數(shù)字化應(yīng)用與發(fā)展.doc

畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：數(shù)字化測圖應(yīng)用與發(fā)展系 部 測繪工程系 專 業(yè) 名 稱 工程測量 班 級 1033 姓 名 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 目錄摘要：10 引 言：11 數(shù)字化測圖概念11.1 數(shù)字化測圖簡介11.2 數(shù)字化測圖與傳統(tǒng)測圖（白紙測圖）的比較21.2.1傳統(tǒng)測圖的不足21.2.2數(shù)字化測圖優(yōu)點21.3數(shù)字化測圖現(xiàn)狀32 數(shù)字化測圖作業(yè)方法42.1 數(shù)字化測圖外業(yè)作業(yè)方法42.1.1數(shù)據(jù)采集42.2數(shù)字化測圖內(nèi)頁數(shù)據(jù)處理53 數(shù)字化測圖未來發(fā)展展望64 結(jié)束語7致謝:7參考文獻(xiàn)：8數(shù)字化測圖應(yīng)用與發(fā)展 摘要：隨著計算機(jī)技術(shù)、空間技術(shù)、通信技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的測繪技術(shù)發(fā)生了巨大的變革，以及電子全站儀、GPS-RTK技術(shù)等先進(jìn)測量儀器和技術(shù)的廣泛應(yīng)用，地形測量由傳統(tǒng)的白紙測圖向全站儀、GPS-RTK等先進(jìn)的測圖方式上發(fā)展，測圖過程也實現(xiàn)了自動化和數(shù)字化。為適應(yīng)時代經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，數(shù)字化測圖技術(shù)應(yīng)運而生。數(shù)字測圖與傳統(tǒng)測圖相比，以其特有的高自動化、全數(shù)字化、高精度的優(yōu)勢迅速的在測繪界得到了應(yīng)用，并具有良好的發(fā)展前景。本文闡述了數(shù)字化測圖的含義、特點以及數(shù)字測圖技術(shù)的應(yīng)用，介紹野外數(shù)據(jù)的采集及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理辦法以及未來發(fā)展展望。數(shù)字測圖技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，極大的促進(jìn)了測繪行業(yè)的自動化和現(xiàn)代化進(jìn)程。關(guān)鍵詞：數(shù)字測圖；數(shù)據(jù)采集；發(fā)展展望0 引 言：隨著時代的不斷前進(jìn)，人類必將進(jìn)入信息時代。信息時代的特征就是數(shù)字化，而數(shù)字化技術(shù)是信息時代的基礎(chǔ)平臺。數(shù)字化就是實現(xiàn)信息采集、處理、傳輸和再現(xiàn)的關(guān)鍵。數(shù)字化測圖技術(shù)對測繪學(xué)科也產(chǎn)生了深刻的影響：它使測量的數(shù)據(jù)采集和繪圖方法發(fā)生了重大的變化，使地形測量從傳統(tǒng)的白紙法測圖變革為數(shù)字化測圖，使測量的成果不僅是繪制在紙上的地形圖，更重要的是提交可供傳輸、處理、共享的數(shù)字地形信息，這將成為信息時代不可缺少的地理信息的重要組成部分。目前，數(shù)字化測圖技術(shù)已越來越多的廣泛用于測繪生產(chǎn)中，數(shù)字地形圖在地理信息、水利水電工程、土地管理、城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)和軍事工程等部門得到廣泛應(yīng)用，而且許多測繪部門已經(jīng)形成了數(shù)字化圖的規(guī)模生產(chǎn)。數(shù)字測圖技術(shù)成為反映測繪技術(shù)現(xiàn)代化水平的標(biāo)志之一，將成為地形測圖的主流，它將為信息時代地理信息的應(yīng)用發(fā)展提供最可靠的保障。