A. 地面数字化地形测量工作浅议
1 引言
全球电子工业的迅猛发展，给测绘行业带来了新的变革，测绘技术获得了巨大的发展，各种电子测绘仪器和先进的测绘手段逐步应用于生产。电子计算机及全站仪的普及，使地形图的成图方法由传统的经纬仪加小平板手工绘图或大平板手工绘图全面向全站仪获取信息配合计算机这一数字化测图的方向发展。
信息化、数字化技术发展以来，现在数字化测图技术以其测量精度高、成图速度快、容易更新、工作效率高等一系列的优点，配合相关的成图软件，已在全国城市开发、矿山建设、工程施工等方面的地形图测绘中得到了广泛的应用。我们结合长期从事数字化测图工作，就数字成图中的几个方面谈一些简单的体会。
2 目前主要应用的几种作业方法
目前在我国，获得数字地图的主要方法有3种i原图数字化、航测数字成图、地面数字测图。但不管哪种方法，其主要作业过程均为三个步骤：数据采集、数据处理及地形图的数据输出（打印图纸、提供光盘等）。
2.1 原图数字化
当一个城市（地区）需要用到数字地形图而一时因经费困难或受到时间等原因的限制时，该方法是再适宜不过的了。它能够充分地利用现有的地形图，仅需配备计算机、数字化仪、绘图仪再配以一种数字化软件就可以开展工作，并且可以在很短的时间内获得数字的成果。如一时连购买设备的经费也难以落实，也可让具备有图纸数字化能力的测绘单位代而为之。它的工作方法有两种：手扶跟踪数字化及扫描矢量化后数字化，其中后一种要比前一种的精度高、效率高，但扫描矢量化需要购买相关的软件，也需要一定的成本。但是，利用该方法所获得的数字地形图其精度是受原图精度影响的，再加上进行数字化过程中所产生的各种误差，所以，它的精度要比原图的精度还要差，而且它所反映的是原图成图时地表上的各种地物地貌。在经济比较发达的城镇，该方法对有变化的或新增的地物地貌就不能很好的表现。若是在偏僻的山区对精度要求不高的情况下，可以把原图数字化以提高工程进度，该方法有一定局限性。
现在，为了充分利用该法得到的数字地图，也可通过在修测、补测时，再实测一部分原地物点的精确坐标，把实测的坐标展在原图上，通过软件纠正，可在一定的程度上提高原有图的精度。但总体精度还是不够均匀，这样的地形图只能应用于简单的或粗略的设计或画线用，如果用于较严格的建设工程或规划工程则不能达到预期目的。
2.2 航测数字成图
当一个地区（或测区）很大时，就可以利用航空摄像机在空中摄取地面的影像，通过航测软件对拍摄影像的一些几何纠正，生成航片再通过外业判读，在内业建立地面的模型，通过计算机用绘图软件在模型上量测，直接获得数字地形图。随着科技的进步，数码航空相机已取代传统胶片相机，获得影像的精度也有了很大的提高，应用领域也很广泛，这将是今后数字测图的一个重要发展方向。
该方法的特点是可将大量的外业测量工作移到室内完成，外业只需要相片控制测量和野外调绘工作，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。但是该方法的初期投入较大，需要大量的处理软件、计算机工作站等大型设备，同时需要有一定素质的专业技术人员才能完成。因此，它特别适用于某一地区的大面积成图，如果一个测区较小，它的成本就显得较高。
2.3 地面数字测图
