测量学

本科生课程论文

（ 2010 至 2011 学年度 第 2 学期）

课 程 名 称：测量学

课 程 号：03600073j

学 院：水利与建筑学院

姓 名：闫丹丹

学 号：A13090166

班 级：水文与水资源工程0901

提 交 日 期：2011年 6 月 日

成 绩：________________

教 师 签 字：________________

评 阅 日 期： 年 月 日

东北农业大学

数字化成图在长江堤防隐蔽工程水文勘测中的应用

摘要 1999年底，在长江重要堤防隐蔽工程水文勘测中，摒弃了传统人工成图作业方式，对大断面绘制、水道地形图全面采用数字化成图技术和扫描矢量化技术。实现了测绘数字化作业，大大缩短了成图周期。设计单位可直接在AUTOCAD或MICROSTATION平台上进行设计，确保了成果质量，产生了良好的经济效益和社会效益。

关键词 堤防隐蔽工程 水文勘测 数字化成图 扫描矢量化

长江重要堤防隐蔽工程水文勘测的主要内容为：重要堤段的水下地形测绘、横断面测量和水文要素观测。这些资料是堤防隐蔽工程的规划、设计和施工的基础。从1999年10月接到任务，到2000年1月底提交近1000km勘测成果的整个过程中，采用了先进的科学技术、特别是广泛应用了数字化成图技术，保证了设计和施工对水下地形和水文测验成果的要求。

统成图方法是：利用计算机或人工把外业测量成果展绘在图廓上，在图廓上人工草绘等高线及各种地物符号形成铅绘图，经过内业审校及修改，最后进行着墨清绘，经验收部门审定形成最终成果资料。该过程期长，人耗物耗较大，且不能直接由计算机进行各种必要的分析和计算，须由人工在图纸上进行量算。 数字化成图是：把外业由GPS、回声仪或全站仪实测的数据由计算机转换为成图软件所能接收的格式并展绘在成图软件所提供的编辑界面中，利用其特有的功能自动生成等高线及各种相关图式和地形要素，打印草图，经审校在计算机上进行修改和编辑，可做到最终成果一次性出图。由于其矢量特性，可直接进行各种分析和计算。该过程可节约大量人力物力，并可大大缩短成图周期。 测绘是国民经济发展和国家建设的一项基础性工作, 随着经济社会的全面进步, 各个行业对测绘的需求不断增长, 大比例地形图测绘也从以前的大平板测图、经纬仪配合小平板测图阶段向全面数字化成图方向迈进, 如全站仪全野外数据采集、实时动态(简称RTK) 野外数据采集, 内业采用专业成图软件进行计算机辅助制图等, 利用现代化的测量手段获取了精度更高, 更为丰富的测绘产品, 并大大减轻了野外作业的劳动强度, 提高了内外业的生产效率, 下面从几个方面浅谈一下数字化成图的优势。

1 作业方式

近年来, 随着国有全站仪及RTK全面研发与生产, 大大降低了数字化野外采集设备的价格, 使这些先进的测量仪器得到了进一步的普及。外业采用全站仪或RTK进行全野外碎部点采集并现场绘制草图, 内业利用南方CASS 成图软件进行大比例尺地形图绘制, 它的优点在于劳动强度小、精度高、效率高、质量好、测站观测速度快、测程远、可直接与计算机连接进行计算机辅助制图等, 而传统的测量方式由于仪器限制外业作业速度慢、精度低、受地形影响大、内业以手工为主, 工序繁琐等劣势而趋于淘汰。 2 误差分析

数字化成图采用全站仪、RTK进行野外碎部点的采集, 测量精度高, 测量数据由仪器传输到计算机都是自动进行, 避免了人为错误,又没有展点误差, 因而能影响成果质量的因素的减少, 也就是天气、大气折光、温度等; 而利用传统测绘方法, 则各种误差相对较大: 如控制点、碎部点展绘误差, 所用聚酯薄膜和蓝图伸缩性误差等, 同时也不利于保存。采用数字化测绘和传统测绘方法完成后制图输出, 必须进行实地检查, 通过实地检查可查出编辑错误予以纠正, 这是两种测量方法都必不可少的一个步骤。 3 合理的取舍问题

目前, 新疆生产建设兵团各团场乡镇经济建设蓬勃发展, 地形变化很快, 各种不规范的、不坚固的、临时性地貌、地物较多, 如: 短围墙、简易棚屋、临时排水沟、进户电杆、临时建筑等。这类地形、地物具有数量众多, 存在时期短, 测量这类地形、地物不仅花费相当多的精力, 造成人力、物力的浪费, 还使得图面主次不分、杂乱而降低其可读性。而实践中这项工作无论从工程施工还是规划设计用图的角度来看都没有什么意义。但若不予测绘, 则可能与现行地形测量规范相悖。显然这将是一个具有普遍性, 并会长期存在的问题, 解决这个问题除需要得到甲方的许可外, 还涉及到对现行规范的正确解读, 及作业员对地形表述的领悟能力。这一问题数字化成图就可以很容易解决, 可以把这类地物、地形放在一个图层上,如果需要, 可以把该图层打开, 如果不需要,则关闭此图层即可。而白纸测图则不具有此功能, 影响了成果的多样性。 4 数字化成图的比例尺问题

