数字测图技术讲义.docx

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1、第一章 数字测图概述随着电子技术和计算机技术日新月异的发展及其在测绘领域的广泛应用，世纪年代产生了电子速测仪、电子数据终端，并逐步地构成了野外数据采集系统，将其与内业机助制图系统结合，形成了一套从野外数据采集到内业制图全过程的、实现数字化和自动化的测量制图系统，人们通常称作为数字化测图（简称数字测图）或机助成图。广义的数字测图主要包括：全野外数字测图（或称地面数字测图、内外一体化测图）、地图数字化成图、摄影测量和遥感数字测图。狭义的数字测图指全野外数字测图。本书主要介绍全野外数字测图技术。1.1 数字地形表达一地形表达的方法人们生活在地球上并与地球表面处处发生联系：建筑师在地表设计、构筑楼房；

2、地质学家研究地表结构；地质生态学家想了解地表形态和地物形成的过程；测绘工作者则对地形起伏进行各种测量，并用各种方式如地图和正射影像图等描述地形。尽管专业领域不同，研究的侧重点各异，但所有的工作都希望能用一种既方便又准确的方法来表达实际地表现象。人类在很早以前就开始想方设法来描述自己所熟悉的地表现象，绘图是最古老的一种，但仅是很粗略地反映所见到的地形景观，但这些信息反映的主要是对象的形态特征和色彩特征，定量的描述则非常有限。另外一种古老而有效并一直沿用至今的精确表达地表现象的方式是地图。地图对人类社会发展的作用如同语言和文字对社会发展的作用一样，具有不言而喻的重要性。地图是记录和传达关于自然世界

3、、社会和人文的位置与空间特性信息最卓越的工具。早期地图用半符号、半写景的方法来表示地形，实现了在各种二维介质平面上对实际的三维地形表面的表示和描述。现代地图按照一定的数学法则，运用符号系统概括地将地面上各种自然和社会现象表示在平面上。地图具有三个基本的特性：数学法则性、制图综合性和内容符号性。现代地图的最大优点在于具有可量测性。在各种地图中，用来准确描述地貌形态的是等高线地图。用等高线来表达地形表面起伏可追溯到18世纪，它的方便性和直观性使得人们认为在制图学的历史上等高线是一项最重要的发明。在等高线地形图上，所有的地形信息都正交地投影在水平面上，用线划或符号表示成比例缩小后的地物，而地物高度和

4、地形起伏的信息则有选择地用等高线进行表达。与各种线划图形相比，影像无疑具有更大的优点，如细节丰富、成像快速、直观逼真等，因此摄影术一出现就被广泛用于记录我们生活的这个世界。1849年出现了利用地面摄影相片进行地形图的编绘，而航空摄影由于周期短、覆盖面广、现势性强而广泛采用。利用多张具有一定重迭度的像片还能重建实际地形的立体模型，并可以进行精确进行三维定位。20世纪60年代初，遥感技术随着空间科学的发展面兴起。70年代美国地球资源卫星上天后，遥感技术获得了极为广泛的应用。在遥感技术中除了使用对可见光摄影的框幅式黑白摄影机，还使用彩色或彩红外摄影机、全景摄影机、红外扫描仪、雷达、CCD推扫式行扫描

5、仪和矩阵数字摄影机等，它们能提供比原先黑白像片更丰富的影像信息。从本质上讲，地图是对客观存在的特征和变化规则的一种科学的概括和抽象。对于地图中最典型也是最重要的地形图而言，由于其描述的客观世界是丰富多彩、千姿百态的三维空间实体，其二维空间的表达与所表示的三维现实世界之间有着不可逾越的鸿沟。因此，地图学者们一直致力于地形图的立体表示，试图寻求一种既能符合人们的视觉生理习惯，又能恢复真实世界的表示方法。在此过程中先后出现了写景法、地貌晕翁法、地貌晕渲法、分层设色法等，但由于这些方法缺乏严密的数学理论以及绘制复杂等而使其受到了很大局限。20世纪中叶后，伴随着计算机科学、现代数学和计算机图形学等的发展