因此，學(xué)習(xí)大比例尺數(shù)字測圖的原理、方法，掌握數(shù)字測圖的過程，對今后從事測繪事業(yè)工作打下良好基礎(chǔ)那是很必要的，也是很有意義的。1 數(shù)字化測圖概念1.1數(shù)字化測圖簡介 20世紀(jì)末，隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，測繪的儀器、方法、作業(yè)手段和成果形式都發(fā)生了極大變化。20世紀(jì)80年代產(chǎn)生了全站儀、GPS及電子數(shù)據(jù)終端，并逐步地構(gòu)成了野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代初，測繪科技人員將其與內(nèi)頁機(jī)助制圖系統(tǒng)相結(jié)合，形成了從野外數(shù)據(jù)采集到內(nèi)頁成圖全過程數(shù)字化和自動化的測量制圖系統(tǒng)，人們通常將這種測圖方式稱為野外數(shù)字測圖或地面數(shù)字測圖（簡稱數(shù)字測圖）。 我國大比例尺數(shù)字化測圖測圖系統(tǒng)發(fā)展有四個階段，20世紀(jì)80年代初到1987年為第一階段，主要是引進(jìn)國外大比例尺測圖系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)及研究階段。該階段我國研制的數(shù)字化測圖的代表作是北京測繪院研制的“DGJ大比例尺工程圖機(jī)數(shù)字化測圖系統(tǒng)助成圖系統(tǒng)”。19881991年為第二階段，這一階段研制成功了數(shù)十套大比例尺數(shù)字化測圖系統(tǒng)，并都在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。19911997年為總結(jié)、優(yōu)化和應(yīng)用推廣階段，提出一些新的數(shù)字化測圖方法。1997年后為數(shù)字化測圖技術(shù)的全面成熟階段，數(shù)字化測圖系統(tǒng)成為GIS（地理信息系統(tǒng)）的一個子系統(tǒng)。我國測繪事業(yè)開始步入數(shù)字化測圖時代。1.2數(shù)字化測圖與傳統(tǒng)測圖（白紙測圖）比較1.2.1傳統(tǒng)測圖的不足 實質(zhì)上是將測得的觀測值（數(shù)字）用圖解的方法轉(zhuǎn)化為圖形。這轉(zhuǎn)化過程幾乎都是野外實現(xiàn)的，即使的原圖的室內(nèi)整飾一般也要在測區(qū)駐地完成，因此勞動強(qiáng)度較大，與此同時，這個轉(zhuǎn)化過程還使得測得的數(shù)據(jù)所達(dá)到的精度大幅度降低。然而在信息劇增，日新月異的今天，一紙之圖已難以承載諸多圖形信息，加之變更、修改也極不方便，因此這種傳統(tǒng)的地形測圖已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需要。1.2.2數(shù)字化測圖的優(yōu)點數(shù)字測圖就是要實現(xiàn)豐富的地形信息和地理信息數(shù)字化和作業(yè)過程的自動化或半自動化。數(shù)字化測圖有以下優(yōu)點。1.點位精度高傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀配合平板、量角器的圖解測圖方法,其地物點的平面位置誤差主要受展繪誤差和測定誤差;測定地物點的視距誤差和方向誤差;地形圖上地物點的刺點誤差等影響.實際的圖上誤差可達(dá)0.47.經(jīng)緯儀視距法測定地形點高程時,即使在較平坦地區(qū)(06)視距為150米,地形點高程測定誤差也達(dá)0.06米而且隨著傾斜角的增大高程測定誤差會急劇增加.如在1:500的地籍測量中測繪房屋要用皮尺或鋼尺量距用坐標(biāo)法展點.普及了紅外測距儀和電子速測儀,雖然測距和測角的精度大大提高,但是沿用白紙測圖的方法繪制的地形圖卻體現(xiàn)不出儀器精度的提高.也就是說無論怎樣提高測距和測角的精度,圖解地形圖的精度變化不大,浪費了應(yīng)有的精度.