各种比例尺地形图不光细致程度不同, 精度也不同, 所以在传统测量(如大平板测图、经纬仪配合小平板测图) 纸质成果不同比例尺地形图间不能进行转换, 需要不同比例尺地形图时, 往往需要重复测绘。而数字化成图就可以减少很多工作量, 例如: 如果你已有某个区域1∶1000 数字化地形图, 现需要这一区域1∶5000 数字化地形图时, 就可以通过相应计算机软件进行编辑, 得到这一比例尺的数字化地形图。但有一个问题要说明, 由于各种比例尺规范要求的精度是不同的, 所以用大比例尺地形图编辑到小比例地形图是可以的, 反过来利用小比例尺地形图用补测的方法来得到大比例尺地形图是不行的, 因为小比例尺地形图的精度是不够的。还有, 数字化成图的成果丰富, 有纸质产品、数字化产品, 而且这些数字化产品很容易与其他数据库软件、地理信息系统等软件进行交互, 而这些功能都是白纸测图不具备的。科学在不断的发展, 技术在不断的更新,特别是数字化成图技术为现代地形图测绘提供了一种新的技术手段, 与传统的成

图方法相比,它不仅得到更为丰富的产品成果, 也展现了数字化成图质量的优越性, 同时发挥测绘技术更大的作用, 给数字化测绘技术带来了发展前景。 利用if and、if or 、while 、pline 、fix、itoa 等命令结合关键字绘制各条断面线、文字数据、各线名称、建筑物名称。通过反复的修改调试、通过不断的试用验证, 程序达到了预期的效果。 5 使用情况及存在的问题

将程序应用于一八一团土地整理项目中,大大的提高了纵断面绘制的效率, 出错率也显著降低。程序在AUTOCAD2004 、AUTO2CAD2005 、AUTOCAD2006、AUTOCAD2007 下都能很好的使用。 一、野外数据采集

陆上地形的测量主要以全站仪为主。通常都是在野外边测量、边在准备好的图廓上展绘，在室内检校修改，形成陆上草图。

水下地形及断面测量一般采用动态GPS进行平面定位，回声仪测量水深。 由于所用仪器的品牌和型号都不尽相同，因而所生成的数据格式也不尽相同，这就需要在成图软件中添制各种不同的数据转换模块以适应不同的需求。 二、数字化成图技术的应用 1．光栅图的矢量化

陆上草图经过检校在内业通过大型扫描仪进行扫描，形成光栅格式的数据文件，再经过专业矢量化软件进行光栅矢量化，形成矢量格式(包含基本属性如高程属性)的数据文件，然后通过把陆上地形和水下地形进行合并形成完整的测绘产品。 2．数字化成图软件

为了提高计算机自动绘制等高线的质量以及出图时符合测绘规范的要求，长江水利委员会水文局对多种成图软件进行了调研和对比，并根据各软件在成图中所存在的问题，提出了制图和出图技术要求。在各软件公司的不懈努力和针对性开发基础上，经过认真对比和筛选，确定武汉瑞得、南方测绘、清华山维及长委水文局下游局所研制开发的水下成图软件为可选产品。这些产品都基本符合河道测量规范关于制图方面的要求。

有些软件(如武汉瑞得、清华山维)本身也可以对陆上地形进行处理，它提供了大量不同比例尺的图式符号和多种地物处理功能。因此也有测量单位把在外测得的陆上地形数据带回内业由计算机成图软件进行处理，绘制各种地物和陆上等高线及各种控制网点和要素。其优点是避免了绘制草图、扫描、矢量化等多道工序，并可避免扫描所带来的误差。但对操作人员的素质、业务技术水平、熟练程度要求较高。

如果陆上地形图是通过扫描矢量化而生成的，这时可以把陆上地形图拼接到水下地形图中，也可以单独进行格式转换，在人AUTOCAD或MICROSTA-TION中进行拼接。

大多数成图软件都提供了分幅与打印输出功能，这时可以在成图软件内对地形图按要求进行分幅，并打印输出成果。 3．数字化成图数据格式

数字化成图软件大都有自己的操作平台。上述所列的成图软件中，武汉瑞得与清华山维有自己的操作平台，而另两家成图软件都是以AUTOCAD作为自己的操作平台。

AUTOCAD的DWG格式：根据水文勘测成果使用单位的要求，水文局应提供AUTOCAD的DWG格式的成果资料。为了提供该格式的数字地形图，以AU-TOCAD为工作平台的成图软件就不需要作任何转换，而拥有自己工作平台的成图软件，用户可以使用成图软件所提供的数据转换工具，如可转换为国际通用中间转换格式DXF，然后在AUTOCAD或MICROSTATION中读取这种格式的数据，存为符合要求的成果。目前还没有发现高程属性和其他重要属性改变的情形。