6、，各种数字的地形表达方式也得到迅猛的发展。电子计算机为自然科学的发展提供了进行严密计算和快速演绎的工具。使用计算机和计算机技术是当今信息时代的一个重要标志，其在测绘方面的应用使得测绘学科逐步向数字化与自动化、实时处理与多用途的方向发展。计算机技术在很大程度上改变了地图制图的生产方式，同时也改变着地图产品的样式和用图概念。借助于数字地形表达，现实世界的三维特征得到充分而真实的再现。总之：数字地形表达的方式可以分为两大类，即数学描述和图像描述。使用傅立叶级数和多项式来描述地形是常用的数学描述方法。规则格网、不规则格网、等高线、剖面图等则是图像描述的常用方式。二数字地面模型模型是用来表现其它事物的一

7、个对象或概念，是按比例缩减并转变到我们能够理解的形式的事物本体。建立模型可以有许多特定的目的，如预测、控制等。在这种情况下，模型只需要具备足够重要的细节来满足即可。同时，模型也可以用来表现系统或现象的最初状态，或者用来表现某些假定或预测的情况等。一般说来，模型可以分为三种不同的层次，即概念模型、物质模型的数学模型。概念模型是基于个人的经验与知识在大脑中形成的关于状况或对象的模型，概念模型往往也形成了模拟的初级阶段。然而，如果事物非常复杂难于描述，则模拟也许只能停留在概念的形式上。物质模型通常是一个模拟的模型，如用橡胶、塑料或泥土制成的地形模型等。数学模型一般是基于数字系统的定量模型，根据问题的

8、确定性和随机性数学模型又有函数模型和随机模型之分。采用数学模型具有以下明显的优点：1理解现实世界和发现自然规律的工具；2提供了考虑所有可能性、评价选择性和排除不可能的机会；3帮助在其它领域推广或应用解决问题的结果；4帮助明了思路，集中精力关注问题重要的方面；5使问题的主要成分能被更好地观察，同时确保交流、减少模糊，并提供关于问题一致看法的机会。评价数学模型的标准：精确性：模型的输出是正确的或是非常接近正确；描述的现实性：基本正确的假设；准确性：模型的预测是确定的数字、函数或几何图表等；可靠性：对输入数据中的错误具有相对免疫力；一般性：适用大多数情况；成效性：结论有用，并可以启发或指导其它好的模

9、型。麻省理工学院教授米勒将计算机和摄影测量技术结合在一起，比较成功地解决了道路工程的计算机辅助设计问题。测绘学从地形测绘的角度来研究数字地面模型，一般仅把基本地形图中的地形要素、特别是高程信息，作为数字地面模型的内容。测绘学家心目中的数字地面模型是新一代的地形图，地貌和地物不再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，而是通过储存在磁介质中的大量密集的地面点的空间坐标和地形属性编码，以数字的形式描述。其它非测绘应用的课题，通常根据各自的具体需要，将某些地形的特性信息与地形信息结合在一起，构成数字地面模型。20世纪60年代出现了地理信息系统，由于具有众多用户共享的特点，它的数字地面模型中所包含的地面特

10、性信息类型就更加丰富。一般可分为下列四组：1地貌信息：高程、坡度、坡向、坡面形态及描述地表起伏情况的更为复杂的地貌因子；2基本地物信息：水系、交通网、居民点和工矿企业及境界线；3主要的自然资源和环境信息：土壤、植被、地质、气候；4主要的社会经济信息：人口分布、工农业产值、国民收入。1.2 数字高程模型一数字高程模型的含义从最一般的形式上看，数字地面模型包括平面和地形起伏两种数据，并且从其本身导出的数据如坡度、坡向、可视性也包含其中。Miller于1958年提出：数字地面模型是利用一个任意坐标场中大量选择的已知X、Y、Z的坐标点对连续地面的一个简单的统计表示，或者说，DTM是地形表面简单的数字表