這就是白紙測圖致命的弱點.而數(shù)字化測圖則不同,若距離在300m以內(nèi)時測定地物點誤差約為,測定地形點高差約為18.電子速測儀的測量數(shù)據(jù)作為電子信息可以自動傳輸、記錄、存儲、處理和成圖.在全過程中原始數(shù)據(jù)的精度毫無損失,從而獲得高精度(與儀器測量同精度)的測量成果.數(shù)字地形圖最好地反映了外業(yè)測量的高精度,也是最好地體現(xiàn)了儀器發(fā)展更新、精度提高的高科技進(jìn)步的價值。2.改進(jìn)了作業(yè)方式傳統(tǒng)的方式主要是通過手工操作,外業(yè)人工記錄、人工繪制地形圖;并且在圖上人工量算坐標(biāo)、距離和面積等.數(shù)字測圖則使野外測量達(dá)到自動記錄、自動解算處理、自動成圖,并且提供了方便使用的數(shù)字地圖軟盤.數(shù)字測圖自動化的程度高,出錯(讀錯、記錯、展錯)的概率小,能自動提取坐標(biāo)、距離、方位和面積等.繪圖的地形圖精確、規(guī)范、美觀。3.便于圖件的更新城鎮(zhèn)的發(fā)展加速了城鎮(zhèn)建筑物和結(jié)構(gòu)的變化,采用地面數(shù)字測圖能克服大比例尺白紙測圖連續(xù)更新的困實地房屋的改建擴(kuò)建、變更地籍或房產(chǎn)時,只須輸入有關(guān)的信息,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理就能方便地做到更新和修改,始終保持圖面整體的可靠性和現(xiàn)勢性。4.加了地圖的表現(xiàn)力計算機(jī)與顯示器、打印機(jī)聯(lián)機(jī),可以顯示或打印各種資料信息;與繪圖機(jī)聯(lián)機(jī)時,可以繪制各種比例尺的地形也可以分層輸出各類專題地圖,滿足不同的用戶的需要。5.方便成果的深加工利用數(shù)字化測圖的成果是分層存放,不受圖面負(fù)載量的限制,從而便于成果的加工利用.比如EPSW軟件定義11層(用戶還可以根據(jù)需要定義新層),房屋、電力線、鐵路、道路、水系地貌等存于不同的層中,通過打開或關(guān)閉不同的層得到所需的各類專題圖,如管線圖、水系圖、道路圖、房屋圖等。6.可作為GIS的重要信息源地理信息系統(tǒng)具有方便的信息查詢功能、空間分析功能、以及輔助決策功能,在國民經(jīng)濟(jì)、辦公自動化及人們?nèi)粘Ｉ钪卸加袕V泛的應(yīng)用.數(shù)字化測圖作為GIS的信息源,能及時地提供各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新GIS的數(shù)據(jù)庫。1.3數(shù)字化測圖現(xiàn)狀數(shù)字化成圖是由制圖自動化開始的。20世紀(jì)50年代美國國防部制圖局開始研究制圖自動化問題，這一研究同時推動了制圖自動化配套設(shè)備的研制與開發(fā)。20世紀(jì)70年代初，制圖自動化已經(jīng)形成規(guī)模生產(chǎn)，在美國、加拿大及歐洲各國，在相關(guān)重要部門都建立了自動化制圖系統(tǒng)。當(dāng)時的自動化制圖主要包括數(shù)字化儀、掃描儀、計算機(jī)及顯示系統(tǒng)四個部分。其成圖過程是：將地形圖數(shù)字化，再由繪圖儀在透明塑料片上回放出地形圖，并與原始地形圖疊置以修正錯誤。大比例尺地面數(shù)字化測圖是20世紀(jì)70年代電子速測儀問世后發(fā)展起來的，80年代初全站儀型數(shù)字速測儀的迅猛發(fā)展加速了數(shù)字測圖的研究和應(yīng)用。我國從1983年開始開展數(shù)字測圖的研究工作。目前，數(shù)字測圖技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)趨于成熟，它已經(jīng)作為主要的成圖方法取代了傳統(tǒng)的圖解法測圖。其發(fā)展過程大體上可以分為兩個階段。