淺談基于南方CASS制圖軟件的大比例尺數(shù)字化測(cè)圖

1、淺談基于南方CASS制圖軟件的大比例尺數(shù)字化測(cè)圖    摘   要：本文以大比例尺數(shù)字化測(cè)圖為主線，介紹了采用全站儀等先進(jìn)的野外測(cè)量設(shè)備和南方CASS制圖軟件，實(shí)現(xiàn)地圖信息的采集、傳輸、識(shí)別、處理、繪制、編輯和存儲(chǔ)，闡述了數(shù)字化測(cè)圖的基本原理、方法、優(yōu)點(diǎn)，概述了數(shù)字化測(cè)圖對(duì)GIS的發(fā)展影響。 關(guān)鍵詞：數(shù)字化測(cè)圖；數(shù)據(jù)采集；圖形繪制；數(shù)字化優(yōu)點(diǎn)；GIS一、概述  隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量?jī)x器的發(fā)展，數(shù)字化測(cè)圖得到迅猛的發(fā)展，作為以現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字測(cè)圖技術(shù)也呈現(xiàn)出日新月異的變化。目前，以現(xiàn)代測(cè)繪

2、設(shè)備和計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件為主體的數(shù)字測(cè)圖技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域測(cè)繪生產(chǎn)，外業(yè)數(shù)字化測(cè)圖以精度高，成圖周期短，工作效率和經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，逐步取代了常規(guī)的圖解法測(cè)圖。傳統(tǒng)的圖解法測(cè)圖主要有大平板儀測(cè)圖法、小平板儀測(cè)圖法及經(jīng)緯儀與小平板儀聯(lián)合測(cè)圖法等，它主要采用解析法和極坐標(biāo)法測(cè)圖，但由于其成圖周期長(zhǎng)、精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等局限逐漸被淘汰。全野外數(shù)字化測(cè)圖是以計(jì)算機(jī)為核心，在外接輸入輸出設(shè)備(軟、硬件)的支持下，對(duì)地形空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、輸入、成圖、繪圖和管理的測(cè)繪系統(tǒng)。隨著測(cè)繪儀器的更新?lián)Q代和測(cè)圖軟件的逐步完善，利用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器（如GPS接收機(jī)、全站儀等，本文著重以全站儀為例說(shuō)明）和自動(dòng)化成圖軟件（如

3、南方CASS制圖軟件）逐漸取代了原來(lái)的圖解法測(cè)圖作業(yè)模式，并以它的成圖精度高、作業(yè)效率快以及勞動(dòng)強(qiáng)度小等突出特點(diǎn)，使大比例尺地形圖的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生了巨大的變化，測(cè)繪成果真正成為了數(shù)字化產(chǎn)品。目前大比例尺數(shù)字化測(cè)圖主要使用全站儀或GPS采集數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)輔助制圖的方法完成，整個(gè)工作分為三個(gè)階段：即數(shù)據(jù)采集（控制測(cè)量和碎部測(cè)量）；內(nèi)業(yè)繪圖處理（數(shù)據(jù)傳輸、圖形繪制和編輯）；圖紙輸出，外業(yè)檢查。二、野外數(shù)據(jù)采集包括兩個(gè)階段，即圖根控制測(cè)量和地形特征點(diǎn)（碎部點(diǎn)）采集 2.1  圖根控制測(cè)量圖根控制測(cè)量的目的是在高等級(jí)控制測(cè)量的基礎(chǔ)上再加密一些直接供測(cè)圖使用的圖根控制點(diǎn)，以滿足用

4、于測(cè)繪地物地貌的測(cè)站點(diǎn)的需要。圖根控制點(diǎn)的布設(shè)，除要滿足測(cè)量規(guī)范要求，且一幅圖內(nèi)至少有三個(gè)埋石點(diǎn)互相通視，以供后期工程測(cè)量的需要。布設(shè)時(shí)選擇通視條件好的地方，圖根點(diǎn)可稀疏些；地物密集、通視困難的地方，圖根點(diǎn)可密些。線形布設(shè)主要使用附合導(dǎo)線，用經(jīng)檢驗(yàn)后的2秒或6秒全站儀觀測(cè)，觀測(cè)值嚴(yán)格按測(cè)量規(guī)范計(jì)錄，采用平差軟件進(jìn)行平差計(jì)算，各項(xiàng)限差應(yīng)在允許范圍之內(nèi)，如有不符合要求的情況，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)或重測(cè)。2.2  碎部點(diǎn)采集 目前，在全野外數(shù)字測(cè)圖的實(shí)際作業(yè)當(dāng)中，用作數(shù)據(jù)采集的絕大多數(shù)是各種類(lèi)型的全站儀，按照數(shù)據(jù)記錄方式的不同可分為以下3種作業(yè)模式：該模式是將電子平板(筆記本電腦

