数字测图原理与方法.doc

第十一章 数字测图原理与方法 第一节 数字化测图概述 传统的白纸测图模拟法测图方法，利用仪器在野外测量角度、距离、高差，并作记录，再由测绘人员模拟测量数据，按图式符号手工展绘到白纸上。这种测图方法效率低，劳动强度大，精度不高，用图不便，而且成图周期长、现势性差。但是在20世纪80年代初期以前，它是我国各种大比例尺测图的最主要的方法。 随着电子技术和计算机技术的发展及其在测绘领域的广泛应用，20世纪70年代红外测距仪的问世与不断的更新换代，80年代开始相继产生了全站型电子速测仪简称为全站仪、电子数据终端即电子手簿，逐步组成了野外测量数据采集系统。与此同时，计算机辅助制图的发展，数控绘图仪的诞生，也逐步组成了内业机助制图系统。这样，于20世纪80年代初，就形成厂一套从外业数据采集到内业制图全过程实现数字化和自动化的大比例尺测量与制图系统。利用这种系统进行测图，就称为大比例尺地面数字化测图或全野外数字化测图，它是一种全解析、机助测图的方法。在实际工作中，人们所讲的大比例尺数字化测图一般就是指地面数字化测图，这也是本章要介绍的内容。除此以外，根据空间数据的来源、采集的仪器和方法的不同，还有航测数字化测图、已有地图数字化测图，有关内容可参阅相应的资料，在此不再赘述。 从模拟测图变革为数字测图，测量的成果不仅可以通过数控绘图仪自动绘制在图纸上，得到图面精确、美观、规范的图解地图，而且可以直接以数字形式贮存在数据载体计算机磁盘、磁带或光盘等上。这种贮存在数据载体上的数字形式的地图，称为数字地图，它将是信息时代不可缺少的地理信息的重要组成部分。 一、数字化测图的基本原理 数字化测图，就是应用计算机及其控制下的一套输入输出设备代替手工测图。其设备除了野外采集数据设备外，还有计算机、绘图仪和联机编辑装置等，统称为硬件。为了实现计算机对整个测图系统过程的自动控制，并完成各项测图任务的计算和处理，必须把完成这些任务的方法和步骤，用计算机能接受的语言或指令表示出采，这就是程序。由于测图任务很复杂， 第180页 所以这些程序也是一个很复杂的系统，统称为软件。有了这些硬件和软件，只要给出需要加上的制图数据，以及必要的制图参数，就可以通过计算机、绘图仪得到所需要的地图。 地图尽管内容丰富，表示方法各不相同，图形变化万千，但概括起来讲，所有图形的几何特征，基本上也都是点、线、面的变化形式。其中点是最基本的变化形式，因为有限个不同的点的集合可组成线，而一切闭合的曲线或多边形可以围成面。因此，图上的切要素都可以看成足点或点的集合。而任何一个点都可以用X，Y，Z来表示，X，Y表示其平面位置，Z表示其属性特征。这种X，Y，Z的点集，不但可以用来描绘各种图形如点、线及面状符号，而且可以用来区分各种图形如河流、交通线、居民地等。这样，一幅图就可以用数字来表示和记录了。 二、数字化测图的基本特点 数字化测图实质上是一种全解析的、机助测图的方法，与模拟白纸测图相比，具有明显的优势和广阔的发展前景。因为，它具有如下的特点。 1．数字化测图使大比例尺测图走向了自动化 数字化测图使野外测量自动记录，自动解算处理，自动成图、绘图，并向用图者提供可处理的数字地图软盘。数字测图自动化的效率高，劳动强度小，错误读错、记错、展错几率少，绘得的地图精确、美观、规范。 2．数字化测图使大比例尺测图走向了数字化 用软盘提供的数字地图，可以传输、处理和多用户共享；可以自动提取点位坐标、两点距离、方位以及地块面积等等；通过接口，数字地图叫以传输给工程CAD计算机辅助设计使用；可供建立各种数据库和信息系统如地图数据库、国土资源管理信息系统、城市规划与管理信息系统等使用；可依软件的性能，方便地进行各种处理如分层处理，从而可绘出各类专题图如地形图、地籍图、道路图、水系图等；只要进行局部的更新，如对改扩建的房屋建筑、变更了的地籍或地形等都可以方便地做到局部修测、局部更新，始终保持数字地图整体的现势性。 3．数字化测图使大比例尺测图实现了高精度 传统的模拟测图方法的比例尺精度，决定了图的最高精度，无论所采用的测量仪器精度多高、测量方法多精确都无济于事。红外测距仪普及以后，测距精度大大提高，达到厘米级精度，而白纸测图的成果模拟图或图解地图，却体现不出仪器测量精度的提高，而被其比例尺精度限制住了；若采用全站仪测量，仍采用白纸测图方式测图，则更是极大的浪费。 数字化测图则不然，全站仪测量的数据作为电子信息，可自动传输、记录、存储、处理、成图、绘图。在这全过程中，原始测量数据的精度毫无损失，从而获得高精度的测量成果。因此，数字地图较好地无损地体现了外业测量的精度。