第一階段主要是利用全站儀采集數(shù)據(jù)，電子手簿記錄，同時人工繪制標(biāo)注測點點號的草圖到室內(nèi)將測量數(shù)據(jù)直接由記錄器傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，再由人工按草圖編輯圖形文件，并鍵入計算機(jī)自動生成圖形，經(jīng)人機(jī)交互編輯修改，最終生成數(shù)字地形圖，由繪圖儀繪制地形圖。第二階段仍采用野外測記模式，但是成圖軟件有了實質(zhì)性的進(jìn)展。一是開發(fā)出了智能化的外業(yè)數(shù)據(jù)采集軟件；二是計算機(jī)成圖軟件能直接對接收的地形信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了載波相位差分技術(shù)，又稱為RTK(Real Time Kinematic)實時動態(tài)定位技術(shù)，這種測量模式是位于基準(zhǔn)站（已知的基準(zhǔn)點）的GPS接收機(jī)通過數(shù)據(jù)鏈接將其觀測值及基準(zhǔn)站坐標(biāo)信息一起發(fā)給流動站的GPS接收機(jī)，流動站不僅接收來自參考站的數(shù)據(jù)，還直接接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的觀測數(shù)據(jù)組成相位差分觀測值，進(jìn)行實時處理，能夠?qū)崟r提供測點在制定在坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)成果，在20km測程內(nèi)可以達(dá)到厘米級的測量精度。實時差分觀測時間短，并能實時給出定位坐標(biāo)?？梢灶A(yù)料，隨著RTK技術(shù)的不斷完善和更輕小型、價格更低廉的RTK模式GPS接收機(jī)的出現(xiàn)，GPS數(shù)字測圖系統(tǒng)將在開闊地區(qū)成為地面數(shù)字測圖的主要方法。2 數(shù)字化測圖作業(yè)方法21數(shù)字化測圖外業(yè)作業(yè)方法2.1.1數(shù)據(jù)采集數(shù)字測圖的數(shù)據(jù)采集主要有以下幾種方法：GPS法，即通過GPS接收機(jī)采集野外碎部點的信息數(shù)據(jù)；航測法，即通過航空攝影測量和遙感手段采集地形點的信息數(shù)據(jù)；數(shù)字化儀法，即通過數(shù)字化儀在已有地圖上采集信息數(shù)據(jù)；大地測量儀器法，即通過全站儀、測距儀、經(jīng)緯儀等大地測量儀器實現(xiàn)碎部點野外數(shù)據(jù)采集。目前我國主要采用數(shù)字化儀法、航測法和大地測量儀器法采集數(shù)據(jù)。前兩者主要是室內(nèi)作業(yè)采集數(shù)據(jù)，大地測量儀器法是野外采集數(shù)據(jù)?，F(xiàn)對著我國主要采用的采集方法進(jìn)行詳述。原圖數(shù)字化采集通常有兩種方法：數(shù)字化儀數(shù)字化和掃描儀數(shù)字化。目前，我國主要采用掃描矢量化對舊的地形圖進(jìn)行數(shù)字化，再對舊的地形圖進(jìn)行修測，可較快的得到數(shù)字圖。航片數(shù)據(jù)采集就是利用測區(qū)的航空攝影測量獲得的立體像對，在解析測圖儀上或在經(jīng)過改裝的立體量測儀上采集地形特征點，自動轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信息。這種方法工作量輕，采集速度快，是我國測繪基本圖的主要方法大地測量儀器法就是用全站儀或測距儀、經(jīng)緯儀等大地測量儀器進(jìn)行實地測量，并將野外采集的數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)诫娮邮植?、磁卡或便攜機(jī)，現(xiàn)場自動記錄.它主要用于沒有底圖的地區(qū)，因為要用全站儀實地測量，精度最高，但是費用也高。1.全站儀是全站型電子速測儀簡稱，又稱為“電子全站儀”，它是一種集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測量儀器，是集水平角、垂直角、距離、高差測量功能于一體的測繪系統(tǒng)。