A. 地面數字化地形測量工作淺議
1 引言
全球電子工業的迅猛發展，給測繪行業帶來了新的變革，測繪技術獲得了巨大的發展，各種電子測繪儀器和先進的測繪手段逐步應用於生產。電子計算機及全站儀的普及，使地形圖的成圖方法由傳統的經緯儀加小平板手工繪圖或大平板手工繪圖全面向全站儀獲取信息配合計算機這一數字化測圖的方向發展。
信息化、數字化技術發展以來，現在數字化測圖技術以其測量精度高、成圖速度快、容易更新、工作效率高等一系列的優點，配合相關的成圖軟體，已在全國城市開發、礦山建設、工程施工等方面的地形圖測繪中得到了廣泛的應用。我們結合長期從事數字化測圖工作，就數字成圖中的幾個方面談一些簡單的體會。
2 目前主要應用的幾種作業方法
目前在我國，獲得數字地圖的主要方法有3種i原圖數字化、航測數字成圖、地面數字測圖。但不管哪種方法，其主要作業過程均為三個步驟：數據採集、數據處理及地形圖的數據輸出（列印圖紙、提供光碟等）。
2.1 原圖數字化
當一個城市（地區）需要用到數字地形圖而一時因經費困難或受到時間等原因的限制時，該方法是再適宜不過的了。它能夠充分地利用現有的地形圖，僅需配備計算機、數字化儀、繪圖儀再配以一種數字化軟體就可以開展工作，並且可以在很短的時間內獲得數字的成果。如一時連購買設備的經費也難以落實，也可讓具備有圖紙數字化能力的測繪單位代而為之。它的工作方法有兩種：手扶跟蹤數字化及掃描矢量化後數字化，其中後一種要比前一種的精度高、效率高，但掃描矢量化需要購買相關的軟體，也需要一定的成本。但是，利用該方法所獲得的數字地形圖其精度是受原圖精度影響的，再加上進行數字化過程中所產生的各種誤差，所以，它的精度要比原圖的精度還要差，而且它所反映的是原圖成圖時地表上的各種地物地貌。在經濟比較發達的城鎮，該方法對有變化的或新增的地物地貌就不能很好的表現。若是在偏僻的山區對精度要求不高的情況下，可以把原圖數字化以提高工程進度，該方法有一定局限性。
現在，為了充分利用該法得到的數字地圖，也可通過在修測、補測時，再實測一部分原地物點的精確坐標，把實測的坐標展在原圖上，通過軟體糾正，可在一定的程度上提高原有圖的精度。但總體精度還是不夠均勻，這樣的地形圖只能應用於簡單的或粗略的設計或畫線用，如果用於較嚴格的建設工程或規劃工程則不能達到預期目的。
2.2 航測數字成圖
當一個地區（或測區）很大時，就可以利用航空攝像機在空中攝取地面的影像，通過航測軟體對拍攝影像的一些幾何糾正，生成航片再通過外業判讀，在內業建立地面的模型，通過計算機用繪圖軟體在模型上量測，直接獲得數字地形圖。隨著科技的進步，數碼航空相機已取代傳統膠片相機，獲得影像的精度也有了很大的提高，應用領域也很廣泛，這將是今後數字測圖的一個重要發展方向。
該方法的特點是可將大量的外業測量工作移到室內完成，外業只需要相片控制測量和野外調繪工作，它具有成圖速度快、精度高而均勻、成本低，不受氣候及季節的限制等優點。但是該方法的初期投入較大，需要大量的處理軟體、計算機工作站等大型設備，同時需要有一定素質的專業技術人員才能完成。因此，它特別適用於某一地區的大面積成圖，如果一個測區較小，它的成本就顯得較高。
2.3 地面數字測圖
為滿足城市規劃開發和劃撥地以及土地利用等高精度要求，城市建設部門、土地管理部門迫切需要精度高的大比例尺地形圖，其主要獲取來源還是採用地面數字測圖的方法，主要是採用全站儀、電子平板外業採集數據，再用相關的成圖軟體進行內業處理，最終形成數字化地形圖。此方法是目前許多測繪單位用得最多的數字測圖方法。
