测量专业1500数字化地形图测量的毕业设计论文.docx
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测量专业1500数字化地形图测量的毕业设计论文
2013届工程测量技术专业
论文题目:
1:
500数字化地形图测量
毕业设计
班级
姓名
学号
指导教师
2013年4月9日
摘要
这次测绘的实施主要是结合实际主要从图根控制网的设计布设、实测和利用GPS,全站仪对碎步点进行的采集方法以及碎步点数据的处理三方面做了探讨;也非常详细的阐述了GPS,全站仪在数字测图中运用,以及大比例尺测图的方案;最终得到符合咸阳市规划局要求的地形图,数字化测图以其成图精度高,成图周期短,即用即测,快速建立城市大比例尺基础地理信息数据库定特点,已被一些城市建设规划管理的领导所青睐和引用。
随着测绘科学技术的反战,全数字地形测图在现代制图技术下已经发展成为了高新的制图技术
数字测图的基本思想是将地面上的地形和地理要素(或称模拟量)转换为数字量,然后由计算机对其进行处理,得到内容丰富的电子地图,需要时有图形输出设备(如显示器、绘图仪)输出地形图或各种专题图图形。
将模拟量转换为数字这一过程通常称为数据采集。
目前数据采集方法主要有野外地面数据采集法、航片数据采集法、原图数字化法等。
数字测图就是通过采集有关的绘图信息并及时记录在数据终端,然后再室内通过数据接口将采集到的数据传输给计算机,并由计算机对数据进行处理,再经过人机交互的屏幕编辑形成绘图数据文件,最后由计算机控制绘图仪自动绘制所需的地形图,最后又磁盘、光盘和硬盘等储存介质保存电子地图。
数字测图生产成品虽然仍然提供图解地形图为主,但是它以数字形势保存着地形模型及地理信息。
关键词:
数字测图;全站仪;地形图;计算机
目录
第一章绪论1
第二章已有资料利用分析2
第三章平面及高程控制设计3
3.1控制网平面坐标及要求3
3.1.1平面坐标及高程系统的选择3
3.1.2主要精度指标3
3.1.3平面控制测量3
3.2方案一:
GPS作首级平面网,RTK加密图根点3
3.2.1一级GPS网测量:
3
3.2.2布网方案:
3
3.3方案二:
导线网作首级控制,全站仪加密图根点4
3.3.1导线测量:
4
3.4平面控制两种方案的论证6
3.5高程控制测量6
3.5.1仪器设备及施测方法6
3.5.2四等水准测量要求6
4.1点位分布7
4.2外业观测情况8
4.2.1仪器型号8
4.2.2作业技术要求8
4.2.3实际观测总时段数8
4.2.4平均设站数9
4.3数据处理9
4.3.1基线处理和质量控制9
4.3.2网平差处理及质量控制11
5.1全站仪测图方法与技术要求12
5.1.1全站仪测图的仪器安置及测站检核12
5.1.2全站仪测图的测距长度规定12
5.1.3数字地形图测绘需符合的要求12
5.1.4全站仪测图野外数据采集12
5.1.5全站仪碎部点采集13
5.2解析碎部点测量13
5.3碎部点采集的特殊情况13
5.4绘制测站草图及展点14
6.1数据传输及展点15
6.2数字化成图作业步骤19
6.2.1工作草图阅读19
6.3各类地物绘制要求20
6.3.1测量控制点20
6.3.2居民地垣栅20
6.3.3交通及附属设施20
6.4地形图的修测与编绘22
6.4.1地形图的修测22
6.4.2地形图的编绘22
第七章提交资料23
结论24
致谢26
附录27
第一章绪论
1.1数字化测图的现状和前景
随着电子全站仪、RTK技术的发展逐步成熟,以及电子计算机的普及,地形图的成图方法正在逐步地由传统的白纸法成图向数字测图方向发展。
