积大小和精度要求来选择E级GPS网作为首级控制网测量，首级控制网等级的选择要综合考虑:
①控制网近期内是否需要向外发展；
②测区的形状；
③测区的自然条件；
④作业的技术力量及设备条件；
⑤长期任务与近期任务的关系；
⑥目前的可能投资。
根据图5-1所示分别在1，2，3，4，5，6，7控制点所构成的环安置GPS接收机进行静态测量，时间间隔为45分钟进行同步观测，将采集的观测数据导入compass中进行基线向量的解算，计算出各控制点的坐标。
5.1.2首级GPS控制网测量测量步骤
①将GPS分别安置在1，2，3，4，5，6，7控制点上精确整平、对中。
②根据图5-1中所设计的三个环进行同步观测，时间长度为45分钟到50分钟，采样时间间隔为10秒到30秒。
③将GPS所观测数据导入compass中进行基线向量解算。
5.1.2平面控制网平差
使用专业软硬件配置的仪器、型号、数量和需要的指标，进行数据的采集。
运用COMPASS软件平差的方法进行基线向量的处理。
同一时间段内观测值数据被剔除率应该小于10％。
运用COMPASS对所测的GPS网来解算基线的条数，最短边长，最长边长，实测的平均距离。
标准差计算公式为:
σ=
（8-1）
上式中：
σ表示标准差，单位为mm；a表示固定误差，单位是mm；b表示比例误差系数；d表示相邻点间距离，单位是km。
按公式计算出该控制网的基线精度。
5.1.3GPS网的平差
利用华测GPS数据处理软件-COMPASS进行平差。
做完整个GPS的基线网的测量之后，可以在Beijing54坐标系下的整个GPS网用三维无约束平差，通过平差可以算出每个点在的Beijing54坐标系中的三维坐标、基线向量、改正数及精度信息，最后再根据具体限差的规范，找出网中存在的粗差并去掉。
5.2水准网
5.2.1精密水准仪和水准尺的检验
四等水准测量采用的是S3型精密水准仪观测，观测前要进行一下几点的检验:
①水准仪的检验。
②圆水准器正确性的检验。
③视准轴与水准管轴相互关系的检验。
④水准标尺的检验
⑤水准标尺圆水准器的检验。
⑥水准尺分化面弯曲差的检验。
⑦一对水准尺零点差的检验。
⑧水准标尺每米分化线真长的检验。
5.2.2水准测量观测
在进行水准测量时，要遵守以下几点规定:
①采用光学测微法进行读书，水准路线都要进行往返观测。
②找出倾斜螺旋的标准位置即零值。
③设站观测时，要给仪器打着伞，迁站的时候要给仪器戴上白色仪器罩。
④观测中每一站前后的标尺到仪器的距离要尽量保持相等。
⑤每站观测按照“后前前后”的程序进行。
⑥在一个测段中测站数须是偶数，由往测转为反测的时候，两根水准尺要互换位置。
⑦在每一站整平仪器的时候，三个脚架应该交错安放，使其中两个脚与水准路线方向平行，而第三个脚交替放在路线左侧或者右侧。
⑧同一个测站前后的视距在观测时最好不要两次调焦。
倾斜螺旋都应保持旋进，使气泡精确重合再读数。
每次测完一站迁至下一站之前，都要把倾斜螺旋转到下一标准位置，即零值。
5.2.3四等水准测量观测限差
水准测量观测限差表如下:
表格5-1
项目
等级
测线长度仪器视距
前后视距差
前后视距累计
视线高度
四等
≤80m
≤1m
≤3m
下丝读数≥0.3m
仪器类型、基辅分划规定如下表:
表格5-2
项目
等级
仪器类型
黑红面读数之差
所测高差之差
四等
S3
≤±3mm
≤±5mm
往返测高差不符值、路线环线闭合差限差规定如下表:
表格5-3
项目
等级
环闭合差/mm
附合路线闭合差/mm
路线、测段往返测高差不附值/mm
检测已测测段高差之差/mm
四等
≤4
≤4
≤4
≤6
注:
表中的F、L、K、R分别为环线、路线测段长度，以1km为单位，当长度小于1km时，都按1km计算。
5.2.4观测中间歇、收测和检验。
在观测间歇的时候，最好在水准点上观测结束。
否则，最好选在两个坚固、光滑突出、能放水准尺的点作为间歇点，并且做好标记，间歇后开始观测时，要进行间歇点高差检查。
检查的结果要与原测的结果进行对比，高差在限差之内再将前视标尺间歇点作为向前观测的起测点。
收测、检测、起测间歇点号和标尺号，录员要在相应的表格中标注好。
检测站的观测成果的高差作为比较检核用。
5.2.5高程控制网设计
在水准路线长度的确定时要对该测区水准测量设计和确定施测等级，要考虑下列因素对水准网精度的要求：
①平坦测区地形测图的最小基本等高距为0.5m。
②在地面的施工测量中，岩移沉降观测和建筑物的变形监测以及井下贯通测量等。
③市政工程设计及施工。
这些因素要求测区内各个等级水准网中相对于起算点的最弱点高程中误差不大于2cm。
图5-2:
水准路线示意图
根据图5-2所示水准点和GPS点是相重合的，并通过水准路线1可以测出待定点1,2的高差，同理根据水准路线2可以测出待定点2和3的高差；水准路线3可以测出待定点3,4的高差；水准路线4可以测出待定点4,1的高差。
对首级控制网所测的控制点高程进行改正，为后期动态RTK碎部点测量提供基础。
5.2.6水准测量步骤
①将水准仪安置在水准路线上，精确整平。
②采用后前前后的顺序进行观测，并记录数据及检核限差。
③将观测的数据进行内业处理，检查其闭合差。
④同理其他水准路线以上步骤进行观测。
⑤计算出各待定点的高程。
5.2.7记录数据与检算
往测、返测的记录的数据要分开，因为本测区路线较长，分别记在两个本上。
