数字化地形测量方法的研究与改进

【摘 要】本文以生产实践为基础，对数字化地形测量方法进行了研究与改进，并就改进后的数字化地形测量方法进行了误差分析与精度对比。

【关键字】数字化地形测量方法，研究与改进，误差分析、精度对比。

数字化地形图信息载荷量大、存储与传输方便，可动态显示、精度与比例尺无关、无变形及损耗，可方便、及时地进行补充更新，保持地形信息现势性，提高地图信息的应用范围。

一、数字化地形测量的基本原理

数字化地形图指以测绘仪器采集地形、地物要素的坐标及其信息，借助绘图系统再现与传统地形图表现形式相同的地形图。数字化地形测量需要采集地形、地物要素的点位信息、连接信息和属性信息，点位信息即点位的三维坐标（ 、 、 ）；连接信息指点间的关联关系；属性信息一般用拟定的符号或文字描述地形要素的分类、性质、特征等[1]。

二、数字化地形测量方法的改进

数字化地形测量以全站仪采集数据时，一般是在测站点上架设仪器，照准定向点定向、置零后，以极坐标法观测、记录地形、地物要素的点位、连接和属性信息。为提高效率，减少操作失误造成的损失，在原始观测数据以水平角 、斜距 、垂直角 形式保存的前提下，可对数字化地形测量方法进行如下几方面的改进：

1、定向方法的改进

全站仪进行采集数据时，利用定向点进行定向、置零工作是重要工序。数据采集工作单调、繁琐，操作失误在所难免，忘记定向、置零时有发生，因此会对生产造成负面影响。全站仪定向时，测站点至定向点间距离与定向误差成反比，与测量员至定向点时所耗费时间、体力成正比，形成了定向误差和生产效率间的矛盾。

为了有效消除忘记定向、置零工作对生产的负面影响，合理解决定向距离、定向误差和生产效率间的矛盾，在全站仪中设置定向点属性，在内业计算程序中设置保存全站仪零方向水平度盘值的变量，程序以定向点属性为依据，扫描、搜索数据文件中的定向点，将其水平度盘值存储于零方向变量中，然后利用地形、地物要素的水平角观测值和零方向变量中存储的水平度盘值的差值，求得地形、地物要素的准确点位信息。同样方法改进后，在全站仪采集数据时，测量员可边向定点靠近，边观测沿线的地形、地物要素，至定向点后，输入定向点属性进行观测、记录，完成全站仪的定向工作，如此即可以选择距离较远的定向点定向，减小定向误差、提高观测精度，又可以节约时间、减小观测员的劳动强度。

2、指标差和2C的检测与改正

全站仪的使用、运输环境较差，经常会影响仪器的观测精度，导致2C值和指标差的增大，造成采集数据误差的增大，且误差和全站仪的观测距离成正比。

为了减小乃至消除全站仪2C值和指标差对数据采集的不利影响，全站仪定向时，正、倒镜观测定向点。内业计算时，按公式 、 [1]计算全站仪的水平角2C值和垂直角指标差，并将其保存至变量中，对地形、地物要素的水平角、垂直角进行改正，以提高观测精度。

3、居民地测量方法的改进

受通视条件限制，居民地测量中经常有少量房屋拐角无法观测（如图一所示），通常采用以下方法处理：

⑴极坐标法支点，在支点架设全站仪进行观测。此方法可以直接观测房屋拐角，但是每一站只能观测少数几个点，导致搬站次数增加，工作量增大、工作效率降低。

⑵绘制房屋草图，丈量相关距离，然后根据草图和相关距离，展绘房屋。此方法较较为简捷，但草图绘制和距离丈量繁琐，内业编辑时，数据的对应易混淆。

为解决上述问题，将上述方法结合起来，在全站仪不搬站的情况下，利用房角多为直角的规律，将草图和相关距离存储至全站仪，数据处理时再展绘房屋。具体方法：全站仪切换至无距模式，在地物点属性栏输丈量距离，以观测行进方向为基准，默认房角90?，顺时针方向时，丈量距离输入正值，反之为负，然后观测、保存，如图一所示，房屋㈠观测顺序为[a、b、c、d、e、f、g、h、i]，a、b为实测点，其它房角属性依次输入[-27.7、-58.1、97.0、37.7、18.7、-20.5、-44.5]；房屋㈡观测顺序为[1、2、3、4、5、6、7]，1、2为实测点，其它房角属性依次输入[49.9、-19.8、39.8、19.8、-60.7]，其中点7、i作为检核点，可在其它图根点观测。

居民地测量方法改进后，利用房屋直角关系，钢尺丈量距离，误差主要是角度和距离误差。农村院落一般为15×18米，房屋拐角的垂直度较差，但其误差一般不会超过1?，城镇楼房多采用仪器放样，角度误差很小；钢尺量距误差一般小于0.05米，在角度误差极限值1?、距离30米时，改进后居民地测量方法求得地物点的点位误差为±0.526米（计算方法见下式），完全满足1：2000地形测量的需要。

4、线状地物测量方法的改进

线状地物（如路、沟、坎等）的观测，不能交叉观测、多人同时观测或协作观测线状地物。为了解决此问题，外业数据采集时，扩展线状地物的属性编码，属性编码首位为区分码，末位为连接码[3]。区分码[0，1，2，3，4，5，6，7，8，9]代表不同线状地物，连接码表示线状地物是否连续。连接码为[1]表示线性地物的开始，为其它值时表示和上一同属性线性地物相连。数据处理时，扫描数据文件，根据区分码依次对线状地物观测数据分类，然后根据连接码重新扫描分类后的线状地物观测数据，判断线状地物的开始、连接情况，并依次重新分类、计算。

5、图根控制点的检核

GPS-RTK图根测量方法的方便、快捷、单点精度高的特点已得到实践的证明，但受其工作原理、观测条件及外界因素的影响很容易产生误差[2]。为减小或消除有粗差图根点的不良影响可采取以下措施：

⑴保证每个图根点至少要有两个以上的通视方向；

⑵设置定向点属性，定向操作时观测测站点与定向点间距离，并保存；

⑶设置检核点属性，观测其它图根点，并按检核点属性保存。

数据处理时将观测的测站、定向点间距离和检核点成果与原有成果进行对照，验证图根点的精度，发现GPS-RTK观测的图根点存在问题时，采取补救措施，保证外业数据采集的精度。

三、结束语

以上通过生产实践对数字化地形测量方法的研究与改进，可以在地形测绘项目中减轻外业测量人员的劳动强度，提高外业数据采集效率，及时发现、预防图根点粗差对观测精度的影响。

参考文献：

[1] 潘正风等.数字测图原理与方法[M].武汉：武汉大学出版社，2004.

[2] 骆光飞等.全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[M].北京：测绘出版社，2004.

[3] 赵卫常 魏征军等.全数字外业数据采集编码方案[J].测绘科学，2011，5（207）.