全野外数字成图精度分析

中图分类号：P231.5 文献标识码：A 文章编号：

在数字化测图，外业数据采集过程中，测量误差是不可避免的，控制点精度的误差，仪器设备的误差，观测条件以及人为因素等都会对观测数据的精度带来影响。因此，只有认真分析误差的成因，才能有目的的控制误差过量累积,消除或减少误差是影响测图质量的关键因素。

一 控制点的精度分析

控制网的精度肯定能满足测图要求，但是在碎部测量过程中要做一些支导线，这些支点的精度会影响到局部地形图的精度。

二 碎部点平面位置精度分析

外业全站仪采用半测回极坐标法测坐标，水平角测角误差和测距误差对地物点平面位置精度有影响，野外采集测点数据时，一般是将全站仪安置于测试点A上，对置于各测点上的棱镜进行水平角、垂直面和距离的测定，如图1所示 [1]

B为后视图点，A为站点，P则为待测定的地形点，现设测站点A的坐标为(，)，A到B的方位角为α，P的坐标为(，)，β为测定的水平角，D为测出的距离值，则有式（1-1）。

（1-1）

由此可以看出影响P点坐标精度的因素有水平角和距离。

1 水平角观测误差的来源及影响

①望远镜照准误差

②仪器误差

仪器误差主要是垂直轴误差，现在的全站仪都具有自动补偿功能，仪器经严格整平后，一般不会超过1.5”。

③目标偏心误差

在外业中，采集测点数据时镜站常采用手持式对中杆，使对中杆上的圆气泡居中，则由它引起的误差一般不超过±0.01m，在实际工作中，有时候对中杆不能完全准确地立于特征点上，由此会使地物点产生平移，即使水平角增大或减小某一值。

④测站偏心误差

测站偏心误差是测站点仪器对中时所产生的误差，采用光学对点器一般其误差不超过±3mm。

⑤外界条件的影响

外界条件的影响主要是温度变化对视准轴的影响，据资料介绍，温度变化

1℃，测角误差的变化范围在0.27”～0.85”之内。[2]

2 测距观测误差的来源及影响

①仪器误差。

②对中杆偏心误差。对中杆偏心误差主要是由于竖立棱镜时不够铅垂，此可产生约10mm左右的误差。

③棱镜误差。由于棱镜头比对中杆的半径大约20mm左右从而使对中标靠近垂直地物点(如房角、电杆等)的误差可达±15～±20mm左右。

3 碎部点高程精度分析

野外数字化测图时，地面点的h高程采用光电三角高程方法测得。即全站仪安置在图根水准点上，观测站和棱镜之间的竖直角和斜距，量取仪器高和棱镜高，从而求得测定点的高程，在测图时，一般采用单向测定高差法，单向观测的三角高程公式为1-2:

（1-2）

上式中因距离较短，两差改正数和大气折光这两项的影响可以忽略。

三角高程观测误差的确定

(1)边长误差

(2)竖直角观测误差

由于全站仪的垂直度盘读数指标由倾斜传感器通过液体补偿器提供正确位置，在仪器基本整平的情况下，竖直补偿器的补偿幅度可在1”范围内。

(3)仪器高和目标高的量取误差

作业中一般用2m(或3m)的小钢尺量取仪器高和棱镜高，只量一次且量至cm。

由以上误差分析可知，点位的观测精度主要受控制点的精度、仪器本身的误差和棱镜偏移误差的影响，所以，在外业测绘时，为了提高野外数字化测绘图精度，减少棱镜偏移误差的影响，应尽量使棱镜立到点位与跟踪杆立直，避免由于倾斜而带来的误差影响。

四 RTK与全站仪精度分析

以实际操作数据，研究利用RTK和全站仪实施城市地区测量的方法，进行精度分析。

RTK虽然有很多优点，但是也有一定限制，包括建筑物阻挡导致无法接收5颗以上的GPS信号、基准站与流动站之间无法进行通讯等，都会影响RTK作业。因此，可以采用全站仪辅助配合方法进行测量，具体方法是将RTK流动站接收机放置在可以成功求解点位坐标的位置。[3]

实施测量时，可以利用全站仪来辅助。RTK辅以全站仪实施测量方法为：将RTK流动站的接收机安置在可以成功求解点位坐标处，并记录坐标，按此要领以RTK实施全站作业所需的控制点坐标，然后在该点安置全站仪，以全站仪测量方法测算点坐标。

测量中选择了两个点作为控制点，剩下的10个点位则作为检核点。为了增加统计样本，以全站仪及RTK在各检核点上各测量四个测回，其所测得的平均点位坐标，再与静态GPS测量结果比较，计算坐标较差fx、fy与位置较差fs。[4]

