水利工程测量及精度分析论文

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【摘要】文章介绍了数字化测图的原理和数字化地形图成果的优点，概述了数字地图在水利工程测量工作中的发展进程，并对数字化测图的精度进行了分析，展望了今后数字化测图的发展方向。

【关键词】数字化测图技术；原理；发展；精度分析

随着现代科技的发展以及计算机辅助设施AutoCAD技术的广泛应用，数字化测图技术也在不断地发展，有关图的概念也发生了深刻的变化，数字测图的成果已不仅仅仅是一张白纸图，数字技术赋予地形图更丰富内涵，它是有关地形的空间信息组合，以计算机硬盘、软盘等为存贮介质，以图形文件的形式提交给设计人员。

一、数字化测图的基本原理及优点

1.数字化测图是以传统的白纸测图原理为基础，以全站仪、计算机及外围设备为工具，采用数字库技术和图形处理方法，实现一套野外数据采集到内业制图的全过程的自动化测量制图系统，称为数字化测图系统。它的实质是解析测图，它实现了将图形的模拟量（地面模型）转化为数字量，经计算机对数字量进行处理，得到内容丰富的电子地图。

2.在传统的白纸测图方法中，地面点平面位置的误差主要受图根点的展绘误差、测定地物点的视距误差、测定地物点的方向误差、地形图上的地物点的刺点误差以及清绘误差等综合因素的影响，而在数字测图中，全站仪强制照准棱镜，测量数据自动记录到手簿或全站仪内部存储器中，展点又是计算机自动展点，所以图根点的展绘误差与地物点的展绘误差可忽略不计，其余各项误差也比普通经纬仪测图时大大减小，所以点位精度非常高，经过实践表明，数字化测图很容易达到《水利水电工程测量规范》规定的点位误差小于图上0.2mm的精度指标。同时数字地图容易存贮，是地理信息系统（GIS）的重要信息来源。另外数字化测图还大大提高了工作效率，缩短了成图的周期。经实践表明：一个作业组在正常情况下用白纸测图的方法一个工作日能测量200个地形点，而采用数字化测图的方法则可以测量400个地物点以上，工作效率提高1倍。

二、数字地图在水利工程测量工作中的发展进程

（一）利用Mapscan微机地图扫描矢量化系统软件扫描矢量化原地形图

利用Mapscan软件首先将地形原图用扫描仪扫成栅格图像，然后再对栅格图像进行旋转校准，矢量化、编辑、整饰，最终得到数字化地形图。换句话说，这就是计算机上进行的一次描图工作。由于地形图原图在被扫描生成*.CAL影像文件的过程中会有一定的偏移和旋转，在数字化的第一步就要对影像文件进行旋转和校准，在这一过程中关于旋转基准点及校准基准点的拾取过程中，操作人员会产生一定的误差，同时在矢量化地形、地物的过程中同样有人为因素的影响。所以说，以这种方式形成的数字化地图的精度比后来内外业一体化所测绘的数字化地图精度偏低。但它的优点就是利用了原有的图纸，它是原有测绘成果向数字化成果转换的必经之路。

（二）利用南方CASS4.0地形成图软件实现内外业一体化测绘数字化地形图

南方公司CASS4.0测量成图软件，采用的作业模式为全站仪+电子手簿野外采用数据，利用软件完成对电子地图的编辑与输出，是真正意义上的数字上化测图。

在数字测图系统中，计算机要处理几何数据（测站坐标）、属性数据以及点与点之间的拓朴关系。而属性数据的拓朴关系是很难像几何数据那样直接用数字来描述的，所以必须按一定的规则构成一些符号（串）来表示它们，这种用来表示地物属性和连接关系的符号（串）就是CASS4.0软件中所称的编码。

野外采集数据分为有码作业和无码作业。两种作业方式比较而言，有码作业方式自动化程度高，内业工作量小，但外业工作中，观测量在测站每点都要输入编码，同时还要考虑点与点之间的连接关系，所以外业速度慢。无码作业方式直观、可靠，提高了外业速度，但是内业工作量稍有增加，自动化程度略有降低。由于两种数据采集的方式各有利弊，所以在实际工作中会根据实际情况选取不同的作业方式。在地形、地貌简单，开阔的地区，利用有码作业方式，连接各地性线之间的关系，简化内业的编辑修改量；在地物繁多、地貌特殊的测区，必须勾绘草图，采用无码作业方式，记录清楚每个点的属性及连接关系，内业对测点进行编辑成图。