11、示。数字地面模型更通用的定义是描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值阵列，从数学的角度，可能用二维函数系统取值的有序集合来概括地表示数字地面模型的丰富内容和多样形式。地理空间实质是三维的，但人们往往在二维地理空间上描述并分析地面特性的空间分布，如专题图大多是平面地图。数字地面模型是对某一种或多种地面特性空间分布的数字描述，在迭加在二维地理空间上的一维或多维地面特性向量空间，是地理信息系统空间数据库的某类实体或所有这些实体的总和。数字地面模型的本质共性是二维地理空间定位和数字描述。数字高程模型是数字地面模型中最基本的部分，它是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达，是表示区域D上的三维向量有

12、限序列。二数字高程模型的特点与传统的地形图相比，数字高程模型作为地表的一种数字表达形式有如下特点：1容易以多种形式显示地形信息。地形数据经过计算机软件处理后，产生多种比例尺的地形图、纵横断面图和立体图。而常规地形图一经制作完成后，比例尺不易改变，改变或绘制其它形式地形图则需要人工处理。2精度不会损失。常规地图随着时间的推移，图纸将会变形，失掉原有的精度。而DEM采用数字媒介，因而能保持精度不变。另外，由常规的地图用人工的方法制作其它种类的地图，精度不会受到损失。3容易实现自动化、实时化。常规地图要增加和修改都必须重复相同的工序，劳动强度大而且周期长，不利于地图的实时更新。而DEM由于是数字形式

13、的，所以增加和改变地形信息只需要将修改信息直接输入计算机，经软件处理后立即可产生实时化的各种地形图。概括起来，数字高程模型具有以下显着特点：便于存储、更新、传播和计算机自动处理；具有多比例尺特性；特别适合于各种定量分析与三维建模。三数字高程模型的分类1根据大小和覆盖范围分类：局部的DEMs（Local）：建立局部的模型往往源于这样的前提，即待模拟的区域非常复杂，只能对一个局部的范围进行处理。全局的DEMs(Global)：全局性的模型一般包括大量的数据并覆盖一个很大的区域，并且该区域通常具有简单、规则的地形特征。或者为了一些特殊的目的如侦察，只需要使用地形表面最一般的信息。地区的DEMs（Re

14、gional）：界于局部和全局两种模型之间的情况。2根据模型的连续性分类不连续的DEMs（Discontinuous）：一个不连续的模型表面源于这样的考虑，每一个观测点的高程都代表了其邻域范围内的值。基于这样的观点，任何待内插的点的高程都可以利用最邻近的参考点近似。这时，一系列局部的表面被用来表示整个地形。连续的DEMs（Continuous）：与不连续的DEMs相反，连续的模型表面基于这样的思想，即每个数据点代表的只是连续表面上的一个采样值，而表面的一阶导数可以是连续的也可以是不连续的。但这里的定义还是限定于一阶导数不连续的情况，因为任何一阶导数或更高阶导数连续的表面将被定义为光滑表面。光滑

15、的DEMs(Smooth)：光滑DEMs指的是一阶导数或更高阶导数连续的表面，通常是在区域或全局的尺度上实现。创建这种模型一般基于以下假设：模型表面不必经过所有原始观测点，待构建的表面应该比原始观测数据所反映的变化要平滑得多。四数字高程模型的应用范畴1相关学科和技术基础理论与技术支持计算机科学是数字高程模型产生和发展的最重要的基础之一，计算机科学的技术突破必将对数字高程模型的技术理论体系产生深远的影响。数值逼近、计算几何、图论和数学形态学等数学分支的有关理论和方法则奠定了数字高程模型的数学基础。各种数字技术如编码、数据压缩、数据结构和数据库技术等则是数字高程模型数据的理论依据。地形的三维逼真显