它不仅适应当今科技发展的需要，也适应了现代社会科学管理的需要，如地形测量、地籍测量、管网测量等等，既保证了高精度，又提供了数字化信息，以满足建立各种专业管理信息系统如地形测量与管理信息系统、地籍测量与管理信息系统、地下管网信息系统等的需要。 三、数字化测图的基本配置 目前，国内外数字化测图系统多达几十种，但其基本配置分为硬件和软件两大部分。 第181页 第十二章 施工测量原理与方法 第一节 施工测量概述 当工程进入施工阶段时，首先需要将图纸上设计好的各种建筑物、构筑物的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据，这一测量工作称为测设亦称放样。在整个工程的施工过程中，测设工作是一项经常而重要的工作，测量人员必须具有高度的责任心，在任何情况下，都要保证施工的正常进行。否则，稍有差错，就会给国家造成重大损失。 地形图的测量工作是以地面控制点为基础，测量出控制点至周围各地形特征点的距离、角度、高差以及测点与测点间的相互位置关系等数据，并按一定的比例将这些测点缩绘到图纸上，绘制成图。施工测量也以地面控制点为基础，但却是根据图纸上的建筑物的设计尺寸，计算出各部分特征点与控制点之间的距离、角度或方位角、高差等数据，将建筑物的特征点在实地标定出来，以便施工。施工测量所采用的方法基本上与测图工作所用的方法一致，所用测量仪器基本相同。为了避免测设误差的积累，施工测量必须遵循“由整体到局部、先控制后细部”的组织原则。 施工测量的基本内容可分为平面位置测设和高程测设。根据测设的操作过程不同，测设方法可以归纳为两类直接测设法和归化测设法。直接测设法是根据已知点和测设点之间的几何关系在实地直接测设出测设点的位置的一种方法。归化测设法则是先用直接测设法初步测设出点位，然后将此点作为过渡点，再用测量的方法测定过渡点与已知点之间的关系，计算出过渡点与设计点位的差值，最后在实地上根据该差值将过渡点改正到设计点的位置上。归化测设法的作业过程可用图12-1表示。当直接测设法不能满足测设的精度要求时，可以采用归化测设法，以提高测设的精度。 一、施工测量的目的和内容 施工测量的目的与一般测图工作相反，它是按照设计和施工的要求将设计的建筑物、构筑 第201页 物的平面位置在地面上标定出来，作为施工的依据，并在施工过程中进行一系列的测量工作，以衔接和指导各工序之间的施工。 施工测量贯穿于整个施工过程中，从场地平整、建筑物定位、基础施工，到建筑物构件的安装等工序，都需要进行施工测量，以使建筑物、构筑物各部分的尺寸、位置符合设计要求。其主要内容有 1建立施工控制网。 2建筑物、构筑物的详细测设。 3检查、验收。每道施工工序完工之后，都要通过测量检杏工程各部位的实际位置及高程是否与设计要求相符合。 4变形观测。随着施工的进展，测定建筑物在平面和高程方面产生的位移和沉降，收集整理各种变形资料，作为鉴定工程质量和验证工程设计、施工是否合理的依据。 二、施工测量的原则 为了保证施工能满足设计要求，施工测量与一般测图工作一样，也必须遵循“由整体到局部，先控制后细部”的原则，即先在施工现场建立统一的施工控制网，然后以此为基础，测设建筑物的细部位置。采取这一原则，可以减少误差积累，保证测设精度。 三、施工控制网的布设 1，施工控制网的特点 相对于测图控制网来说，施工控制网一般具有以下特点 1控制范围小，精度要求高，控制点密度大 与测图控制网所控制的范围相比较，工程施工控制网的范围较小。因为在勘测阶段，建筑物位置尚未确定，要进行多个方案比较，因而测图范围较大，要求测图控制范围就大。工程控制网是在工程总体布置已定的情况下进行布设，其控制范围就较小。例如，大型水利枢纽工程，测图控制范围可能达到几十平方公里，而工程控制网的范围一般只有几平方公里或者更小。在这样较小的范围内，工程建筑物布局错综复杂，要求有较多的控制点才能自满足施工测设的需要。 施工控制网点主要用于测设建筑物的主要轴线，这些轴线的测设精度要求较高。例如，水力发电厂房主轴线定位的精度要求为10mm，与地形测图相比，这样的精度要求是相当高的。 2控制点使用频繁 从施工开始至工程竣工的整个施工过程中，测没丁作相当多。在建筑物的不同高度上，建筑物的形状和尺寸一般都不相同。例如，重力拱坝的迎水面；闸墩等建筑物，在不同的高度上具有不同的截面，因此，施工中随着建筑物的增高，要随时测设各高度上的特征点；在浇筑混凝土过程中也要利用控制点检查模板的变形或建筑物中心位置的正确性。所以，控制点使用相当频繁，这就要求控制点坚固稳定，使用方便。 3受施工干扰大 在工程施丁现场，各种施工机械和车辆很多。而且，由于各个建筑物都是分层施工的，其高度相差悬殊较大，影响控制点间的相互通视，给施工测设带来很多困难。因此，控制点的点位分布要恰当，要有足够的密度，以能灵活选择控制点，便于测设。 第202页