（三）利用捷创力600全站仪自定义用户程序实现野外数据采集

捷创力600全站仪具有一个内部存储器，用来存储原始数据、点信息，存储空间完全是自我管理而不需要连接外部控制设备，存储文件分区域（Area）文件和工作（Job）文件。根据野外测图时所要记录的信息，在全站仪上自定义用户程序P2为测图时使用的程序，它的结构与说明如表1。

利用这个程序便可以在野外采集数据，并利用全站仪上P54程序完成工作文件从全站仪内存传输到计算机的工作。

全站仪采集数据与南方电子手簿采集数据相比，优点在于它是利用内存记录数据，有着多层保护，具有较高的安全性，不会像手簿有时由于低电而造成数据丢失。缺点是输入地物编码时，在全站仪键盘上切换至ASCII码状态，比电子手簿输入编码繁琐。

（四）RTK实时动态定位测量技术在数字化测图中的应用

RTK(Real-TimeKinematics)实时动态定位测量技术是GPS定位技术的又一重大突破，它使GPS定位技术向更深、更新、更广的方面发展，它可以在几秒钟内获得厘米级的三维坐标。它是由1台基准站、1台或多台流动站、数据传输电台以及软件系统组成。PTK技术的出现突破了常规的GPS控制测量工作领域，利用它能够非常方便地进行放样和定线；通过流动站控制器可以进行野外数据采集，打破了传统的“先控制，后测图”测量方式，工作效率大大提高。在怀柔应急备用水源工程1：2000地形图测量、斋堂水库库区1：2000地形图测量、马草河1：500地形图测量中，利用RTK技术进行数字化测图工作，充分感受到先进技术所带来的巨大生产力。

三、数字化测图精度分析

数字化测图将图纸精度转变为数字精度，采集的数据在后处理上不会有什么问题，其精度主要受仪器本身的精度以及一些外界因素的影响。点位的观测精度的误差来源主要有：

1.控制点的误差影响ma。

2.仪器本身的误差影响mb。此项误差主要受测角中误差mo与测距误差ms的影响。假设测站点为A1，定向点为A2，待测点为A3，坐标分别为（x1，y1）、（x2，y2）、（x3，y3），天顶距为L，距离为S，观测角为α，根据坐标计算公式有：

x3=x1+S×sinL×cosα（1）

y3=y1+S×sinL×sinα（2）

根据误差传播定律，待测点由于仪器本身引起的点位误差为：

取天顶距L=900的极限值时

3.仪器对中误差的影响mc。在实际测量中，由于全站仪精确对中，其对点误差能达到1mm，其影响可减少到忽略不计。

4.棱镜偏移误差的影响md。棱镜偏移误差是影响观测点位精度的主要因素，当棱镜置于待测点时，仪器并没有真正瞄准待测点，会产生左右偏移和前后偏移对观测精度的影响，如果待测点距全站仪很近时，产生的误差就越大。

由以上误差分析可知，点位的观测精度主要受控制点的精度、仪器本身的误差和棱镜偏移误差的影响，即：

所以在外业测绘时，为了提高野外数字化测绘图精度，减少棱镜偏移误差的影响，应尽量使棱镜立到点位与跟踪杆立直，避免由于倾斜而带来的误差影响。

四、结语

数字化测图技术在北京市水利规划设计研究院已经走过了从无到有以至多种方式并存的过程，在科技飞速发展的今天，传统意义的工程测量已发生了巨大的变革。新仪器、新技术的应用，使测量行业具有了更高的科技含量，同时对测绘人员综合素质的要

求也越来越高。

【参考文献】

[1]李青岳主编.工程测量学.北京:测绘出版社，1995.

[2]地形图数字化规范.GB/T17160—1997.

[3]水利水电工程测量规范（规划设计阶段）.SL197—97.