特别是在我国的东部沿海发达地区,数字测图几乎已占据了大部分的地形图测绘市场,数字化测图以其成图精度高、成图周期短、即用即测,快速建立城市大比例尺基础地理信息数据库等特点,已经被一些城市建设规划管理的领导所青睐和引用,随着测绘科学技术的发展,全数字地形图测在现代机助制图技术支持下已经发展成为了高新的制图技术。
而全站仪作为当前应用最为广泛的测绘仪器,是电子技术与光学技术结合发展的光电测量仪器,集测距仪、电子经纬仪的优点于一体。
因此全站仪也是目前实用的大比例尺数字化测图。
数字测图(DigitalSurveyingandMapping,DSM)系统是以计算机及其软件为核心在外接输入输出设备的支持下,对地形空间数据进行采集、输入、成图、绘图、输出、管理的测绘系统。
利用全站仪、GPS等设备进行数据采集,为GIS提供数据源,广泛用于测量工程、水文、工民建、道路桥梁、水利水电工程等建设领域。
数字地图(DigitalMap)以数字形式存贮在磁盘、磁带、光盘等介质上的地图。
数字测图主要作业过程为三个步骤:
数据采集、数据处理及地形图的数据输出(打印图纸、提供软盘等)。
随着测绘科学技术的发展,全数字地形测图在现代机助制图技术支持下已经发展成为了高新的制图技术。
而全站仪作为当前应用最为广泛的测绘仪器,是电子技术与光学技术结合发展的光电测量仪器,集测距仪、电子经纬仪的优点于一体。
因此全站仪也是目前实用的大比例尺数字化测图工具。
1.2研究的目的与意义
数字化测图就是将采集的各种有关的地物和地貌信息转化为数字形式,通过数据接口传输给计算机进行处理,得到内容丰富的电子地图,需要时由电子计算机的图形输出设备(如显示器、绘图仪)绘出地形图或各种专题地图。
数字化测图的运行示意图数据采集点位信息特征信息数据传输、绘草图数据处理、地物模型、地貌模型、屏幕编辑、绘图文件存盘地图。
数字测图使地形图测绘实现了数字化、自动化,改变了传统的手工作业模式。
地面数字测图与传统的图解法测图相比,具有自动化程度高、精度高、不受图幅限制、便于使用管理的特点。
数字地形信息也是建立地理信息系统的基础信息。
目前,数字测图技术已基本取代了传统的地形图测图方法,地面数字测图已成为获取大比例尺数字地形图、各类地理信息系统以及保持其现势性所进行的空间数据更新的主要方法。
地图数字化方法是对已有的纸质地形图利用手扶跟踪数字化或扫描数字化将其数字化,转换成计算机能存储、处理的数字地形图。
数字地形信息也是建立地理信息系统的基础信息。
目前,数字测图技术已基本取代了传统的地形图测图方法,地面数字测图已成为获取大比例尺数字地形图、各类地理现势性所进行的空间数据更新的主要方法。
1.3任务概况、已有资料利用分析
任务概况:
为了更快,更好的发展咸阳市留印镇得经济,陕西省咸阳市国土资源规划局特命我公司绘制留印镇地区1:
500数字化地形图,以为日后合理规划,布局该地区做好良好的铺垫。
为留印地区人民谋求更多更好的福利。
测区概况:
咸阳市留印镇为于秦岭以南渭河以北,道路纵横交错,该地区属于暖温带半干旱大陆性季风气候,年平均气温在19.96摄氏度,无霜期217天,年平均降雨量537-546平方毫米,冬季寒冷,夏季多雨,海拔450米左右。
留印镇主要以发展农业,工业为经济支柱,畜牧业也正在突进,测区地势平坦,交通复杂,房屋错落其中,环境优美,民风朴实。
已有资料:
GPS-1160、GPS-1151、GPS-1152三个D级GPS控制点为起算点
表2.1控制点的坐标
控制点
X坐标
Y坐标
H坐标
GPS-1160
53265.75
4729.334
74.802
GPS-1151
5283.556
4876.229
73.996
GPS-1152
53009.74
4732.551
74.112
HY005,HY006三等水准点作为水准起算点
HY005:
74.388HY006:
73.992
第二章平面及高程控制设计
2.1控制网平面坐标及要求
2.1.1平面坐标及高程系统的选择
1、平面坐标系及基准北纬34.32,东经108.43,测区平均高程450m,中央子午线精度为108°,本次作业的平面坐标系为咸阳市城建坐标系,属于地方坐标系,其基准与国家参考椭球的基准保持一致。
2、高程基准
本次作业采用1985国家高程基准。
上交成果的高和必须为正常高。
2.1.2主要精度指标
本测区主要精度指标如下:
1、各等级平面控网中最弱点相对于起算点的点位中误差不大于±5cm;
2、各等级水准网中最弱点相对于起算点的高程中误差不大于±2cm;3、地物点相对于邻近控制点点位中误差不大于图上±0.5mm,邻近地物点间距中误差不大于图上±0.4mm;
4、图上高程注记中误差,在铺装地面不大于图上±0.07m,在一般地面不大于±0.15m。
2.1.3平面控制测量
为了给地形测图提供基本控制,必须要选择一个比较完善的平面控制测量方案。
布设平面控制网要符合其布设原则:
分级布设,逐级控制;具有足够的精度;保证必要的密度;应有统一的布网方案、精度指标和作业规格。
本次平面控制测量分二级布设,先布设一级GPS网作为本测区首级平面网,再用RTK加密图根点;或者使用导线网做首级控制网,再直接全站仪加密图根点。
对两种方案进行对比论证,选择其中一个合理的方案,以满足测图需要。
2.2方案一:
GPS作首级平面网,RTK加密图根点
2.2.1一级GPS网测量
表3.1一级GPS网测量的基本技术要求
等级
平均边长(KM)
卫星高度角
有效观测卫星数
平均重复设站数
各时段有效观测时间长度(min)
数据采样间隔(s)
PDOP值
一级
≤1.0
≥15°
≥4
≥1.6
≥15
10
<6
一级GPS网在测量中必须严格按照以上技术指标执行。
2.2.2布网方案
利用“GPS-1160”、“GPS-1151”、“GPS-1152”三个D级GPS控制点为起算点,在测区内沿主要道路布设一级GPS点,要求点位分布均匀,相邻点间平均边长约500m,网形结构为边连式的多边形网。
GPS控制网的布设应遵循以下几点:
1)GPS网应根据测区实际需要和交通状况,作业时的卫星状况,预期达到大精度,成果的可靠性及工作效率,按照优化设计原则进行。
2)GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形,例如一个或若干个独立观测环,或者符合路线形式,以增加检核条件,提高网的可靠性。
3)GPS网的点与点之间不要求通视,但应考虑常规测量方法加密时的应用,控制点应有一个以上通视方向。
4)在可能条件下,新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测;新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接,联接处的重合点数不应少于三个,且分布均匀,以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。
1、选点应注意以下几点:
1)点位应远离大功率无线电发射源(如微波站),其距离不得小于200米,并应远离高压输电线其距离不得小于50米;2)附近不应有强烈干扰接收卫星信号的物体;山顶、鞍部、凹地、山脊、谷底及倾斜变换处;3)点位应便于安置接收设备和操作,视野开阔,周围建筑物的高度角小于15度;4)一级GPS点点位原则上落地布设,选择土质坚实的地方,有利于长期保存和使用;
2、埋石
视不同的埋设条件,应选择相应类型的埋设标志,可参考表3
表3.2类型埋设标志各类型埋设标志
等级
埋设条件
标志类型