为满足城市规划开发和划拨地以及土地利用等高精度要求，城市建设部门、土地管理部门迫切需要精度高的大比例尺地形图，其主要获取来源还是采用地面数字测图的方法，主要是采用全站仪、电子平板外业采集数据，再用相关的成图软件进行内业处理，最终形成数字化地形图。此方法是目前许多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形图的特点是测量仪器比较容易操作，一般普通文化程度的人员都能学会，成图软件大多是汉化的，各种符号比较齐全，通信方便，操作简单，测量精度高，成图精度相应也比较高，重要地物相对于邻近控制点的精度可以控制在5cm以内，完全满足城市规划、地籍及土地管理等方面的图件精度要求。此作业方法比较灵活，可以任意大小的测区进行快速更新和补测修测工作。
3 地面数字化地形测量工作简述
3.1 控制测量与图根测量
在地面数字化地形测量工作中，随着GPS技术的发展及全站仪的普及，控制网的布设形式更加灵活多样。控制测量的工作与传统的控制测量相比更简便，工作效率也比较高。现在，平面控制测量工作主要有以下几种方法。
（1）利用静态GPS配合导线法。在国家等级控制点或城市基本控制点的基础上、在测区建立静态GPS控制网，根据测区的面积和居民地及地形情况，适当布设控制点的个数，居民地及复杂地区配合全站仪导线测量。
（2）利用动态GPS。RTK测量直接实测图根点。现在RTK平面精度一般能达到10mm+1ppm，已远远满足图根导线1∶5000的精度，这样大大减少了平面控制测量工作，利用动态GPS RTK测量可以直接得到图根点成果。若是村庄比较密集，可再进行二级图根加密。
（3）单一导线或导线网法。随着全站仪的广泛普及应用，进行导线测量变得十分方便，而且相应的平差软件也比较多，计算也很容易，加之导线布设形式比较随意灵活，观测方便，不失为首级控制和图根控制的好方法。因此，对于施工面积比较小的控制点比较近的测区或居民地街道等测区，就可以直接采用导线法进行。
总之，随着现代先进测绘仪器的不断应用，进行控制测量工作的手段和技术不断完善，工作效率也有了较大的提高。近年来，在浙江许多城市进行1∶500数字化地形测量工作时，大多采用的是静态GPS配合导线方法。即根据测区面积大小，先在测区利用四台加拿大Smart 3100IS接收机，观测了若干个首级控制点，然后按照每幅图平均需要点的数量要求，进行图根点导线测量工作，在村庄和树木密集的地区适当增加部分图根点。
控制点高程测量是根据测区地形情况和甲方要求，主要还是采用水准测量、三角高程测量或全站仪直接高差方法进行，如果已知高程点较多，也可以采用GPS高程拟合方法进行，但大家知道GPS高程拟合的精度比较其他方法要低，在精度要求不高的情况下可以采用。
3.2 野外测图
3.2.1 数字测图与传统平板测图精度的比较
众所周知，在传统平板测图中，地面点平面位置的误差至少受下列误差的影响比较大：①图根点的展绘误差M展；②测定地物点的距离误差M距；③测定地物点的方向误差M测；④地形图上地物点的刺点误差M刺和绘图误差M绘；⑤清绘时所造成的误差M清。
正是因为上述诸多误差因素影响，普通平板测图方法所得到的地形图上地物点平面位置的误差相对就比较大。而在数字测图中，因为是计算机自动展点，所以图根点与地物点的展绘误差可看作0。则剩下的为M距、M向取决于全站仪的标称精度和测量照准误差。顾及测量中棱镜不到位的因素，在观测时可以在照准后再进行记录数据，这样，实测得的该点平面位置精度相对于图根点的误差较小，从而提高了测量精度。
由此可见，在视线良好的情况下，由于全站仪相对于经纬仪测角、测距精度的提高及计算机的应用，测量碎部点的距离可以放大，图根点的密度可作相应地降低，边长可放宽。对于支站，也可不受2站的限制可以适当放宽要求，一般支3～4站的精度还是可以达到要求的，不过进行支站操作时要认真细心，尽量减少误差。
3.2.2 碎部测量工作
