数字化测图相关问题思考与探讨

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摘要:数字化测图具有精度高、更新快、管理方便以及实时成图,便于成果更新与深加工等特点,将逐步取代传统的测绘手段。成为测绘生产中的一项重要技术。本文在分析数字化测图特点及几种作业方式的基础上,就数字化绘图中的高程点展绘时的自动躲避技术进行分析,有利于数字化测图相关技术发展。

关键词:数字化测图;特点分析;作业模式;高程点展会;自动躲避技术

1. 引言

随着测绘技术的进步,计算机软硬件技术的迅猛发展与渗透,信息化测绘仪器特别是集测角、量边和部分数据自动处理为一体的智能型全站仪的出现,促进了地形测绘朝着一体化、自动化、智能化和数字化方向发展。传统的平板测图无论在速度、精度和管理方面都不能满足实际工作的需要,地形测量不可避免的从模拟测图转变为数字制图,地形测量的成果也不仅是绘制在图纸上的地形图,更重要的是以计算机磁盘为载体,提交可供传输、处理、共享的数字地形图,这也是地理信息系统重要的基础资料。数字化测图是现代测绘技术与计算机技术、信息科学技术、现代制图学理论相结合的产物,它以其效率高、更新快、管理方便等特点将逐步取代传统的测绘手段,成为测绘生产中的一项重要技术。数字测图实质是一种全解析、机助成图的方法,与模拟测图相比,具有明显的优势和广阔的发展前景[1,2]。

2. 数字化测图特点分析

(1)数字测图促进了大比例尺测图的自动化

数字化测图可以采用全站仪+电子手薄进行野外数据采集,然后将数据输入到计算机中进行图形编辑,或者采用全站仪+便携机+相应的测图软件直接将数据传给便携机,自动计算,实时成图,内业进行编辑后打印输出得到图形或表格,实现了内外业一体化、自动化。目前生产的全站仪大都带有内存,可以进行数据的存储,然后利用相关软件将数据传输到计算机。

(2)数字测图促进了大比例尺测图的数字化

数字化地图完全实现了计算机管理,能够方便的进行地物属性的赋值和查询,可以使用了先进的图库链技术,实现了图、库数据的实时互动,这种方式保证了图库成果的一致性并提供了图查询库、由库找图,实现了数据转GIS功能,可供地理信息系统建库使用;可以方便的查询坐标、面积、标高、体积等;可以实时的对局部地物进行修改,始终保持数字地图整体的现势性。

(3)数字测图使大比例尺测图的精度大大提高

过去传统的平板测图其实质是图解测图,它是将外业所测得的观测值用图解的方法转化为图形,这使得观测数据精度在转化过程中大大降低。数字测图则不然,全站仪所测的数据,在记录、存储、处理、成图的全过程中,原始测量数据的精度毫无损失,得到了与测量仪器同精度的测量成果。

(4)数字测图极大的改变了传统的测绘观念

数字化测图突破了传统的测绘技术和方法,许多新的方法和新的测绘理论得到发展和完善,例如:数字地面模型的建模理论;等高线自动生成及拟合理论;等高线的插值理论;数据库和数据结构理论;数据转GIS理论;数字地图应用理论等等,这些无疑极大的改变了传统的测绘观念。

3. 数字化测图的几种作业模式

数字测图的作业模式是指数字化测图内外业作业方法、接口方式和流程的总称。一般来说,数字测图的作业模式大致分为数字测记模式、电子平板、原图数字化三种。

3.1 数字测记模式

数字测记法模式为:野外测记,室内成图。野外用全站仪测量,电子手簿记录或者直接使用带有内存的全站仪记录,同时配以人工画草图,室内将所测数据直接由记录器传输到计算机,利用数字化成图软件参考草图编辑成图,并由绘图仪绘制地形图。根据存储观测数据时是否赋予实体属性可以将数字测记模式分为有码作业和无码作业。

有码作业是指野外采集数据时,在测站上把每一个数据都赋予和实体相对应的属性和拓扑信息,全站仪将数据传给电子手簿,测量员同时将每个点的编码输入电子手簿,所测碎部点连同编码输入微机生成数据文件,通过数字化测图软件对编码进行识别,生成图形(*.dwg)文件,然后可以进行必要的补充和修改;有码作业,自动化成图效率高,内业工作量小,但要求观测员必须熟记编码,随测随输。无码作业无码作业是指观测员只须瞄准目标观测,不须输入编码,但需要一个绘图员跟随镜站绘画草图。其缺点是内业工作量较大,容易产生错误和遗漏。

3.2 电子平板

电子平板是以电子计算机及电子全站仪等测绘仪器为载体,通过人机对话,来实现测量与绘图的完美结合。它的优点是将现场的各种地物以点、线、面、文字及属性信息保留在计算机中,并可以随着地表现状的变化而进行编辑、查找、统计、分析、和管理㈨。特别指出的是电子平板既要有与全站仪通讯和数据记录的功能,还应进行数据的解算建模,拥有图形编辑、修改功能,绘制出符合规范的地形图,真正实现内、外业一体化,是较为理想的数字测图模式。