每个测站观测完之后，必须要检查各项限差是否是合格的，不合格就要重测，合格了才可以继续往下一站迁。
每个测段的单程观测结束之后都要进行测段计算，一个测段的往返测都结束之后就要把最后计算的高差结果填写距离和高差中数，以及往返测高差较差，并且按照公式计算高差限差。
5.2.8高程控制网数据处理
本次设计采用条件平差处理水准网数据，步骤如下:
①绘制水准网平差略图。
要在图上标注已知点和结点的名称，每条水准路线的编号。
②水准点编号。
从已知点编起，再编待定点，编号为1、2、…、n，在图上标记。
③调制已知数据与观测数据表，在按一定的格式录入计算机。
④列出条件方程与最弱点权函数式子，并且把它的系数和闭合差录入计算机。
⑤用计算机进行法方程的组成、解算，计算出高差改正数和平差值，再计算各个待定结点的高程平差值，然后计算单位权中误差，还有高差中误差，以及最弱点高程中误差。
⑥编制水准点成果表。
6碎部测量
6.1实验部分
地点:
江苏师范大学周边（南至汉王，北至南三环，西至汉王，东至铁路）
时间:
4月30日到5月6日
6.2.仪器的配置
四台GPS接收机，四个基座，一台水准仪，四个三脚架，两把因瓦尺，四把钢尺，铁锤，钉子，喷漆等。
6.3人员的组织
成立观测组4人能够熟练掌握仪器的操作流程，对实验过程中出现的问题能够会分析原因并能及时处理，负责观测以及相关数据的记录。
由于该区域较大，考虑到人力、物力、财力等方面的因素，此次方案设计使用RTK进行碎部点采集。
在RTK接收机内插入移动卡，输入CORS站名及密码等相关信息，设置好手簿。
进行碎部点测量，采集碎部点数据时时间间隔不少于5秒，且偏移量不大于0.1米，采集控制点数据时不少于1分钟，数据采集完后，在手簿中输入首级控制网测量时控制点的坐标进行点校正。
6.4RTK动态测量步骤
①在接收机内插入移动卡。
②在手簿中建立工程项目名，输入江苏师范大学CORS站。
③进行野外碎部点采集，时间间隔不少于5秒，在控制点上采集时时间不少于60秒。
④进行点校正，输入3个已知控制点的平面坐标及其水准平差后的高程，选择坐标系为beijing2000。
⑤导出数据到CASS软件中进行地形图绘制，并生成图幅。
6.5绘制数字地形图
将野外采集的碎部点数据，在计算机上运用CASS软件进行编辑，生成数字地形图。
主要是碎部数据的预处理，地形图的编辑和地形图的输出。
6.5.1地物地貌的取舍
①居民地、各类建筑物、构筑物及主要附属设施。
②地下光缆、地下电缆的标志桩、检修井，必须实测。
③独立地物、永久性电力线、通讯线均要表示，电杆、电塔位置必须实测。
④铁路、公路、大车路、乡村路也要测绘。
⑤河流、溪流、湖泊、水库、池塘。
⑥石堆、土堆、陡崖、坑穴、冲沟、山洞、滑坡等特殊地貌和人工修筑的梯田、陡坎、斜坡等也要用相应的符号来表示。
⑦苗圃、灌木丛、散树、独立树、行树、竹林、经济林等，也应要正确反映分布状况。
⑧地理名称及各种注记也是地形图不可或缺的内容之一
⑨每幅图的接边处要测出图廓5mm，自由边在测绘过程中也要加以检查。
⑩行政区境的界线、矿场的矿物、料场的材料也要标明。
.
将手簿中转换过后的坐标导入CASS中进行绘制地形图，运用CASS进行绘制的一般流程：
通过CASS软件生成该区域的数字地形图，并加上图幅等相关信息。
7结束语
结合本次测区的实际情况，对于平面控制网的设计此次方案采取的是二等GPS静态观测作为首级控制网，水准控制网布设为二等水准测量，又用RTK对碎部点进行数据采集。
这样既节省了时间，也节省了人力。
对比其他的测图方法，GPS静态控制测量+RTK野外碎部点采集的数字测图方法速度快，效率高。
对于RTK采集数据的处理，我们采用对碎部点进行编号，然后通过编号运用CASS软件进行地形图的绘制。
这样既避免了工作量繁杂的缺点，也减小了出错的几率，顺利地完成地形图的测绘任务。
致谢
本次毕业设计是在老师的不辞辛劳的指导下完成的。
从毕业设计的选题开始，老师耐心的给我们讲解每一道课题主要涉及的专业知识方面，让我们能够清楚地知道选择什么样的课题适合自己，给了我们很大帮助。
选题过后老师给我们都推荐了完成设计多需要的文献以及资料，让我们为之后的开题报告做好充分的准备工作。
在做毕业设计的过程中王老师悉心为我们解答遇到的众多难题，给予了我们很大帮助。
老师不仅学识渊博，专业知识丰富，而且和蔼可亲，不仅让我学到很多学术方面知识、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物的道理。
本论文从选题到完成，每一步都是在王老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。
在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
参考文献
[1]潘正风，程效军，成枢，王腾军，宋伟东，邹进贵.数字测土原理与方法[M].武汉：
武汉大学出版社，2009.9.
[2]张华海，王宝山，赵长胜,等.应用大地测量学[M]徐州：
中国矿业大学出版社，2011.
[3]张凤举，张华海，赵长胜，等.控制测量学[M].北京：
煤炭工业出版社，1996.
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