现在许多测绘单位进行碎部测量所使用的全站仪的精度一般为2″或5″，±5mm+5ppm以上的平面精度，而且都是电子自动读数自动存储的，然后进行数据通讯（即数据传输），即可进行内业连点与成图。
我们进行的数字化地形测图工作中，碎部测量的主要方法为全站仪极坐标法，实时将数据记录在仪器中，再配合绘制外业草图，每日工作结束后，及时将全站仪的数据传输到计算机中并进行备份，通过室内连点，取得野外实测的准确图形，在实测得多数碎部点的坐标后，可利用软件中的方向交会、距离交会、十字尺测量法或量算定点等方法来取得其余各点的坐标，再辅以软件中的偏移、拷贝、延伸自动绘制等高线等功能，得到最后的图形。这种作业模式我们认为有以下四条优点：
（1）在测量村庄时，很多时候房屋只能测量前面两个点，宽度却无法测量。跑点人员就可以顺便丈量宽度，实现了测量一次成图，减少了支站和野外巡视的时间，提高了工作效率。
（2）在测绘比较复杂的地区时，可以不按照顺序来跑点，而是实行就近原则，绘图员可以在草图上一一表示清楚，可以实现一遍就可跑完地物，避免了重复跑尺和遗漏，达到省时省力增效的目的。
（3）在进行山区测量时，一般一站只能看到一部分。若在跑尺员已爬上山，但在本站无法看到的情况下，这时绘图员就可在山下支站、定向，并指挥跑点人员自己上山，使作业过程更加灵活。
（4）有了原始的地形草图后，为下一步的室内编辑工作创造了比较优越的条件，因为草图实际上已经是地形图的原形了，而且编辑人员可以随时向绘图员了解实地情况。当然，有的施工单位是采用外业观测输入编码+计算机室内编辑。我们认为仅仅依靠编码容易发生一些错连或漏连，这样造成外业巡视或补测的工作量就相应的增加。
3.3 内业处理
实际上，数字化地形测量工作是一个连贯的工作过程，即每天施工完成的测点数据都是及时地进行传输，内业工作人员及时收集当天各生产组的地形草图，及时编辑处理，保证绘图员在有效的记忆时间里对当天或近日所跑地形进行检查校验，减少二次外业的工作量。
3.3.1 数字化地形图测量软件的选择
地形图测量软件的选择十分重要，首先要看该软件是否适合本单位的实际生产组织情况，二要看其可操作性、界面友好程度、简便易学程度，三要充分考虑甲方需要。
目前测绘成图软件种类较多，有的是本系统或本单位自行开发的，有的是由专门的测绘软件开发商开发的，是以商业目的提供给广大用户使用的。自行开发的软件有很多局限性，不容易被甲方接受。因此，大多生产单位都较多地使用商业软件（如南方CASS系列、北京威远图、清华山维、广州开思等）。
EPSW系列主要用于实测与自动绘制各种大比例尺数字地形图、地籍图、管线图、地物平面图、断面图等，但它的这几个功能是在不同的专门软件中的。它的主要特点如下：①实时成图。充分发挥了原来的平板测图优势，即测即显，在现场成图，真正达到了内外业一体化。②具有多种碎部测量方法。③独创的一步测量法，可以一边测图根，一边测碎部，最后再平差。该软件的最大优点是比较符合有一定野外工作经验的测绘工作者使用，同时又能高效地完成工作，应该说是我国现在电子平板测图系统中做得最好的。因此，深受广大测绘人员的喜爱，也占据了较大的电子平板测图市场。它开创了数字测图的新局面，对我国数字测图技术的推广起到极大的推动作用。但是，它将原来在外业的工作依旧在外业完成，并且外业用的便携计算机很容易损坏。