MICROSTATION的DGN格式：根据成果使用单位的要求，水文局也可以提供MICROSTATION的DGN格式的成果资料。

DWG与DGN数据格式转换：由于存在着不问的数据格式，在工作中不可避免地需要在ATUOCAD和MICROSTATION之间进行两种格式的数据转换。在实践中，往往经过成图软件的转换或直接在AUTOCAD中编辑河道地形图，然后可由

MICROSTATION直接读取ATUOCAD的DWG文件(R12版)，且可保证属性值不变。存在的问题就是汉字问题，后经反复摸索，可做到相互转换，但汉字的字体可能有所变化。

大断面的绘制和资料提交：本次测绘项目中，大断面成图工作也异常艰巨，每公里需绘制25～50个大断面，总需30000个左右。若按过去手工绘制大断面的方法，势必在短时间内无法提交成果资料。各勘测局在短时间内掌握了在AUTOCAD下使用AUTOLISP语言、在MICR0STATION下使用宏BA-SIC语言编制大断面应用程序的方法，这样根据所测断面数据在计算机中快速绘制数字大断面图，并掌握了在AUTOCAD和MICROSTATI0N中相互转换的方法，得到了业主和使用单位的高度赞同。

三、数字化成图技术的优越性

1．满足了业主对数字图的要求，增强了水文局在测绘市场中的竞争力 随着计算机制图的不断深入和推广，许多测绘使用单位或业主都要求测绘部门提供数字图。长委水文局在下游局试点开发水下自动成图系统，并在全国范围内展开调研，逐步在生产上展开应用并积累经验。在这次长江重要堤防隐蔽工程水文勘测中全面展开数字化成图作业，得到了令人满意的成果。数字化成图技术为水文局在更广范围内开拓测绘业务奠定了坚实的基础。 2．简化了手工制图繁琐的作业流程

数字化成图技术的运用，省去了手工制图中图廓整饰、展点、草绘等高线、形成铅绘图、审校、修改、清绘着墨形成初步成果、验收、修正、最终提交成果资料等十分复杂的工作流程，使这一切工作都在计算机中进行，在成果验收时发现问题也可在计算机中修正。节约了大量的人力、物力、财力，避免了多工序所出现的积累误差，缩短了成图周期，提高了工作效率。 3．避免了扫描矢量化带来的经济支出和人力资源的浪费

有时为了满足业主对数字图的需要，不得不对手工绘制的成果资料进行扫描矢量化，这不仅可能会带来严重的扫描及矢量化误差影响成果质量，而且还需要大量的人力参与其中，按每张图纸扫描矢量化成本300元计，也是一笔不小的经济支出。

4．提高了制图的成果质量

数字化成图技术的应用完全避免了人为因素的影响，可以根据规范的要求，设置各种参数，来控制线条的粗细、长短、字体和大小及图式规格。在计算机中也便于发现问题及时修正，免于在图纸上刻画，大大提高了制图的成果质量。 5．数字成图便于做各种分析和设计

水道地形图的应用之一就是做各种分析和计算，如河长量算、面积量算、容积量算、断面分析、冲淤分析、河床演变分析等。过去做这种工作一般都是借助于各种量算工具，在图纸上进行量算，然后进行各种对比和分析。现在计算机解决这些问题已取得长足进展，但这方面的应用软件都是基于矢量图形格式，对于光栅图形格式却无能为力，有时不得不进行光栅矢量化，都要付出不小的代价。数字化成图技术的运用使得应用单位可直接在电子图上进行分析和设计。另外，数字化成图的优越性还体现在它比图纸资料更便于保存和归档。 四、结语

数字化成图技术在长江重要堤防隐蔽工程水文勘测中用4个月的时间完成了在过去需要一年才能完成的任务，并保质保量提交成果，仅内业制图部分可节约经费50%，节约时间60%。

科学在不断发展，技术在不断更新，特别是地理信息系统(GIS)的开发应用，更离不开数字化测绘技术。数字化成图技术为河道地形的绘制开辟了新的途径，它势将替代常规成图作业，成为水下成图的一种新型技术手段。作为GIS的基石之一，地形图库或专题图库，均必须经过数字化测绘技术获取各种用途的GIS建立，使得数字化成图产品发挥更大作用，同时也给数字化技术带来更为广泛的发展空间和应用前景。

引用：朱军 浅谈数字化成图，新疆水利2005年第二期