5、)或PDA手簿通過(guò)專(zhuān)用電纜與全站儀的數(shù)據(jù)傳輸口連接，觀測(cè)數(shù)據(jù)直接進(jìn)入電子平板或PDA手簿，在南方CASS制圖軟件的支持下，現(xiàn)場(chǎng)連線成圖。從理論上講“電子平板法”成圖方式是最理想的成圖方式，由于實(shí)現(xiàn)了所測(cè)即所得，因此能保證成圖質(zhì)量，但是受野外測(cè)繪環(huán)境條件所限，該方法存在以下不足，一是筆記本電池難以維持野外長(zhǎng)時(shí)間工作，二是風(fēng)吹日曬，筆記本損壞太快，造成測(cè)繪成本增高，三是在地形復(fù)雜和建筑物密集區(qū)，設(shè)站頻繁，而“電子平板法”遷站不方便，這就使得“電子平板法”在測(cè)繪生產(chǎn)過(guò)程中不能得到廣泛應(yīng)用。該方法是在全站儀采集數(shù)據(jù)的同時(shí)，繪制觀測(cè)草圖，記錄所測(cè)地物的形狀并注記測(cè)點(diǎn)順序號(hào)，內(nèi)業(yè)將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，在

6、南方CASS制圖軟件的支持下，對(duì)照觀測(cè)草圖進(jìn)行測(cè)點(diǎn)連線及圖形編輯。由于外業(yè)是邊測(cè)量邊畫(huà)草圖，成圖時(shí)的差，錯(cuò)，漏較少，這是此方法的特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：(1)由于外業(yè)測(cè)圖時(shí)需要有專(zhuān)人畫(huà)草圖，而繪草圖并不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作，就是說(shuō)按這種模式作業(yè)，每組至少要增加一名技術(shù)人員。(2)草圖所記點(diǎn)號(hào)與儀器中的點(diǎn)號(hào)要求嚴(yán)格一致，如果點(diǎn)號(hào)一錯(cuò)，所測(cè)地物點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系也就錯(cuò)了。該方法是全站儀加電子手簿測(cè)量，即通過(guò)在電子手簿中編程，按照一定的規(guī)則給每一個(gè)所測(cè)碎部點(diǎn)一個(gè)編碼，碎部點(diǎn)采集自動(dòng)或手動(dòng)輸入電子手簿，一棟建筑可輸入一個(gè)編碼，即一個(gè)編碼對(duì)應(yīng)一組坐標(biāo)值 (X,Y,H)，內(nèi)業(yè)將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，在南方CASS

7、制圖軟件的支持下，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行編碼識(shí)別，并自動(dòng)完成測(cè)點(diǎn)連線，之后進(jìn)行人機(jī)交互繪制圖形。它的優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)簡(jiǎn)碼自動(dòng)繪圖，其設(shè)計(jì)思路是好的，它的缺點(diǎn)是外業(yè)打點(diǎn)最好是按順序立鏡，記憶工作量大。若地物復(fù)雜地區(qū)，多個(gè)地物相互交叉觀測(cè)時(shí)，容易出錯(cuò)。根據(jù)筆者多年的工作實(shí)踐，推薦選擇碎部點(diǎn)編碼作業(yè)模式，因?yàn)樵撃Ｊ街恍鑳蓚€(gè)人為一組即可完成測(cè)圖工作，節(jié)省人力成本，但對(duì)立鏡作業(yè)人員的記憶要求較高。在野外數(shù)據(jù)采集中，若用全站儀測(cè)定所有的碎部點(diǎn)，不僅工作量大，而且根據(jù)實(shí)際地形無(wú)法直接測(cè)定，因而，必須靈活運(yùn)用“測(cè)算法”相結(jié)合，測(cè)定碎部點(diǎn)的坐標(biāo)。比如一棟建筑是四方形的，如果條作允許，只測(cè)三個(gè)角點(diǎn)即可，第四點(diǎn)內(nèi)業(yè)就可在圖紙上做出

8、來(lái)。等高線的自動(dòng)生成要求在測(cè)地形時(shí)，除了測(cè)量特征點(diǎn)外，還應(yīng)盡量多測(cè)一些加密點(diǎn)，在人工地物和地貌測(cè)繪交會(huì)地區(qū)，測(cè)碎部點(diǎn)密度要更大，以滿足計(jì)算機(jī)建模的需要，勾繪出的等高線也就能更加詳盡地反映出地貌。三、內(nèi)業(yè)繪圖處理數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)的內(nèi)業(yè)工作主要是計(jì)算機(jī)操作，一般采用人機(jī)交互圖形編輯技術(shù)，本文以使用南方測(cè)繪儀器公司的CASS制圖軟件進(jìn)行闡述。3.1  數(shù)據(jù)傳輸、處理和圖形編輯將外業(yè)采集來(lái)的數(shù)據(jù)按事先編好的程序傳輸至計(jì)算機(jī)內(nèi)，并將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成軟件所要求的格式，即生成內(nèi)部碼，然后進(jìn)行繪圖處理（定顯示區(qū)、展高程點(diǎn)、展野外測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位、簡(jiǎn)碼識(shí)別），經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，未經(jīng)整飾的地形圖即可顯示在計(jì)算