埋设方法
备注
一级
水泥路面
8-12cm铸铁标志
冲击钻打孔,混凝土现浇
与路面齐
沥青路面
20cm铸铁标志
直接打入路面
与路面齐
碎石路面
土质路面
预制混凝土标石
挖坑,做20cm碎石垫层放置标石,四周捣固压实。
略高于地面3-5cm
2.3方案二:
导线网作首级控制,全站仪加密图根点
2.3.1导线测量:
1、采用全站仪测一级导线做首级控制网。
为了保证精度,测量时采用带三脚架的棱镜,全站仪使用5″的拓普康全站仪。
并直接使用全站仪进行图根点加密。
导线网的设计步骤:
1)据控制网的服务目的,确定导线中点点位中误差,并据以求出端点的点位中误差和容许闭合差。
2)定导线总长及等级。
在直伸导线中,纵向误差由测距误差引起,故可求来算导线边的测距精度及总长。
当导线中点点位误差限值确定时,导线愈长,要求起算数据与本次测量精度愈高,所以确定了导线总长,也就确定了导线等级。
横向误差是由测角误差引起,根据横向误差的规定值所以求得测角精度。
因为是按纵向、横向等影响来配置测角和量边精度的,故测角精度的等级一般是与按导线总长计算的等级相适应。
3)行单线网的图上选点、选线。
并根据测角和量边的精度要求,编制导线施测细则。
表3.3三级导线网的主要技术指标如下:
序号
项目
指标
1
方位角闭合差
≤24″×√n
2
测角中误差
≤12″
3
导线全长绝对闭合差
≤13cm
4
导线全长相对闭合差
不低于1/6000
5
最弱点点位中误差
≤5cm
2、三级导线外业测量技术要求
表3.4三级导线外业测量技术要求
序号
项目
技术指标
1
拓普康全站仪
2”,3mm+2ppmD
2
水平角测回数
1
3
半测回归零差
8”
4
一测回2C较差
13”
5
边长测回数
单程一测回
6
气温测量最小读数
0.5℃
7
气压测量最小读数
100pa
8
改边垂直角测回数
2
选点:
1)为了保证测量精度,控制点应有足够的密度,以既能满足测图需求,但又不浪费,且控制点应有统一的规格。
2)应按照设计好的选点图到现场选点,若两点不通视,则尽量在设计点的周围选点。
设计选点时要避开河道等处,尽量在土质坚实的地方或主干道上进行选点,这样即方便导线观测,又能做出利于长期保存的控制点。
3)相邻点之间应通视良好,一级导线网视线超越障碍物距离要大于0.5m,以能保证成像清晰、便于观测为原则。
在首级导线网的基础上,使用全站仪进行加密图根点。
全站仪加密时要注意支站不要超过三级,仪器操作时要严格要求精度,尤其是后视棱镜要扶准扶正,后视定向尽量对准对中杆底部。
2.4平面控制两种方案的论证
GPS网做首级控制网
本测区位于关中平原腹地,地势开阔,测区面积较大,GPS信号比较好,测区有D级GPS控制点可以利用,而且GPS观测时方便快捷,耗人力也少,精度也符合测区要求。
因此可以使用方案一做平面控制。
导线网做首级控制网
导线测量布设灵活,,不受地形限制小,边长精度分布均匀。
但是推进速度缓慢,考虑到我测区面积较大,视野开阔,多为农田没,和民房,并且我工程人员充足,结合以上分析,因此我们决定采用方案一做平面控制。
2.5高程控制测量
因为我测区的高程控制点比较多,而且分布比较均匀,足够满足高程控制测量的需要。
HY05、HY06两点的高程均为已知的国家高程三等水准联测,足以满足本次测量任务的测量精度要求,所以我们以这两个点为高程基准进行了平面高程控制测量的布控。
2.5.1仪器设备及施测方法
四等水准施测采用DS3水准仪及配套黑红面区格式标尺进行施测。
观测前应对标尺和仪器进行全面检查,测前、测后对i角各检查一次,要求i角不大于15秒。
四等水准测量采用中丝读数法,直读视距,往返观测,观测顺序为后-后-前-前,各测段的测站数为偶数。