廣泛應(yīng)用于控制測量、地形測量地籍與房產(chǎn)測量、施工放樣等的電子測量儀器2. GPS-RTK技術(shù)是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)差分地位技術(shù)2,3，能實時提供觀測點的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級的精度。 圖1 RTK工作原理示意圖在已知點上架設(shè)基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)，連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號?；鶞?zhǔn)站實時的將測量的數(shù)據(jù)通過無線電傳送給流動站，流動站接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收來自基準(zhǔn)站的信息，將載波相位觀測值實時進(jìn)行差分處理，根據(jù)相對定位的原理，得到基準(zhǔn)站和流動站的基線向量（X，Y，Z），基線向量加上基準(zhǔn)站的坐標(biāo)，實時地顯示用戶站的坐標(biāo)和高程以及精度3。RTK工作原理如圖1所示。2.2數(shù)字化測圖內(nèi)頁處理 任何復(fù)雜的圖形都是由基本圖形元素（如點、直線、圓、弧等）組成的。為了能在圖形輸出設(shè)備上生成圖形，計算機(jī)繪圖等程序要提供基本圖形元素的類型以及確定其位置的坐標(biāo)和其它有關(guān)參數(shù)，如顏色、線型等。由于計算機(jī)圖形輸出設(shè)備在二維空間（平面上）生成圖形，所以其繪圖程序的主要數(shù)字原理是平面解析幾何和數(shù)值分析。眾所周知，傳統(tǒng)的白紙測圖，其實質(zhì)是圖解法測圖，在測圖過程中，將測得的觀測值 數(shù)字值按圖解法轉(zhuǎn)化為靜態(tài)的線劃地形 這種轉(zhuǎn)化使得所測數(shù)據(jù)精度大大降低，設(shè)計人員用圖時又要產(chǎn)生角析誤差。數(shù)字化測圖技術(shù)的展開使得上述問題迎刃而解。 數(shù)字測圖的內(nèi)頁必須借助專業(yè)的數(shù)字測圖軟件完成，數(shù)字測圖軟件是數(shù)字測圖系統(tǒng)中重要的組成部分。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的過程，主要是通過計算機(jī)及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)對全站儀采集來的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，并自動快速生成圖形，經(jīng)修改編輯后通過繪圖儀輸出打印成圖。主要用的成圖軟件有南方測繪儀器公司的“數(shù)字化地形地籍成圖系統(tǒng)CASS”系列、清華三維和北京威遠(yuǎn)圖的SV300系列等。數(shù)字測圖的基本過程見圖2原圖數(shù)字化航片數(shù)字采集幾何信息屬性信息野外數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)孛材Ｐ偷匚锬Ｐ屠L草圖存盤繪圖文件屏幕編輯數(shù)據(jù)處理地形圖 圖2 數(shù)字化測圖基本過程3 數(shù)字化測圖未來發(fā)展展望在現(xiàn)在科技發(fā)展如此迅猛的環(huán)境下，產(chǎn)生了大量的新技術(shù)新方法。數(shù)字化測圖的技術(shù)也在不斷完善和創(chuàng)新。全數(shù)字地形測圖不只在方法上有所改進(jìn)，在技術(shù)上也有本質(zhì)的飛躍。科技是第一生產(chǎn)力，未來數(shù)字化測圖的作業(yè)方法將由編碼方法向無碼方法轉(zhuǎn)變，提高成圖質(zhì)量，也從對作業(yè)人員操作技能的要求轉(zhuǎn)到提升作業(yè)人員的理論水平。今后的測量儀器更向免棱鏡，自動將處理數(shù)據(jù)，自動成圖，完全減輕測量員勞動強(qiáng)度，減少作業(yè)人數(shù)的方向發(fā)展。