採用該方法所得到的數字地形圖的特點是測量儀器比較容易操作，一般普通文化程度的人員都能學會，成圖軟體大多是漢化的，各種符號比較齊全，通信方便，操作簡單，測量精度高，成圖精度相應也比較高，重要地物相對於鄰近控制點的精度可以控制在5cm以內，完全滿足城市規劃、地籍及土地管理等方面的圖件精度要求。此作業方法比較靈活，可以任意大小的測區進行快速更新和補測修測工作。
3 地面數字化地形測量工作簡述
3.1 控制測量與圖根測量
在地面數字化地形測量工作中，隨著GPS技術的發展及全站儀的普及，控制網的布設形式更加靈活多樣。控制測量的工作與傳統的控制測量相比更簡便，工作效率也比較高。現在，平面控制測量工作主要有以下幾種方法。
（1）利用靜態GPS配合導線法。在國家等級控制點或城市基本控制點的基礎上、在測區建立靜態GPS控制網，根據測區的面積和居民地及地形情況，適當布設控制點的個數，居民地及復雜地區配合全站儀導線測量。
（2）利用動態GPS。RTK測量直接實測圖根點。現在RTK平面精度一般能達到10mm+1ppm，已遠遠滿足圖根導線1∶5000的精度，這樣大大減少了平面控制測量工作，利用動態GPS RTK測量可以直接得到圖根點成果。若是村莊比較密集，可再進行二級圖根加密。
（3）單一導線或導線網法。隨著全站儀的廣泛普及應用，進行導線測量變得十分方便，而且相應的平差軟體也比較多，計算也很容易，加之導線布設形式比較隨意靈活，觀測方便，不失為首級控制和圖根控制的好方法。因此，對於施工面積比較小的控制點比較近的測區或居民地街道等測區，就可以直接採用導線法進行。
總之，隨著現代先進測繪儀器的不斷應用，進行控制測量工作的手段和技術不斷完善，工作效率也有了較大的提高。近年來，在浙江許多城市進行1∶500數字化地形測量工作時，大多採用的是靜態GPS配合導線方法。即根據測區面積大小，先在測區利用四台加拿大Smart 3100IS接收機，觀測了若干個首級控制點，然後按照每幅圖平均需要點的數量要求，進行圖根點導線測量工作，在村莊和樹木密集的地區適當增加部分圖根點。
控制點高程測量是根據測區地形情況和甲方要求，主要還是採用水準測量、三角高程測量或全站儀直接高差方法進行，如果已知高程點較多，也可以採用GPS高程擬合方法進行，但大家知道GPS高程擬合的精度比較其他方法要低，在精度要求不高的情況下可以採用。
3.2 野外測圖
3.2.1 數字測圖與傳統平板測圖精度的比較
眾所周知，在傳統平板測圖中，地面點平面位置的誤差至少受下列誤差的影響比較大：①圖根點的展繪誤差M展；②測定地物點的距離誤差M距；③測定地物點的方向誤差M測；④地形圖上地物點的刺點誤差M刺和繪圖誤差M繪；⑤清繪時所造成的誤差M清。
正是因為上述諸多誤差因素影響，普通平板測圖方法所得到的地形圖上地物點平面位置的誤差相對就比較大。而在數字測圖中，因為是計算機自動展點，所以圖根點與地物點的展繪誤差可看作0。則剩下的為M距、M向取決於全站儀的標稱精度和測量照準誤差。顧及測量中棱鏡不到位的因素，在觀測時可以在照準後再進行記錄數據，這樣，實測得的該點平面位置精度相對於圖根點的誤差較小，從而提高了測量精度。
由此可見，在視線良好的情況下，由於全站儀相對於經緯儀測角、測距精度的提高及計算機的應用，測量碎部點的距離可以放大，圖根點的密度可作相應地降低，邊長可放寬。對於支站，也可不受2站的限制可以適當放寬要求，一般支3～4站的精度還是可以達到要求的，不過進行支站操作時要認真細心，盡量減少誤差。
3.2.2 碎部測量工作