2.5.2四等水准测量要求
布网要求:
本测区四等水准网,在测区附近两个三等水准点的基础上,沿平坦地区的D级GPS点及一级GPS点采用附合路线或结点网形式进行布设。
水准测量工作结束后,应提交,应提交以下资料以下资料:
1)四等水准路线略图;
2)外业观测手簿;
3)内业计算资料及成果表;
4)仪器i角检验资料;
第三章GPS平面控制网的布设
3.1点位分布
G001和G002点位于咸阳纺织厂B楼内,和大门口东侧;G003位于王村和张家埠主干道交汇处,东侧树木遮挡;G004位于镇政府大院前,地势开阔,观测条件优越;G301点新建公路东段十字路口西北角;G302点处在刘家村水塔东侧100米大路上;G303处在李家村幼儿园大门北边;G304点是临时更改的一个点,留印镇街道十字路口东南角,距离G001和G002较近,刘家坟修理摩托车门前;G305点处在好再来洗发店的道路之旁,周围的树木较少且低少,仅有一面被树木所遮挡;G306点处在出王家坟小路上,地势平坦,周围的建筑物离得均相对比较远,对于观测的影响较小;G307处在华立制药厂大门东侧,有少量树木遮挡;G308处在老年活动中心之前,;G309处在位于基督教教堂花坛东侧20米;G310处在老同志活动中心之前,东面有少数几棵树阻挡,其他各面有一些建筑物;G311处在梅园二路附近,地势较高,周围的树木较为低矮;G312在王村上大坝道口下坡;G314存在李家桥的桥头;G315处在张家埠通向蔬菜基地入口处;G316处在蔬菜基地东侧出口处大路旁。
3.2外业观测情况
3.2.1仪器型号
GPS接收机为Leica1230,天线型号为,电缆、脚架、电池、充电器、钢卷尺、背包和仪器箱。
3.2.2作业技术要求
1、观测组应严格按规定的时间进行作业。
2、经检查接收机电源电缆和天线等各项连接无误,方可开机。
3、开机后经检验有关指示灯与仪器表显示正常后,方可进行自测试并输入测站、观测单元和时段等控制信息。
4、接收机启动前与作业过程中,应随时逐项填写测量手簿中的记录项目。
5、接收机开始记录数据后,观测员可使用专用功能键和选择菜单,查看各项状况,如发现一场情况或未预料到的情况,应记录在测量手簿的备注栏内,并及时报告给队长。
6、每时段观测开始及结束前各记录一次观测卫星好、天气状况、实时定位经纬度和大地高、PDOP值等。
7、每时段观测前后应各量取天线高一次,两次量高之差不应该大于3毫米,取平均值作为最后天线高,若互差超限,应查明原因,提出处理意见记入测量手簿记事栏。
8、观测员要细心操作,观测期间防止接收设备震动,更不得移动,要防止人员和其他物体碰动天线或阻挡信号。
9、观测期间,不应在天线附近502米以内使用电台,10米以内使用对讲机。
10、由于观测的期间天气较为炎热,接收机应避免阳光照晒,确保接收机正常工作。
11、一时段观测过程中不应进行以下操作:
A)接收机重新启动
B)进行自测试
C)改变卫星截止高度角
D)改变数据采样间隔
E)改变天线位置
F)按动关闭文件和删除文件等功能键
12、经检查,所有规定作业项目均已全面完成,并符合要求,记录与资料完整无误,方可迁站。
3.2.3实际观测总时段数
实际观测总时段数为140,本组实际观测计划如下:
表4.1实际观测计划表
时段
文件名
点名
接收机类型
天线类型
天线高(m)
记录员
1
L741
G312
Leika1230
AX1201
1.099
王强
2
L742
G312
Leika1230
AX1201
1.103
李博
3
L743
G315
Leika1230
AX1201
1.188
小费
4
L744
G303
Leika1230
AX1201
1.282
李真
5
L745
G003
Leika1230
AX1201
