1、1本科毕业论文（20 届）数字测图的发展和应用所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期2数字测图的发展和应用摘要：近年来，全国经济发展迅速，各地基础建设加快，城乡规划的脚步也进一步推进。部分地区地形图由于没有及时更新，过于老旧，和实际地形已经产生较大差异。随着主流测量仪器全站仪和 RTK 技术越来越成熟，价格也越来越低，再加上最近全国地形测量工作的开展，数字测图的应用将越来越频繁。关键字：数字测图；全站仪；GPS；联合作业30 引言 .31 白纸测图与数字测图对比 .32 全站仪和 RTK 在数字测图中的差别 .32.1 全站仪简介 .32.2 RTK 简介 .42.3 全站仪和 R
2、TK 对比 .42.3.1 使用条件 .42.3.2 测量距离 .42.3.3 测量误差 .42.3.4 人力分配 .52.3.5 适用环境 .53 数字测图的野外作业 .53.1 全站仪作业 .53.2 RTK 作业 .53.3 全站仪与 RTK 联合作业 .104 数字测图发展瓶颈和前景 .114.1 发展瓶颈 .114.1.1 设备成本偏高 .114.1.2 数据缺乏统一性 .114.1.3 需要素质较高的作业人员 .114.1.4 测量时数据修改麻烦 .114.1.5 全站仪与 RTK 间缺乏互动 .114.2 数字测图的前景 .114.2.1 全站仪技术创新完善 .114.2.2 网
3、络 CORS 的普及 .114.2.3 无人机航测的发展和普及 .124.2.4 三维数字成图软件 .125 结论 .12参考文献： .13致谢 .1540 引言地形测量是用专业测量仪器对地球表面一定区域内各种地物地貌进行测定，确定其空间特征和几何形状，并绘制一定比例尺的地形图。传统的地形测量即图解法测图，一般是通过测量人员在野外用仪器进行观测某一区域的地形特征和空间位置，再按一定比例尺在白纸上绘制出来并标注符号，因此也称为白纸测图。伴随着计算机、磁盘储存技术的进步和测量设备的快速推广应用，以及测量界革命性技术创新-全站型电子速测仪的问世发展，为大比例尺地形测量注入一股蓬勃的动力，实现了测图的
4、数字化和自动化，数字测图的时代已然来临。1 白纸测图与数字测图对比大比例尺地形图比例通常为 1:5001：5000,地形图必须具备三要素：方向、比例尺、图例和注记。现在数字地形图多用数字编码代表地形地物符号，用数字形式的三维坐标表示某一点的位置，可在绘图软件上用编码连线标注等，实现地形图的数字化。与传统白纸测图相比，而今的数字测图有以下几点差别：保存快捷，分享便利。传统的图纸需要专门的图纸绘制，体积较大，存储不便，容易破损，分享一般只能靠复印件和图片，考验清晰度。而数字测图成图后在计算机中，存储便捷，可通过硬盘、U 盘、电子邮件等实现资源共享，复件和原件信息一致，信息失真率低，不受空间环境影响
5、。信息量大，分条明细。白纸测图的载体注定了其信息的局限性，很多东西无法再白纸上表现出来。而数字测图背靠计算机内存，可将大部分实地信息在图上标注出来，靠绘图软件的分层功能，操作者可从选取自己着重的信息，如：控制点、道路、建筑、边界、植被等将其输出，更具有针对性和条理性。紧随变化，与时俱进。白纸测图成果图一但确定，便难以修改。而现在各地区都进入飞速发展阶段，基础经济建设让地形一变再变，地形图的更新很有必要。数字测图数据储存在计算机中，可随时随地对变化地形进行修改，增删补缺。而且随着时代的发展，新的地物越来越多，但在数字测图在可直接导入该数据，能在飞速发展的时代潮流中紧随步伐，实时更新处理地形变化。
6、比例切换，因地制宜。现在城市乡村都越来越重视格式布局、空间利用、生态环境等，因此规划的重要性不言而喻，而规划往往离不开一张内容详细准确真实的地形图。再加上现在很多部门对地形图比例尺要求不一，这就要求地形图能够灵活转化比例尺。传统白纸测图成图便固定比例，想要转变比例尺又得费时费力，而数字测图只需在绘图软件上转变比例尺即可，效率高下立判。数据精确，误差均匀。白纸测图将数据展到图上，容易受人为误差和载体的影响，手工制图的精度一般低于图上 0.02mm，在 1:500 比例尺地形图中就是实地 10cm 的误差。而数字测图全站仪一般两站间误差都在 5cm 以内，RTK 也可达到每公里厘米级单位误差，因此