16、示技术，一直是计算机图形学的重要研究内容。数字高程模型的可视表现更是依托于计算机图形的发展。 测绘学数字高程模型的原始数据采集主要依靠测绘学的支持。对不同的数据源，可分别借助摄影测量与遥感（RS）、GPS、机助地图制图的图形数字化输入和编辑以及野外数字测图等技术，进行数字高程模型原始数据的采集工作。特别是摄影测量领域，DEM已经成为主要的新产品形式和正射影像生产的基础。DEM辅助遥感影像的处理，则可提高影像分类及解译的成功率。 地理信息系统地理信息系统（Geographic Information System）出现于20世纪60年代，它是在计算机软硬件支持下，对空间信息进行管理、分析、表示和

17、应用的技术系统或系统实体。DEM作为地球空间框架数据的基本内容和其它各种地理信息的载体，是各种地学分析的基础数据，自然也是GIS的基本内容。特别是GIS中的三维可视化和虚拟现实更是离不开DEM。2应用数字高程模型既然是地理空间定位的数字集合，因此凡牵涉到地理空间定位，在研究过程中又依靠计算机系统支持的课题，一般都要建立数字高程模型。在这个角度看，建立数字地面模型是对地面特性进行空间描述的一种数字方法途径，数字高程模型的应用可遍及整个地学领域。在测绘中可用于绘制等高线、立体匹配片、立体地形模型及地图的修测。在各种工程中可用于体积和面积的计算、种剖面图的绘制及线路的设计。军事上可用于导航、通讯、作

18、战任务的计划等。在遥感中可用作为分类的辅助数据。在环境与规则中可用于土地现状的分析、各种规划及洪水险情预报等。随着各种相关技术的发展，数字高程模型经历了一个循序渐进的发展过程。20世纪50年代中期到60年代初，多局限于土木水利工程和地图测绘中。DEM的建立都只是为了某种特定的应用，如高速公路设计中的体积计算，遥感影像的几何纠正和正射影像生产等，这些DEM只能满足特定的行业和专业部门的应用需求，未成为一种像地图那样的标准产品。从60年代中期开始，随着数据库和环境遥感技术的迅速发展，一些发达国家在机助制图的基础上，逐步建立起国家范围和区域范围的地理信息系统，DEM作为标准的基础地理信息系统产品开始

19、大规模的生产。如加拿大环境部的“加拿大地理信息系统（CGIS）”美国地质调查局的“地理信息检索和分析系统（GISAS）”。数字高程模型开始作为数据库的实体，为地理信息系统进行空间分析和辅助决策提供充实而便于操作的数据基础，同时与地理信息系统的结合也愈来愈紧密。近年来，随着空间数据基础设施的建设和“数字地球（Digital Earth）”战略的实施，更加快了DEM与地理信息系统、遥感等的一体化进程，为DEM的应用开辟了更广阔的天地。1.3 数字测图概念一、数字测图的基本思想传统的地形测图（白纸测图）实质上是将测得的观测值（数值）用图解的方法转化为图形。这一转化过程几乎都是在野外实现的，即使是原图

20、的室内整饰一般也要在测区驻地完成，因此劳动强度较大；再则，这个转化过程将使测得的数据所达到的精度大幅度降低。特别是在信息剧增，建设日新月异的今天，一纸之图已难载诸多图形信息；变更、修改也极不方便，实在难以适应当前经济建设的需要。数字测图就是要实现丰富的地形信息和地理信息数字化和作业过程的自动化或半自动化。它希望尽可能缩短野外测图时间，减轻野外劳动强度，而将大部分作业内容安排列室内去完成。与此同时，将大量手工作业转化为电子计算机控制下的机械操作，这样不仅能减轻劳动强度，而且不会降低观测精度。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，然后由电子计算机对其进行处理，得到

21、内容丰富的电子地图，需要时由图形输出设备（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。数字测图的基本思想与过程如图所示。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（或直接传输给便携机），然后在室内通过数据接口将采集的数据传输给电子计算机，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，最终由磁盘、磁带等贮存介质保存电子地图。数字测图虽然生产成品仍然以提供图解地形图为主，但是它以数字形式保存着地形模型及