現在許多測繪單位進行碎部測量所使用的全站儀的精度一般為2″或5″，±5mm+5ppm以上的平面精度，而且都是電子自動讀數自動存儲的，然後進行數據通訊（即數據傳輸），即可進行內業連點與成圖。
我們進行的數字化地形測圖工作中，碎部測量的主要方法為全站儀極坐標法，實時將數據記錄在儀器中，再配合繪制外業草圖，每日工作結束後，及時將全站儀的數據傳輸到計算機中並進行備份，通過室內連點，取得野外實測的准確圖形，在實測得多數碎部點的坐標後，可利用軟體中的方向交會、距離交會、十字尺測量法或量算定點等方法來取得其餘各點的坐標，再輔以軟體中的偏移、拷貝、延伸自動繪制等高線等功能，得到最後的圖形。這種作業模式我們認為有以下四條優點：
（1）在測量村莊時，很多時候房屋只能測量前面兩個點，寬度卻無法測量。跑點人員就可以順便丈量寬度，實現了測量一次成圖，減少了支站和野外巡視的時間，提高了工作效率。
（2）在測繪比較復雜的地區時，可以不按照順序來跑點，而是實行就近原則，繪圖員可以在草圖上一一表示清楚，可以實現一遍就可跑完地物，避免了重復跑尺和遺漏，達到省時省力增效的目的。
（3）在進行山區測量時，一般一站只能看到一部分。若在跑尺員已爬上山，但在本站無法看到的情況下，這時繪圖員就可在山下支站、定向，並指揮跑點人員自己上山，使作業過程更加靈活。
（4）有了原始的地形草圖後，為下一步的室內編輯工作創造了比較優越的條件，因為草圖實際上已經是地形圖的原形了，而且編輯人員可以隨時向繪圖員了解實地情況。當然，有的施工單位是採用外業觀測輸入編碼+計算機室內編輯。我們認為僅僅依靠編碼容易發生一些錯連或漏連，這樣造成外業巡視或補測的工作量就相應的增加。
3.3 內業處理
實際上，數字化地形測量工作是一個連貫的工作過程，即每天施工完成的測點數據都是及時地進行傳輸，內業工作人員及時收集當天各生產組的地形草圖，及時編輯處理，保證繪圖員在有效的記憶時間里對當天或近日所跑地形進行檢查校驗，減少二次外業的工作量。
3.3.1 數字化地形圖測量軟體的選擇
地形圖測量軟體的選擇十分重要，首先要看該軟體是否適合本單位的實際生產組織情況，二要看其可操作性、界面友好程度、簡便易學程度，三要充分考慮甲方需要。
目前測繪成圖軟體種類較多，有的是本系統或本單位自行開發的，有的是由專門的測繪軟體開發商開發的，是以商業目的提供給廣大用戶使用的。自行開發的軟體有很多局限性，不容易被甲方接受。因此，大多生產單位都較多地使用商業軟體（如南方CASS系列、北京威遠圖、清華山維、廣州開思等）。
EPSW系列主要用於實測與自動繪制各種大比例尺數字地形圖、地籍圖、管線圖、地物平面圖、斷面圖等，但它的這幾個功能是在不同的專門軟體中的。它的主要特點如下：①實時成圖。充分發揮了原來的平板測圖優勢，即測即顯，在現場成圖，真正達到了內外業一體化。②具有多種碎部測量方法。③獨創的一步測量法，可以一邊測圖根，一邊測碎部，最後再平差。該軟體的最大優點是比較符合有一定野外工作經驗的測繪工作者使用，同時又能高效地完成工作，應該說是我國現在電子平板測圖系統中做得最好的。因此，深受廣大測繪人員的喜愛，也占據了較大的電子平板測圖市場。它開創了數字測圖的新局面，對我國數字測圖技術的推廣起到極大的推動作用。但是，它將原來在外業的工作依舊在外業完成，並且外業用的便攜計算機很容易損壞。