7、相对白纸测图来说，数字测图的精度明显要更高。节省时间，提高效率。传统白纸测图外业除了测量，还需要画草图，内业展点更是繁琐。而数字测图将地物地貌编码，可直接打点，在计算机中导入数据后可在制图软件上直接看到各点编码，了解各点代表的地物，可直接画图。大大减少了内外业的作业时间，还降低了操作人员的工作强度，提升了作业效率。2 全站仪和 RTK 在数字测图中的差别2.1 全站仪简介5全站仪是全站型电子速测仪的简称，它集电子经纬仪、光电测距仪和微处理器于一体 1。全站仪可自动对目标测距离、测角度，通过微处理器实现自动计算斜距、坐标增量、高差等，同时集数据采集、显示、储存、对比、输出于一体，并且可以实地放样
8、，连接计算机后可达到成图自动化的效果。 全站仪一般会利用极坐标法来获得碎部点坐标，其测量原理为通过测站和另一已知坐标点定向，确定已知方向，然后再测定各待测点与该方向的角度及与测站间的距离，随之便可确定各待测点在地图中的位置。因此也可以说，the total station is an instrument, widely used in civil and environmental engineering,for flat and vertical angle as well as distance measurements2. 2.2 RTK 简介RTK 即实时动态差分测量，原理是基准站通
9、过数据链实时将采集的载波相位观测量及测站坐标信息一同发送给流动站，流动站接收 GPS 卫星的载波相位与来自基准站的载波相位 3，得出测量点的坐标，也叫做动态 GPS。在实际测量中，一般是采用采用一个基准站，若干个流动站，流动站接受卫星信号和基站载波相位信号，并进行差分处理。如果套用基站坐标数据，并转换坐标参数和投影参数则可得出测点的三维坐标和误差。正如很多人说的那样，the most important reason for using it is that this technique enables obtaining coordinates instantaneously and in
10、the centimeter level accuracy4. RTK 技术是 GPS 技术发展过程中令人振奋的一项新突破，使用 RTK 技术进行空间定位具有定位精度高、观测时间短、测站之间无需通视、操作简单和全天候作业等优点 5，现普遍应用在数字测图领域。2.3 全站仪和 RTK 对比2.3.1 使用条件全站仪使用条件：光线。全站仪虽然可以测距、角度、高程坐标等，但观察全靠人眼寻找目标，因此对可见光的依赖性强，太强太弱都容易影响到观测结果。通视。一般来说，全站仪与观测目标中间必须通视，一但出现遮挡物，会影响人眼观察，人眼看不见或者看不清都容易造成目标丢失，即使瞄准也，也容易对全站仪激光造成干
11、扰，影响数据精确。RTK 使用条件：无需通视。RTK 联机正常后只要能能接收卫星信号一般就能正常工作。如果接收不到卫星信号或者信号不佳，RTK 的工作就会收到影响。无线连接。RTK 主要有电台模式和网络模式这两种。基站的联系分别是无线信号和网络信号，因此对应的流动站分别是用基站外挂电台和手机卡联系。随着 4G 时代的到来，手机信号覆盖面积变大、网络信号加强、资费降低，使用 RTK 网络模式形成主流。2.3.2 测量距离全站仪测量距离：全站仪属于短距离测量，不过这个短是相对而言的。实际全站仪观测距离一般都能达到 5001000 米，过远的话目标会模糊不清，而且激光返回信号太弱，对测量其实没有意义
12、。如果需要待测点距离很远，一般采取搬站的形式完成测量工作。RTK 测量距离：RTK 测量距离大多达能到 15 公里，再往后精度就会急剧下降。若是测量范围过大，难免要搬动基站。但 CORS 系统的出现，让 RTK 克服以往操作距离短的特点，将有效作业半径提高到了50km，并且精度进一步提高。2.3.3 测量误差全站仪的测量误差：在实际测量过程中，我们一般很难用一个站完成测区作业，需要多次搬站的配合，测量难免出现误差，随着搬站次数增加，误差累计也就越大，因此在测量时，再不是迫不得已的情况下，都不宜连续过多次支站。RTK 的测量误差：RTK 测量是靠基站与移动站间的载波相位信号进行差分比较，确定二者
13、间的相对6位置。由于移动站所测数据都是和基站数据对比得出的，又因为基站位置固定保持不变，所以移动站所测的每个点位数据误差都是相对于基站的，故而 RTK 测量一般都没有误差累计。但由于 RTK 在初始精度上低于全站仪，现在在处理高精度测量时，还是会选择用全站仪。2.3.4 人力分配全站仪的人力分配：全站仪通常都需要两个人或两个以上的配合，一个观测，另一个跑杆。在放样时，一般都要对讲机或者电话支持，由全站仪观测者对跑杆者指挥，效率较低。RTK 的人力分配：RTK 一般确定基站固定且安全不受外物干扰，只要一个人就可以完成测量工作。放样时可按手簿提醒的距离进行移动，效率较高。2.3.5 适用环境全站仪