3.3 掌上电脑测图

掌上电脑也称PDA产品是近年迅速发展起来的新的应用硬件平台,特别是在WinCE和Palm嵌入式操作系统平台支持下的PDA已成为新的应用系统开发的热点。PDA具有如下几个重要特点:1)PDA产品体积小,重量轻,便于携带;2)速度快.容量大,软件有很大的发展空间;3)耗电非常小,电源充足,开/关机方便;4)屏幕触点式输入,很少使用按键,为软件的易用性提供支持条件;5)价格低,用户投入少。特别是高成长的硬件产品集成了更多的先进技术,使其更加适应野外的工作环境。

3.4 原图数字化

为了充分利用现有的资料可以将纸图、薄膜图转化计算机能够处理的电子地图,手扶跟踪矢量化和扫描矢量化是两种主要途径。由于扫描矢量化具有精度高,速度快等优点,因此,扫描矢量化已成为现阶段矢量化的主流。为此而产生的矢量化软件已有很多,如德国Softelec公司的VPStudio,挪威Rasterex公司的RxAutolmage Pro等优秀的矢量化软件,国内也有一些同类产品出现,如MapGIS,CASSCAN,EPSean,Read等。扫描矢量化是将纸图扫描为栅格图像,然后用矢量化软件将其矢量化为数字图像,它的主要误差来源是原始资料的误差和扫描误差,一般情况下在扫描分辨率为300dpi时,其图纸的定向误差和矢量化误差均小于0.5mm,可见其数字化精度较高,完全满足实际工作的要求。

4. 高程点展绘时的自动躲避技术探讨

数字化测图的一般作业模式是外业用全站仪或电子经纬仪采集坐标点,然后内业根据平面坐标和各点之间的相互关系手工连线或计算机自动连线,最后是将点位的高程值展到己绘图形上。对于多数测图软件高程注记是展到坐标点的某个固定位置,这就不可避免的会遇到注记压盖已有地物的情况,既影响了图面的美观又增加了图形的复杂程度,传统上解决该问题的办法是手工移点,这无疑增大了编辑工作量。

图1 注记压盖已有地物图及高程注记分析图

如图1所示149.12为一水平方向的高程注记点,图中虚线矩形为注记的文本外框(也称为文本包围盒),该框宽为a,高为b(单位:米),a,b随着测图比例尺以及注记有效数字个数的不同而不同;A点为坐标点位,距离文本框为C;文本框左下角处十字标记为注记基点,文本标注时以此作为原点。

基本思路如下:

(1)对于一个已展出的高程注记,在程序中取得其文本外框,判断在该框内是否有其它地物,也就是判断是否为空,如果有其它地物(不为空)则按照一定的方向和步长在给定范围内移动文本注记,再次进行判断,直到文本外框为空。

(2)矩形搜索:

a. ABCD是宽为2a+2c,高为2b+2c(a,b,c含义同上)的矩形,也是第一层搜索矩形;A’B’c’D’是宽为3a+2c,高为3b+2c的矩形,为第二层搜索矩形;中间小矩形是边长为2c的正方形,由于注记要与坐标点相隔一定的距离,因此搜索限制在正方形之外进行。如果初始位置注记的文本外框不为空,则注记垂直向上移动b/2步长,如果文本外框超出矩形cD边则以步长a/2水平向左移动注记,以此类推,直到找到文本外框为空或回到初始位置。整个搜索的方向是逆时针搜索。

图2 矩形搜索法示意图

b.如果在第一层矩形ABCD内未找到文本框为空的位置,则移动注记到第二层矩形A’B’C’D’内,同理依次继续搜索,直到文本框为空。多数情况下二层搜索即可找到适合位置添加注记,注记距坐标点的距离小于0.6cm(图纸上,比例尺为1:1000),不影响图面的清晰程度和易读性。如果二层循环仍未找到文本框为空的位置,则可根据情况进行三层搜索或保留注记于初始位置,对于一些非关键点位,可以考虑删除注记。

需要指出的是本文搜索矩形的边长是根据注记的文本外框的大小来确定的,并且对于第n层搜索矩形宽增加2a/n边长,高增加2b/n边长,这样可以使整个的搜索范围距离坐标点最近,使最终注记位置最为合理。

5. 结语

数字化成图系统作为测绘行业大型的内外业一体化成图系统,具有结构复杂、功能繁多等特点。本文主要探讨了数字化测图相关问题,并就其中的高程点展绘时的自动躲避技术给出矩形搜索法的解决思路,有利于我国数字化测图技术发展。

参考文献:

[1] 文小岳, 施永胜, 孙鸿睿, 等. 大比例尺数字化测图中图根控制和数据采集一体化的有关问题探讨[J]. 测绘通报, 2006,(1).

[2] 马军, 张玉世. 铁路数字化测图的现状与发展[J]. 铁道工程学报, 2006, (z1).