基于数字地图的工程测量系统框架探讨

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【摘 要】传统的工程测量以时空为依据将整个工程划分为几个过程，需要进行较多的人工干预，作业周期也长，出错率相对较高。本文引进了一种工程测量的改进方法――基于数字地图的工程测量系统，介绍了数字地图的特点及其近几年来的发展情况，说明了该系统的设计要点。

【关键词】工程测量；改进方法；数字地图；设计方法

工程测量的作业周期很长，是一个获取、处理数据，进行数据操作，检核数据的过程。在这个过程中，测量人员虽然只是进行重复地简单计算，但依然是人为的因素越多，出错的可能性越大。所以要研究杜绝人工计算的失误，减少由失误造成的损失的工程测量新技术。

一、数字地图概述

1.数字地图的定义

数字地图以数字的形式来记录或存储一些信息。这种新的地图形式便于信息的复制、存储、传输、共享、更新和分析，能够在使用中不断增值，既可以在计算机上直接显示，也可以经过处理转化为纸质的地图。

数字地图不是一个简单的平面图形，而是一个庞大体系，它的结构能够从不同的角度进行划分。从研究方向及研究领域上来看，数字地图由7个技术环节、1个本体对象这八个部分来组成，7个技术环节是指对数字地图进行编制出版、管理数据、制图综合、实现其可视化、形成产品体系、实现数字地图的共享及保护其版权、对数字地图进行分析应用。一个本体对象是指数字地图及地图数据库。

2.数字地图的特点

近年来，信息技术不断发展，大比例尺的数字测图与传统方式测图已经在概念上有了很大的不同。传统的大比例尺测图目的是生产纸质地图，数字大比例尺测图则是GIS的一个重要数据源。随着GIS和制图技术的发展，数字地图正受到多来越多人的关注，它已经不仅仅是工程测量的需要，更是今天这个数字化时代的需要。

部分学者将数字地图称为“面向GIS的地图”，从本质上来看，它和传统的地图在数据组织、开放性、资源共享等多个方面都是不同的，经过一段时间的发展，可以总结数字地图的特点如下：

第一，为了便于进行数据共享，数字地图是遵循一定标准的；第二，数字地图的单位是空间实体，图中的地理数据可以看作是无缝的组织管理，图形数据都有一定的数据结构；第三，数字地图要对地理实体的属性数据及空间数据实行分别管理，并且能够进行信息互访和综合管理；第四，数字地图能生成拓扑数据结构，这有利于进行空间分析；第五，数字地图可以适当地变化比例尺范围；第六，地面上某一点在数字地图上有且只有一个影射点；第七，数字地图系统具有开放性；第八，数字地图易于保持现势性。

3.数字地图的研究进展

读者、地图、实地是组成传统地图学的3个要素，被称为地图学三角形，数字地图的出现，使之变成了地图学四面体，因为数字地图可以看成是增加在平面三角形之外的又一个顶点。这个地图学四面体涉及到很多现代地理图学的方法、理论和技术。

目前，数字地图的最新研究进展是评价数字地图研究成果的三维结构图的提出，它是说人们可以从创意性、抽象及智能性、精度和科学性这三个维度来考量数字地图的研究成果。其中创意性分为半虚拟设计及规划地图、实地图和全虚拟设计及规划地图，抽象及智能性分为地图分析、数据支撑、知识地图和决策这三个层次；精度和科学性则分为顺序尺度、比率尺度、分级尺度、名义尺度这四种精度水平。当人类要对自然界进行描述时，首先要形成信息模型，然后才能对其实现半精确的、虚拟的地图分析及研究，最后对其实现高精度、全虚拟、全创意的分析。

4.数字地图与工程测量

由上文介绍的数字地图的特点可以知道，数字地图与工程测量的需要十分吻合，特别是在数据结构的空间分析和便于管理方面，几乎是其它任何数据都无法比拟的。所以，在城市基础设施建设逐渐增多的今天，数字地图是基础数据的重要组成部分，对于实现工程测量中数据资源的高效利用及数据的共享都有很大帮助。

二、基于数字地图的工程测量系统的设计

数字地图及数据处理是组成该系统的两部分。其中，数字地图是由属性数据、空间数据来组成的，它为实现该系统的功能提供了一个可视化、数字化的平台。这个系统的功能是：第一，自动计算放样数据；第二，实现外业模拟及精度分析和预测。实现该系统所用的开发工具是AutoCAD与VB相结合，开发过程比较简单。

1.自动计算放样数据

实现这个功能包括三个步骤：第一，对点数据传输到系统进行控制。系统会根据人工所给的指令对放样所需起算数据进行读取并自动记录它们的点位关系，比如导线起算边的坐标、相应坐标标号、坐标点间的关系等等，这些都会作为起算的数据被输入到下一个流程中；第二，确定参数。针对不同的项目，系统都会给出相应的工程测量算法，比如放样建筑物的角点坐标这个简单常见的项目，系统会在放线测量时给出相应的参数，如果工程测量的项目不同，那么这个参数也是不同的。在这个项目里，参数应选择2维点，而曲线测设要选择缓和曲线或圆曲线；第三，计算放样数据。系统首先要对放样点的坐标进行读取，然后对曲线进行测设并读取曲线的参数等数据，最后通过坐标反算程序计算出放样数据，应用坐标反算程序是指曲线测设对曲线测设计算程序进行自然调用。

2.外业模拟及精度预测

系统计算出放样数据后，要进行噪声迭加来对放样点坐标进行正算。这里，仍然以放样建筑物的4个角点作为例子来说明，它实际上是一个人为加入误差进行外业模拟的过程。其中，系统噪声主要是由观测误差、环境因素影响、仪器误差、定位误差等引起的。这些误差项依赖于经验，只有经过不断积累总结才能慢慢趋于合理。

如果进行误差迭加后，点位精度比放样点所要求的精度低，则必须从上文总结的几个误差来源上思考怎样才能减小误差，使放样精度得到提高。这在精密工程测量施工设计中是非常重要的。

3.精度分析

外业结束之后，系统的检核结果能够通过系统在数字地图上进行展点。这样，对于每一个放样点，数字地图都可以提供三个数据，分别是理论点位、实际放样的结果点位和模拟点位。实际放样点位与理论点位间存在误差，但是这个误差应当满足放样对于精度的要求，并且模拟点位与实际放样结果点位相差越小，越能满足人们对于该系统的期望值，即我们期望经验误差能最大程度地靠近实际误差，只有这样，才能在放样之前比较准确地预测放样结果。

工程项目的数目越多，经验数据的可靠性就越大，因为被积累的先验知识总是可以作为下一个项目的误差预计经验。比如在测量中支导线的延伸时，可以将风的影响、通视条件这些外界因素考虑进去，把其当作误差经验函数算入误差项中。这样，电子地图就可以很方便地将放样数据、检核结果、模拟放样结果显示出来，然后再通过实际的检核结果对误差经验函数进行修正。另外，同枯燥的数据比起来，图形会更加一目了然，在图中调整占位也会更加可靠和方便。

三、结语

基于数字地图的工程测量系统的应用，使得工程测量更加可靠和科学了，系统中使用的面向对象编程技术还可以对系统功能进行扩展。另外，系统还能依照工程单位的不同需求，向简单实用这个方向发展。

参考文献：

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