所属栏目：智能科学技术论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:202
内容提要：介绍了数字化测绘技术中的原图数字化、数字测图、数字摄影测量几个方面在水利水电工程测量实践中的应用体会和经验。
关键词：数字化测绘;数据采集;数据处理;数据库
数字化测绘技术是伴随着计算机、网络技术的发展及测量仪器的智能化而兴起的一门新兴的测绘技术。数字中国、数字城市等概念的提出以及相关数字化工程的启动，特别是全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、摄影测量与遥感(RS)以及数字化测绘和地面测量先进技术的发展，使工程测量的手段和方法产生了深刻的变化。工程测量的服务领域也相应进一步延伸，而且正朝着测量数据采集和处理的自动化、实时化和数字化方向发展。
工勘院测绘工程大队(简称测绘大队)已初步全面涉入了数字化测绘生产技术，具备了空间定位(GPS系统)、数据采集、数据库设计与建库、地理信息系统研建，各类地理现象空间分析与监测、数字产品生产与提供等高新技术。数字测绘中最主要包含内外业数据采集工作的设备与方法，数字化成图是其核心。
水利水电工程测量是在工程建设的设计、施工和管理各阶段中进行测量工作的理论、方法和技术。本单位为之服务的设计、工程地质等部门亦对测绘大队的工作提出新的要求，在规划设计阶段要求提供地形资料，即在所建立的控制测量的基础上进行地面测图等;在施工兴建阶段需按照设计要求在实地准确地标定建筑物各部分的平面位置和高程，作为施工与安装的依据;在竣工后的营运管理阶段要求包括竣工测量以及为监视工程安全状况的变形观测与维修养护等测量工作。
作为工程测绘单位，数字化测绘工作涉及了工程测量的各个阶段，经过几年来艰苦努力，已完成了十几项大型水电站地形图的数字化测绘任务，满足了设计、生产等部门提出的要求。现结合几年来数字化工作的经验，就数字化测绘技术中的原图数字化、数字测图、数字摄影测量几个方面谈一些个人的体会，与专家及同行商榷。
1原图数字化
对原始图件进行数字化工作，首先要进行数字化输入，常用的方法有：①手扶跟踪数字化;②扫描矢量化;③GPS输入。手扶跟踪数字化需要的仪器为计算机，数字化仪及相关软件，是早期的一种数字化输入方法，输入速度较慢，劳动强度也较大。扫描矢量化是通过扫描仪输入扫描图象，然后通过矢量跟踪，确定实体的空间位置。随着扫描仪的普及和矢量化软件的不断升级，其作业方法越来越趋于自动化，它是一种省时，高效的数据输入方法。GPS输入，GPS是确定地球表面精确位置的新工具，由于它测定的是三维空间位置的数字，因此不需作任何转换，可直接输入数据库。其次根据数字化图件的可用性，要综合考虑图件的重用性和易用性，并制定矢量化方案。经多种软件矢量化应用比较，本单位确定以MAPCAD为数字化原有地形图的主要方法，该软件包含有以上3种输入，且其扫描矢量化输入方法具有图像清晰、编辑方便、易于转换等特点，通过大量的工作实践，总结了一些适合本单位工作实际图的数字化精度应按国家现行的数字化测图规范严格执行。由于其精度主要取决于人工跟踪精度和输出设备精度，而一般外设精度都能满足，但人工跟踪精度主要取决于作业人员的熟练程度和责任心，所以必须在加强作业人员基本技能训练的基础上，严格按矢量化方案作业，确保图件的输入输出精度和质量。
数据编码、数据分层按国家标准或自定方案执行;数据组织按地理信息系统(GIS)要求，严格其拓扑关系，保证线状地物的长度统计，面状地物的面积统计及其它分析功能的实现;总体规划、分区规划、图形/文本信息按GIS要求整理、录入、建库。
1.1数字化原有地形图作业流程
1.2外业测点与数字化图缩放相结合方法
在工程测量实践中，当要完成某工程地形#p#副标题#e#图的施测工作时，如果以前有数字化的图件，能直接利用到现在的成图工作中，应充分地利用现有的地形图。但是所获得的数字地图其精度因受原图精度的影响，加上数字化过程中所产生的各种误差，所以其精度要比原图的精度差，且所反映的只是白纸成图时地表上各种地物地貌，现势性也不好。为了利用该法得到满足现时需要的数字地图，可通过地物地形修测、补测地形点等方法，实测一部分地物点的精确坐标，再用这些点的坐标代替原来的坐标，通过重新编辑，使最终产品满足相应比例尺精度要求。修测、补测的范围和点位稀密，可根据工程的设计与施工精度要求及原比例尺而定。故这种方法比较适合于该地区有大比例尺地形图、且又范围较小的工程测绘中，它既满足了工程进度、又节约了项目经费，是在工程测绘中切实可行的方案。