表1所示为根据10个检核点的成果比较后，所归纳出RTK与全站仪测量的坐标闭合差与位置闭合差的比较表。由该表结果可见，RTK的量测精度高于全站仪。其中，RTK之位置闭合差则约在0.006m至0.021m之间，而全站仪位置闭合差则约在0.030m至0.229m之间。RTK与全站仪联合测量的位置闭合差平均值及其标准差分别为0.014m±0.004m，0.163m±0.063m。

表1 RTK与全站仪测量的坐标较差与位置较差的比较表（单位:米）

除上述所作测量精度比较外，另外分别就RTK、全站仪作业所需观测时间及人力等方面加以比较，以了解其优缺点。于实验中发现，如果RTK无线电收讯良好，则可接收4—8颗卫星信号，但由于少数点位可能有房屋遮蔽或卫星角度较差，可能存在收讯不连续的状况出现，差分解算所须时间明显地增加，故在时间上可能有比较大的落差。有关RTK与全站仪作业优缺点比较，详如表2所示：

表2 RTK 与全站仪作业优缺点比较

根据上述实验结果，可以了解单独使用RTK与全站仪实施测量的优缺点与精度的范围，因此，可以判断RTK与全站仪联合测量时的测量精度（位置闭合差）应该介于0.014m与0.163m之间。

由上述实验结果显示:

(1)RTK测量在无遮挡开阔视野下精度高，快捷

(2)使用GPS技术来取点坐标的确较传统的全站仪来得快速及有效率；但因GPS是靠着接收卫星的信号来进行定位，因此在对通视不良地区，使用RTK有其困难存在，此时必须以全站仪辅助施测。

(3)为使作业流程迅速，在事前需先了解目标区的类型、待测点位及无法利用RTK进行量测点位，根据此三者做好流程规划，即可缩短外业作业时间。[4]

五 数字地形图图面精度分析

地形图的高程精度是根据地形图按等高线所求得的任意一点高程的中误差来衡量的，因此，地形图的高程精度，即指等高线表示的高程的精度。通过分析发现数字化测图中，在影响等高线高程精度的各因素中，地形概括误差的影响是最大的，因此，欲提高等高线高程的精度，除了要提高地形点高程的测量精度外，在考虑经济效益的同时，必须注意地形点要有一定的密度。通过实际工作，发现测图软件在地貌测绘中，生成等高线时容易失真，并且在同时存在地物、地貌的地方生成等高线(地物存在的地方不绘制等高线，这时等高线应断开)。

目前解决的方法是:外业采集数据应尽量多采点，有地貌变化处应该加高程点，尤其是大比例尺测图时的地貌特征，外业画草图时应详细一些，在草图上勾绘出地形的大致形状，在内业可用人工在计算机上绘制等高线，但是这项工作非常繁琐，所以工作人员要有高度的敬业精神。

六 数字化测图工作中应注意的事项

数字化测图不同于传统的模拟法测图，在测量实践根据数字化测图的特点，在野外数据采集、内业数据处理与成图编辑中，应注意以下事项:

1)测图单元的划分，尽量以自然分界为界，如河流、道路等等，以便于地形图的施测，也减少接边问题。

2)利用全站仪施测支导线，应防止支导线过长，防止测站数过多，因为全站仪的测距精度高，但测角误差会逐渐累计，点位累计误差也会逐渐增加。可用RTK进行布点，减少导线施测带来的误差。

3)全站仪测距精度较高，但在野外测量时，不能盲目扩大测程及测站的覆盖范围，由于测角误差不可避免，因此，应严格注意仪器的对中、整平、后视瞄准的精度。

4)数字化测图等高线的勾绘完全取决于野外的测点，因此在地貌测绘时，立尺员应合理选择地貌特征点，并认真了解观察地形，复杂地区应简单绘制地形草图，以便使勾绘的等高线更加符合测区情况。

观测员、绘图员、记录员、跑镜员应认真执行数据采集规程。数据采集操作人员应相互配合好，保持观测数据与草图的统一。测地物的拐弯处时，应视其曲率的变化适当加密站点。测等高线时，除了测量特性线外，还应尽量多测一些地形点，以满足计算机建模的需要，也能更加详尽地反映出原始地貌。

5)数字化地形图内业图形编辑完成后，应利用绘图机绘出样图，到实地进行认真的检查。检查内容主要包括地物有无漏测、属性注记是否与实际相符、陡坎的走向、电力线和通讯线的连线关系、等高线是否反映实际等等。对内业处理中有疑问的地方应重点检查。实践证明，实地检查是数字化测图必不可少的重要环节。

参考文献

[1] 武汉测绘科技大学测量平差教研室，测量平差基础[M]，测绘出版社．1996

[2] 巩彬等.RTK配合全站仪在数字化测图中的应用[J]. 现代测绘，2009

[3] 刘兵.GPS RTK测量技术配合全站仪在数字测图中的应用[J].新疆有色金属，2009

[4] 陈学娣、李全海等，全站仪配合RTK放样方法应用及精度分析[J]，铁道勘察2009