對於已經熟悉AUTO CAD的用戶而言，南方CASS系列、北京威遠圖、清華山維、廣州開思等系列軟體則是一個很好的選擇。因為它們是基於AUTO CAD平台上開發的數字化測量專用軟體。大家知道，AUTO CAD是目前世界上功能強大的繪圖軟體，幾乎它的所有功能都可以在測量專用軟體上使用，其輸出格式*.D W G也已基本是國內通用格式。同時，這些軟體又在AUTO CAD的基礎上開發了許多功能，如量算定點、繪制等高線、繪斷面圖等。除此之外，還提供了地籍表格繪制與圖紙管理等功能。因此，強大的功能和友好的界面以及簡單易學等優點得到了充分的體現，加上開發商良好的培訓和軟體升級服務，也是當前諸多單位使用最多的軟體，我們目前使用的就是南方C A SS系列數字化測量專用軟體。
3.3.2 數據傳輸
外業測量結束以後，就可以把全站儀用傳輸線與計算機連起來，進行數據的傳輸了。獨立的傳輸軟體，可以從儀器銷售商那裡獲得。現在大部分成圖軟體也都有數據傳輸功能，因此更加方便了。數據存儲在電腦里的也都是純文本格式，有什麼需要修改的直接編輯就可以。
3.3.3 南方CASS系列軟體內業編輯
（1）展點。打開CASS，在標題欄點擊繪圖處理，選擇展測點點號和高程點。為了容易區分，可分別展為不同的顏色。展繪高程點可給個距離，以去掉一些多餘的。
（2）連線。根據外業草圖用符號和線型把需要連接的點相連，把測區地物地形如實反映出來。在連線過程中應注意坎子等有向線型的朝向。為了防止線狀地物擬合時弧度過大，可在拐彎時增加幾個點。對房屋等一些規則的地物，可充分利用幾何原理，進行作平行線、拐直角、對稱等方法作圖。
（3）勾繪等高線。CASS軟體在山區地物地貌復雜情況下，生成的等高線往往很雜亂，這時靠手工拖、拉、剪修往往費時費力，而且打斷以後線變得特別碎，文件變得很大，操作反應很慢。在使用過程中我們發現，可以先自動生成，然後計曲線和間曲線，用樣條曲線命令Spline來重畫一遍也非常快，而且此命令畫出的線條，無論怎樣打斷以後，拖動起來都很容易，線條也非常流暢，文件非常小。
（4）文件保存。在作圖過程中，可以在自動保存對話框中將自動保存時間設置小一點，5分鍾或10分鍾，這樣在停電或意外死機時只丟失幾分鍾的工作，同時最好另存一個文件副本進行備份。這樣才能確保文件萬無一失。
（5）繪制地形底圖。在編輯完成後，就可進行列印輸出地形底圖供野外檢查巡視使用。
3.4 野外檢查
野外檢查巡視是地形測量工作中的重要環節，檢查工作的好壞也直接影響到最終成果的質量。在內業連圖過程中，不可避免地產生漏連、錯連或表示不合理的地方，這其中又以獨立地物容易漏，如電線桿、路燈、井蓋、等高線等，外業的草圖也不能確保百分之百的正確，所以必須要實行外業自檢。在野外檢查過程中，要堅持全面跑到、看到、量到。嚴格按照規范要求去檢查，及時採取有效措施進行糾正。
3.5 地形圖的分幅
一般地形圖的分幅按50×50分幅或40×50分幅。在分幅以前最好先作個圖幅接合表出來，這樣在填每幅圖左上角的接合表時就方便一些了。CASS的圖框模版放在安裝盤Blocks目錄下，文件名位Ac50tk.dwg和Ac45tk.dwg，只要把這兩個文件的測繪單位、用圖單位、測量員、等信息改好，以後調用時方便，不必再一一改正。
3.6 成果圖輸出
當分好幅、圖廓整飾完成以後，就可以列印輸出成果了。當第一幅圖列印完成後，要拿格網尺來檢查列印的圖框大小，以不超過0.3mm為准。若超過限差，必須在繪圖儀里校準，進行重新設置。由於進紙等原因，在列印過程中也要不斷的進行抽查，才能保證產品質量。當檢查完成後，應對全部成果進行拷貝或刻錄光碟，在甲方驗收後連同其他成果一並上繳。
4 結束語
通過我們長期的數字化地形測量工作，積累了不少的經驗，在生產實際工作中也掌握了多種地形測量軟體的應用，使地形測量工作成為一個重要的市場手段，並優質高效地完成了許多項目，創造了良好的經濟和社會效益。