14、的适用环境：全站仪具备高精度、摆站灵便、自动记录。数据显示等特点，但其操作过程要求通视，容易受到地形和人为因素影响。而且全站仪测量需要一定数量的控制点，作业强大较大，花费的时间也比较多。测量地点一般在两端建筑较高的街道、巷子，野外测量也有使用，水平方向的遮挡对其精度影响较大。RTK 的适用环境：RTK 可全天候全地形作业、精度均匀、操作简单，并且其作业时不需要通视，只要连上信号，就可以独自一个人作业。但 RTK 信号容易受到高大障碍物、高压电线、较大湖泊影响，处于密集区域的多路径效应会使得 GPS 测量的精度大大降低 6。作业也有一定半径，所以多用于天空开阔的野外，在城市街道中使用信号较差，容
15、易出现浮动解甚至单点解，垂直方向的遮挡对其精度影响较大。3 数字测图的野外作业3.1 全站仪作业野外测绘的直接需求来源于传统的对测量数据的需求 7。传统测量方法一般都是先控制测量再碎部测量，从整体到局部，这在全站仪测量过程中也同样适用，操作流程一般是确定控制点，采集数据，绘图软件成图。在野外测图，最多的时间花在采集数据上，数据的好坏直接决定了成图结果的优劣。采集数据一般要三个要素：测点的三维坐标，数字测图是建立在坐标数据上的，没有坐标数据便不能定位各点位信息。测点的属性。绘图时不仅要知道测点的位置，还要知道测点代表的是地物还是地貌，继而才能正确作图。测点的连接关系。数字测图讲究点、线、面的结合
16、，知道了连接关系才能将测点关联成具有形状的地物地貌等。在进行碎部测量时，一般都有一些小技巧提高测量或者绘图效率，如：依比例且规则的建筑一般测出三个点即可，第四个点可通过绘图软件自动画出。不规则的地形不要贪图省事，尽量多打几个点。数字测图是在计算机上成图，如果地形过于复杂而测点又少，那么很难将那片地形画出；纵然画出，也容易漏点和错点。对于具有一定规则的图块，建议按顺序测点，方便连接。如果发现点位问题，也容易排查，测图的分块最好以道路、河流为界，方便各测区图的施测和接边。随意分块容易造成接边混淆，部分作业人员会对测区少测或者多测，前者得返工，后者在测量时也浪费大量时间，都对测量进度产生较大影响。3
17、.2 RTK 作业现在作业多用中海达工程宝 RTK，操作页面如下7图 3-1 中海达工程宝 RTK 操作页面图其中 1、2、3、5 项为平时重点使用项目，基本包括了碎部测量与各种放样功能，2.5 版本更增加了向导功能，该功能可以教导新手从基础的新建项目到进行测量设置，因此重点演示怎么用 1、2、3、5 项菜单来完成一次测量工作。操作的过程通常如下：8新建项目点击图 3-1 中“项目”图标，显示项目的设置界面，如下图 3-2图 3-2 中海达工程宝 RTK 操作页面图点击图 3-2 中“新建”图标，建立一个新的文件夹，每次新建的文件夹一般以当时系统时间为默认文件名。设置参数点击图 3-1 第三项
18、的“3.参数”，出现参数设置界面图 3-3 中海达工程宝 RTK 操作页面图第一步是设置椭球，第一个源椭球为默认的“WGS84 ”，而当地椭球则要看工程具体情形来定，我9国通常使用的椭球有两种，一种为“北京 54”，另一种为“国家 80”。实际工程要求哪个就选用哪个，点击小框后面下拉小箭头可以进行选择。然后设置投影，方法是：点击屏幕菜单栏上“投影”，界面显示出“投影方法”和一些投影参数，如下图图 3-4 中海达工程宝 RTK 操作页面图工程通常用高斯投影，高斯投影又分为六度带、三度带，选则什么要视工程情况而定，比如工程实际需要三度带我们就设置三度带，不可随意选择。投影的参数设置完毕后，将后面的椭球转换参数、平面转换参数和高程拟合参数全部设置成无。连接 GPS点击图 3-1 中的“2.GPS”图标,显示接收机图如下图 3-5 中海达工程宝 RTK 操作页面图10选择“连接 GPS”，出现图 3-6图 3-6 中海达工程宝 RTK 操作页面图确认默认参数都无误后，点击“连接”，等待系统搜出各 RTK 机身码，如图 3-7图 3-7 中海达工程宝 RTK 操作页面图选择对应的机身码，等连接上仪器后，再回到主页面（参考图 3-1）碎部测量点击图 3-1 的“5.测量”图标，跳出测量操作界面，如图 3-8