对于已经熟悉AUTO CAD的用户而言，南方CASS系列、北京威远图、清华山维、广州开思等系列软件则是一个很好的选择。因为它们是基于AUTO CAD平台上开发的数字化测量专用软件。大家知道，AUTO CAD是目前世界上功能强大的绘图软件，几乎它的所有功能都可以在测量专用软件上使用，其输出格式*.D W G也已基本是国内通用格式。同时，这些软件又在AUTO CAD的基础上开发了许多功能，如量算定点、绘制等高线、绘断面图等。除此之外，还提供了地籍表格绘制与图纸管理等功能。因此，强大的功能和友好的界面以及简单易学等优点得到了充分的体现，加上开发商良好的培训和软件升级服务，也是当前诸多单位使用最多的软件，我们目前使用的就是南方C A SS系列数字化测量专用软件。
3.3.2 数据传输
外业测量结束以后，就可以把全站仪用传输线与计算机连起来，进行数据的传输了。独立的传输软件，可以从仪器销售商那里获得。现在大部分成图软件也都有数据传输功能，因此更加方便了。数据存储在电脑里的也都是纯文本格式，有什么需要修改的直接编辑就可以。
3.3.3 南方CASS系列软件内业编辑
（1）展点。打开CASS，在标题栏点击绘图处理，选择展测点点号和高程点。为了容易区分，可分别展为不同的颜色。展绘高程点可给个距离，以去掉一些多余的。
（2）连线。根据外业草图用符号和线型把需要连接的点相连，把测区地物地形如实反映出来。在连线过程中应注意坎子等有向线型的朝向。为了防止线状地物拟合时弧度过大，可在拐弯时增加几个点。对房屋等一些规则的地物，可充分利用几何原理，进行作平行线、拐直角、对称等方法作图。
（3）勾绘等高线。CASS软件在山区地物地貌复杂情况下，生成的等高线往往很杂乱，这时靠手工拖、拉、剪修往往费时费力，而且打断以后线变得特别碎，文件变得很大，操作反应很慢。在使用过程中我们发现，可以先自动生成，然后计曲线和间曲线，用样条曲线命令Spline来重画一遍也非常快，而且此命令画出的线条，无论怎样打断以后，拖动起来都很容易，线条也非常流畅，文件非常小。
（4）文件保存。在作图过程中，可以在自动保存对话框中将自动保存时间设置小一点，5分钟或10分钟，这样在停电或意外死机时只丢失几分钟的工作，同时最好另存一个文件副本进行备份。这样才能确保文件万无一失。
（5）绘制地形底图。在编辑完成后，就可进行打印输出地形底图供野外检查巡视使用。
3.4 野外检查
野外检查巡视是地形测量工作中的重要环节，检查工作的好坏也直接影响到最终成果的质量。在内业连图过程中，不可避免地产生漏连、错连或表示不合理的地方，这其中又以独立地物容易漏，如电线杆、路灯、井盖、等高线等，外业的草图也不能确保百分之百的正确，所以必须要实行外业自检。在野外检查过程中，要坚持全面跑到、看到、量到。严格按照规范要求去检查，及时采取有效措施进行纠正。
3.5 地形图的分幅
一般地形图的分幅按50×50分幅或40×50分幅。在分幅以前最好先作个图幅接合表出来，这样在填每幅图左上角的接合表时就方便一些了。CASS的图框模版放在安装盘Blocks目录下，文件名位Ac50tk.dwg和Ac45tk.dwg，只要把这两个文件的测绘单位、用图单位、测量员、等信息改好，以后调用时方便，不必再一一改正。
3.6 成果图输出
当分好幅、图廓整饰完成以后，就可以打印输出成果了。当第一幅图打印完成后，要拿格网尺来检查打印的图框大小，以不超过0.3mm为准。若超过限差，必须在绘图仪里校准，进行重新设置。由于进纸等原因，在打印过程中也要不断的进行抽查，才能保证产品质量。当检查完成后，应对全部成果进行拷贝或刻录光盘，在甲方验收后连同其他成果一并上缴。
4 结束语
通过我们长期的数字化地形测量工作，积累了不少的经验，在生产实际工作中也掌握了多种地形测量软件的应用，使地形测量工作成为一个重要的市场手段，并优质高效地完成了许多项目，创造了良好的经济和社会效益。