9、機(jī)屏幕上。用南方CASS制圖軟件繪制圖形，要求作業(yè)人員熟練操作軟件，對(duì)數(shù)據(jù)處理后生成的草圖進(jìn)行修改、整理。此階段要觀測(cè)與跑鏡人員相互溝能，共同完成草圖的繪制，有連線不清楚的先不繪，待以后調(diào)繪時(shí)再去丈量確認(rèn)。等高線的繪制，首先要完成一個(gè)區(qū)域（比如一座山）的數(shù)據(jù)采集（X,Y,H），再利用南方CASS制圖軟件繪制等高線功能，建立三維數(shù)字模型（DTM）等一系列命令操作，由軟件自動(dòng)完成等高線的繪制，由于等高線在繪制時(shí)會(huì)自動(dòng)擬合線體，形成的節(jié)點(diǎn)很多，修改時(shí)非常麻煩。解決方法如下：在生成等高線時(shí)選擇不擬合線，所形成的線體節(jié)點(diǎn)容易拉動(dòng)，使等高線的修改變得非常簡(jiǎn)單，編輯完等高線后再選擇批量擬合，這樣繪出的等高線

10、比較合理、美觀。四、 圖紙輸出，外業(yè)檢查要想得到一幅規(guī)范的地形圖，除要對(duì)數(shù)據(jù)處理后生成的草圖進(jìn)行修改、整理外，還需要加上注記，并填充各種面狀地物符號(hào)等，利用繪圖儀將圖打印出來(lái)，野外對(duì)地形圖進(jìn)行全面巡視檢查、丈量直至補(bǔ)測(cè)，并設(shè)站抽檢，統(tǒng)計(jì)精度，符合要求后再進(jìn)行圖幅的接邊和圖廓整飾處理，最后生成dwg格式文件，最終向用戶提供紙質(zhì)圖和dwg格式的數(shù)字地形圖。五、 數(shù)字化測(cè)圖的優(yōu)點(diǎn)5.1 自動(dòng)化程度高。野外觀測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸，制圖軟件自動(dòng)展點(diǎn)，自動(dòng)化程度高，減少了人工干預(yù)，消除了人為誤差的影響，成圖精度高，也降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，外業(yè)工效大大提高。5.2 測(cè)站

11、覆蓋范圍大。數(shù)字化測(cè)圖采用全站儀或GPS，能自動(dòng)地同時(shí)測(cè)定角度和邊長(zhǎng)，所以一般用“極坐標(biāo)法”測(cè)定地形碎部點(diǎn)。由于全站儀或GPS具有很高的測(cè)距精度，因此在通視良好、定向邊較長(zhǎng)的情況下，可以放寬測(cè)站點(diǎn)到碎部點(diǎn)間的距離，擴(kuò)大測(cè)站點(diǎn)的覆蓋范圍。 5.3 成圖周期短。數(shù)字化測(cè)圖在內(nèi)業(yè)工作中充分利用現(xiàn)代技術(shù)手段，利用計(jì)算機(jī)和地形圖成圖軟件對(duì)野外測(cè)量采集的數(shù)據(jù)與地形信息進(jìn)行處理，繪制出的圖形統(tǒng)一、整齊、規(guī)范，并且提高了內(nèi)業(yè)成圖的速度，縮短了成圖周期，降低了生產(chǎn)成本。5.4 用途廣范。數(shù)字化測(cè)圖可以一測(cè)多用，避免了重復(fù)測(cè)繪造成的浪費(fèi)。最值得一提的是比例尺的變換，有了大比例尺數(shù)字化

12、地形圖，用南方CASS制圖軟件可任意制作不同中小比例尺的地形圖，靈活、方便、快捷。六、數(shù)字化測(cè)圖是建立地理信息系統(tǒng)(GIS)的基礎(chǔ)隨著地理信息系統(tǒng)的不斷發(fā)展，GIS的空間功能應(yīng)用將不斷增強(qiáng)和完善，作為GIS的前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)-數(shù)字化測(cè)圖，必須更好地滿足GIS對(duì)基礎(chǔ)地理信息的要求。地形圖不再是簡(jiǎn)單的點(diǎn)、線、面的組合，而應(yīng)是空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的集合。野外數(shù)據(jù)采集時(shí)，不僅僅是采集空間數(shù)據(jù)，同時(shí)還必須采集相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)，南方CASS數(shù)字化測(cè)圖軟件，基本能滿足構(gòu)建GIS系統(tǒng)的要求，但對(duì)于整個(gè)測(cè)繪行業(yè)而言，統(tǒng)一規(guī)范化的數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng)(包括科學(xué)的編碼體系、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)一的分層標(biāo)準(zhǔn)和完善的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、交換功能) 應(yīng)受到測(cè)繪行業(yè)的普遍重視。七、結(jié)束語(yǔ) 本文結(jié)合數(shù)字化測(cè)圖的工作實(shí)踐，對(duì)數(shù)字化測(cè)圖在外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、圖形編輯和數(shù)字化測(cè)圖的優(yōu)點(diǎn)等方面進(jìn)行了分析，對(duì)數(shù)字化測(cè)圖工作具有重要的指導(dǎo)意義。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，全野外數(shù)字測(cè)圖技術(shù)必將會(huì)在包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、硬件設(shè)備以及軟件系統(tǒng)方面得到