1.3符号图层的划分
一幅好的电子地图，要具有基本的属性信息，它是进入GIS的基础数据，辅助以专题性信息，可建立各种专题系统。如修饰部分的图框、图例;地貌部分的河流、公路等等，在进行成图时应须采用按图层存贮的方式，把性质相同的内容保存在一个图层上，如图框是一层，计曲线、首曲线、河流分别各是一层，这样，当需要哪一层，只要调入即可，当需要变更比例尺时，缩放某层即可。MAPGIS数字化成图系统为成果资料的存储提供了256层，其它软件也提供了足够存放的层。依据地形图内容的9大要素，考虑到后续专业的使用方便，自行设计了分层方案，在矢量化过程中根据其分层方案对各要素进行了分层处理。真正体现了数字地图所具有的易用性和美观性。
1.4子图、线型符号库的设计
MAPGIS是以子图库、填充图案库、线型库和颜色库嵌套在“编辑子系统中”因而经过多次实践，借助“编辑子系统”对子图、线型库的图元进行编辑，建立了既符合地形图图式又适合水利水电工程测绘的专用符号库。另外MAPGIS在转化成AutoCAD时颜色、字库不完全匹配，给用图人员造成很大不便。为易于判读，依据四色图原理进行了颜色搭配，并依据地形图图式进行了字库配置，使图形转换匹配配置趋于完善、合理。
2数字测图
在没有合乎精度要求的大比例尺地形图的地区，可直接采用地面数字测图的方法，该方法也称为内外业一体化数字测图，它是以计算机为核心在外连输入输出设备硬、软件的支持下，对地形空间数据进行采集、输入、成图、绘图、输出、管理的测绘系统。是我国目前各测绘单位用得最多的数字测图方法。采用该方法所得到的数字地图的特点是精度高，但耗费的人力、物力与财力比前种方法大。
2.1数字化测图的特点
数字化测图系统克服了手工绘图存在的许多弊端，其特点为：①一测多用。水电站工程，其布置区需施测大比例尺地形图，考虑到不同专业人员对用图范围、比例尺大小要求不同过去完全使用平板测图方法，不同比例尺的地形图要分别测绘，重复工作量相当大，数字化测图可以一测多用，同时编制不同比例尺的地形图。例如：如某水电站工程：大坝设计人员需1：500或1：1000坝址地形图;施工组织设计人员则需要含料场等内容的较大范围1：2000地形图;而规划、地质人员为论证成库条件和建坝条件则需要区域更大、比例尺较小的1：5000地形图。往往小比例尺包含了大比例尺地形图测图范围。仅需先测大比例尺图范围，再补充小比例尺测图范围即可。②成图精度高。数字化成图系统在外业采集数据时，利用全站仪现场自动采集地形地物点的三维坐标，并自动存储，在内业数据处理时，完全保持了外业测量的精度，消除了人为的错误及误差来源，而且外业工作省略了读数、计算、展点绘图等外业工序，减少了作业人员，外业工效大大提高，时间缩短，直接生产成本大幅度下降。③全站仪在外业数据采集时，不受图幅范围的限制，设站也#p#副标题#e#不受距离图幅的制约(只要在测程范围以内)，可以减少图根点的数量，提高工效。④数字化成图的过程，减轻了作业人员的劳动强度，使生产周期大大缩短，能及时满足用户的要求。⑤数字化产品既可以存储在软盘上，也可以通过绘图仪绘在所需的图纸上，线条、线划粗细均匀，注记、字体工整，图面整齐、美观。⑥数字化成图为设计人员甩开图板利用CAD技术提供了先决条件，同时也为准确读取图形上某点的坐标，或点间距离提供了保证，改变了过去人工用三角板或比例尺从图上量取数据的方法，使数据更为准确。⑦数字化产品便于存放、保管和运输，也便于修改，能更好地保证图形的现势性和不变形性，避免重复测绘造成的浪费，增加地形图的实用性和用户的广泛性。
2.2外业数据的采集
(1)全站仪电子手簿或PC-E500。
(2)自行研制的电子手簿(如武汉RDMS公司生产的RD-EB1外业电子手簿)。
(3)便携机+测量设备(如北京威远图仪器有限责任公司生产的SV300数字化测图系统及清华山维公司生产的EPSW97)。
以上3种方法中，根据不同地点情况选择。例如：在西藏巴河考虑到该地区缺水少电，交通不便等因素，选择了武汉RDMS内外业一体化软件与平板测图相结合的方法。将控制点数据全部输入手簿，外业测量一次完成，内业处理对原始数据按单元进行分割，然后逐个编辑成图后转换为AutoCAD下的.DXF文件格式，经MAPGIS文件格式转换命令将其转换为点、线格式文件，逐项将点、线符号属性通改成与MAPGIS成图相同的点、线文件属性，再部分与平板测图相拼接，最后形成该地区地形图图库。