1.242
罗飞
6
L746
G304
Leika1230
AX1201
0.906
罗家尧
7
L747
G304
Leika1230
AX1201
0.905
闫瑞
3.2.4平均设站数
本次外业作业的平均设站次数为1.75
3.3数据处理
3.3.1基线处理和质量控制
基线处理软件为LGO,基线解算方法采用单基线解算/多基线解算。
1、将RINEX文件导入TGO软件中去。
生成基线向量。
2、首先用某一种特定的计算形式对所有基线进行解算,在解算过程中可以不进行质量控制(比率、参考变量、RMS),得到所有基线的解。
3、进行无约束平差,观察网平差报告的平差后的观测值,观察高度距离、高度、方位角的驻留(即残差)看是否超过3σ(此次处理是3cm左右),然后通过修改GPS处理形式的参数进行处理再平差和观察网评差报告,直到处理得到很好的结果。
4、如果还有解算不好的基线,就通过观察基线处理报告,卫星星历图和残差图,适当地删改时间限的方法进行处理,但是一般删除率不超过10%,若仍有超限的基线,就删掉该基线。
5、观察环闭合差报告,看通过的环的闭合差是否超限如果超限,通过上述的3、4的方法处理基线,直到闭合环通过检核为止。
6、重复基线较差的处理。
在TGO软件中间导出GPS基线向量到Excel中间进行排序(按斜距),找出复测基线,求出ΔX,ΔY,ΔZ,并求出ds,复测基线较差是否超限,若有超限,则按3、4的方法来处理。
同步环闭合差如下:
根据GB/T18314——2009,应对所有三边同步环进行检验,闭合差满足如下的要求
,式中,
为对基线测量中误差的要求
表4.2同步环闭合差成果表
基线ID
从
到
闭合环长度m
Δ水平m
Δ垂直m
B1
G313
G312
709.64
0.0016
0.0029
B7
G312
G314
B4
G313
G314
基线ID
从
到
Δ水平m
Δ垂直m
B18
G004
G311
2216.407
0.0008
-0.0031
B20
G311
G315
B19
G004
G315
基线ID
从
到
闭合环长度m
Δ水平m
Δ垂直m
B55
G304
G001
139.035
0.001
0.002
B59
G001
G002
B67
G304
G002
异步环闭合差
由若干条独立基线边构成的异步闭合环,其闭合差应符合规定:
,
式中n为多边形的边数,σ为GPS网相应级别规定的观测精度。
异步环多边形闭合差的大小,是基线向量质量检核的主要指标。
如果闭合差超限,应及时分析原因,对其中部分成果进行重测。
表4.3异步环闭合差成果表
基线ID
从
到
环闭合长度m
Δ水平m
Δ垂直m
B14
G316
G315
2199.683
0.018
0.033
B25
G315
G309
B28
G316
G309
基线ID
从
到
环闭合长度m
Δ水平m
Δ垂直m
B26
G315
G316
2199.677
0.014
0.03
B25
G315
G309
B28
G316
G309
基线ID
从
到
环闭合长度m
Δ水平m
Δ垂直m
B14
G316
G315
1374.311
0.005
0.006
B27
G315
G003
B30
G316
G003
重复基线较差:
同一条GPS基线边若观测了多个时段,可得多次基线边的观测结果,同一条基线边任意两个时段结果的互差不宜超过相应等级规定精度(按平均边长计算)的2
倍。
、
和
为复测基线的分量较差,σ为GPS网相应级别规定的观测精度。
3.3.2网平差处理及质量控制
网平差软件为TGO,坐标参考系为WGS-84。
网平差过程:
基线
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