各種數(shù)字化測圖標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格要統(tǒng)一，坐標(biāo)要統(tǒng)一，數(shù)據(jù)格式要統(tǒng)一以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。全站儀自動跟蹤測量模式全站儀能自動跟蹤照準(zhǔn)立在測點上的棱鏡，通過無線數(shù)字通信將測量數(shù)據(jù)自動傳輸給棱鏡站的電子平板記錄成圖，實現(xiàn)了測站無人值守的遙控測量。GPSRTK將不再受天氣，地域條件影響的新儀器會出現(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，各種操作簡便，精度高的儀器將會產(chǎn)出，地圖將不會局限于一個小區(qū)域，比例尺概念將會淡化，代之以更具體的地形、地物的表達(dá)要求。大力促進(jìn)工程測量技術(shù)方法與手段的更新?lián)Q代，積極推廣和應(yīng)用，充分利用GPS技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、攝影測量技術(shù)，把傳統(tǒng)的手工測量向電子化、數(shù)字化、自動化方向發(fā)展。測繪也將綜合更多學(xué)科，更多新技術(shù)、新理論、新科技將應(yīng)用于測繪工程。4 結(jié)束語科學(xué)在進(jìn)步，社會在發(fā)展。測繪也將會融入人生活中。傳統(tǒng)的測圖方法正逐步被不斷涌現(xiàn)的新儀器、新設(shè)備、新技術(shù)、新方法所取代。數(shù)字化測圖是為以后建設(shè)信息化提供必要的圖形信息，讓建設(shè)更規(guī)范，定位更準(zhǔn)確。數(shù)字化測圖已經(jīng)成為我們生活的一部分，不可分割。相信，數(shù)字化測圖技術(shù)在國內(nèi)必將逐步的走向成熟。而且，隨著測繪儀器的不斷更新，以及測繪軟件的發(fā)展，數(shù)字化測圖技術(shù)定會走向新的高潮，數(shù)字城市，數(shù)字中國、甚至數(shù)字地球?qū)鸩桨l(fā)展起來，它們將是數(shù)字測圖發(fā)展的方向和目標(biāo)。技術(shù)在更新，我們的知識也需要更新，所以現(xiàn)在的我們還要不停的學(xué)習(xí)新知識，為自己的將來而奮斗。致謝:時光荏苒，轉(zhuǎn)瞬間，我已經(jīng)在四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院度過了三個年頭。學(xué)校從5.12地震中風(fēng)雨走來，成長起來。學(xué)校鳳凰涅槃，從都江堰老本部轉(zhuǎn)戰(zhàn)到羊馬新校區(qū)，我們也在學(xué)校中不斷成長，變得堅強(qiáng)。三年大學(xué)光陰讓我成長，讓我從青澀走向成熟。大學(xué)三年將是我們?nèi)松霓D(zhuǎn)折點譜寫不同的軌跡。本論文要感謝我的指導(dǎo)老師熊老師，感謝他的細(xì)心幫助和指導(dǎo)論文的修改，對學(xué)生的耐心指導(dǎo)。在此謹(jǐn)向熊老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在這短暫的大學(xué)生活中,所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識、技能，更重要是在閱讀、實踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力、解決問題的方式。首先要感謝我的老師們。本著“授人以魚，不如授人以漁”的教學(xué)傳統(tǒng)，老師正是以自己的言行身教來教育指導(dǎo)我們。測量本著對數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)對工作嚴(yán)謹(jǐn)，不準(zhǔn)數(shù)據(jù)造假。這些都是學(xué)校老師在教導(dǎo)我們學(xué)習(xí)時多次強(qiáng)