在采集数据时，操作人员一定要对地物代码应用准确，以免张冠李戴在内业成图时出现错误;在观测开始时，应对测站点进行检查，跑尺人员应严格按照自动成图的要求作业，地形地貌的特征点不得遗漏，不要象手工绘图一样省略部分点(平行体除外);操作人员必须绘一草图，表明每个地物碎部点的属性及相互关系，它是计算机编辑地物图块的依据;测量坎子时，要量取坎子比高，坎下也要进行地形点采集。当一个测区完成后，如果有必要可把数据备份到
其他软盘，然后删除电子手簿中的数据，以免与下一测区数据产生混淆，或数据溢出、造成损失。
2.3内业数据处理
无论是工程进程各阶段的测量工作，还是不同工程的测量工作，都需要根据误差分析和测量平差理论选择适当的测量手段，并对测量成果进行处理和分析，就是说，测量数据处理也是工程测量的重要内容。
(1)数据接收时，RDMS4.5版对比高数据自动加有百公里数，应在编辑中将百公里数删除，否则图形比高与实际不符。
(2)在进行地物编辑时，依照一定顺序，确保地物符号符合实际，计算机只能按照程序依特定方式工作。
(3)建立DTM模型后，应对边缘及不合理三角网进行修改，确保自动计算等高线符合实际地貌。
(4)对等高线的拟合，最好是修改无误后对其批量拟合，这样可提高成图速度。
2.4地形图数据库的建立与管理
图形数据库管理子系统是地理信息系统的重要组成部分。在数据获取过程中，它用于存储和管理地理信息;在数据处理过程中，它既是资料的提供者，也是处理结束的归宿处;在检索和输出过程中，它是形成绘图文件或各类地理数据的来源。图形数据库中的数据经拓扑处理，可行成拓扑数据库，用于各种空间分析。在图幅进库前建立拓扑结构，对输入的地图数据进行正确性检查，根据用户的要求及图幅的质量，实现图幅配准、图幅校正和图幅接边。专业属性库管理子系统，GIS系统应用领域非常广，各领域的专业属性差异甚大，以至不能用一已知属性集描述概括所有的应用专业属性。因此建立一动态属性库是非常必要的。动态就是根据用户的要求能随时扩充和精简属性库的#p#副标题#e#字段(属性项)，修改字段的名称及类型。
数据库要确保数据的质量，数据质量主要包括：位置精度、属性精度、逻辑一致性、完整性、现势性。位置精度即坐标精度，在一定的坐标系统下，以坐标方式反映各种要素关系与地面实际情况吻合的程度，包括位置描述的数学基础，图廓点、格网点、控制点的精度以及平面位置精度、高程精度和图幅边界的接边精度等。属性精度主要反映属性数据的正确性，它涉及分类、代码、属性值以及注记名称的正确性。逻辑一致性指数据定义统一性与描述数据集之间固有的逻辑关系正确性。完整性是指符合选取标准的数据是否全部选取，即该表示的是否都表示了。现势性是指数据库中数据与当前实际情况的符合程度。这些都是数字测绘体系必须确保的。
3数字摄影测量成图
数字摄影测量成图可以说是今后数字测图的一个重要发展方向。就摄影测量本身而言，从测绘的角度上来看数字摄影测量还是利用影像来进行测绘的科学与技术;而从信息科学和计算机视觉科学的角度来看，它是利用影像来重建三维表面模型的科学与技术，也就是在“室内”重建地形的三维表面模型，然后在模型上进行测绘。因此，从本质上来说，它与原来的摄影测量没有区别。因而，在数字摄影测量系统中，整个的生产流程与作业方式，和传统的摄影测量差别似乎不大，但是它给传统的摄影测量带来了重大的变革。
数字摄影测量已在我国的某一地区取得了试验性的成功，在不久的将来将会得到推广普及。它是通过在空中利用数字摄影机所获得的数字影像，内业通过专门的航测软件，在计算机上对数字影像进行像对匹配，建立地面的数字模型，再通过专用的软件来获得数字地图。该方法的特点是可将大量的外业测量工作移到室内完成，它具有成图速度快、精度高而均匀、成本低，不受气候及季节的限制等优点。特别适合于城市密集地区的大面积成图。但是该方法的初期投入较大，如果一个测区较小，它的成本就显得较高。
4结语
本单位自数字化测绘技术应用于生产后，得到了业主和使用单位的好评。数字化测绘技术的探讨，可使作业人员少走弯路、降低出错率。数字化测绘技术的提高，可为提供数字产品奠定基础，并提高了职工的技术素质。随着数字工程的深入发展，GIS技术的不断成熟、GPS技术在各行各业的广泛应用，大力开展数字化测绘技术是测绘单位科技创新的任务和方向、也是提高测绘单位自身实力和经济效益的重要手段。