22、地理信息。二、地图图形的描述一切地图图形都可以分解为点、线、面三种图形要素，其中点是最基本的图形要素。这是因为一组有序的点可连成线，而钱可以围成面。但要准确地表示地图图形上点、线、面的具体内容，还要借助一些特殊符号、注记来表示。独立地物可以由定位点及其符号表示，线状地物、面状地物由各种线划、符号或注记表示，等高线由高程值表达其意义。测量的基本工作是测定点位。传统方法是用仪器测得点的三维坐标，或者测量水牛角、竖直角及距离来确定点位，然后绘图员按坐标（或角度与距离）将点展绘到图纸上。跑尺员根据实际地形向绘图员报告测的是什幺点（如房角点），这个（房角）点应该与哪个（房角）点连接等等，绘图员则当场依据

23、展绘的点位按图式符号将地物（房屋）描绘出来。就这样一点一点地测和绘，一幅地形图也就生成了。数字测图是经过计算机软件自动处理（自动计算、自动识别、自动连接、自动调用图式符号等），自动绘出所测的地形图。因此，数字测图时必须采集绘图信息，它包括点的定位信息、连接信息和属性信息。定位信息亦称点位信息，是用仪器在外业测量中测得的，最终以，（）表示的三维坐标。点号在测图系统中是唯一的，根，据它可以提取点位坐标。“连接信息是指测点的连接关系，它包括连接点号和连接线型，据此可将相关的点连接成一个地物。上述两种信息台称为图形信息，又称为几何信息。以此可以绘制房屋、道路、河流、地类界、等高统等图形。属性信息又称为

24、非几何信息，包括定性信息和定量信息。属性的定性信息用来描述地图图形要素的分类或对地图图形要素进行标名，一般用拟定的特征码（或称地形编码）和文字表示。有了特征码就知道它是什幺点，对应的图式是什幺。属性的定量信息是说明地图要素的性质、特征或强度的，例如面积、楼层、人口、产量、流速等，一般用数字表示。进行数字测图时不仅要测定地形点的位置（坐标），还要知道是什幺点，是道路还是房屋，当场记下该测点的编码和连接信息，显示成图时，利用测图系统中的图式符号库，只要知道编码，就可以从库中调出与该编码对应的图式符号成图。三、地图图形的数据格式地图图形要素按照数据获取和成图方法的不同，可区分为关量数据和珊格数据两种

25、数据格式。矢量数据是图形的离散点坐标（，）的有序集合；栅格数据是图形像元值按矩阵形式的集合，对应的图形表示法如图所示。由野外采集的数据、由解析测图仪获得的数据和手扶跟踪数字化仪采集的数据是关量数据；由扫描仪和遥感获得的数据是柳格数据。据估计，一幅：的一般密度的平面图只有几千个点的坐标对，一幅。工的地形图矢量数据多则可达几十万甚至上百万个的坐标对。矢量数据量与比例尺、地物密度有关。而一幅地形图（cm）的栅格数据，随栅格单元（像元）的边长（一般.）而不同，通常达上亿个像元点。故一幅地图图形的栅格数据量一般情况下比矢量数据量大得多。矢量数据结构是人们最熟悉的图形表达形式，从测定地形特征点位置到线划地

26、形图中各类地物的表示以及设计用图，都是利用矢量数据。计算机辅助设计（）、图形处理及网络分析，也都是利用矢量数据和矢量算法。因此数字测图通常采用矢量数极结构和画矢量图。若采集的数据是柳梢数据，必须将其转换为矢量数据。再则由计算机控制输出的关量图形不仅美观，而且更新方便，应用非常广泛。四、数字测图需要解决的问题归纳起来，数字测图所要解决的问题是：使采集的图形信息和属性信息为计算机识别。由计算机按照一定的要求对这些信息进行一系列的处理。将经过处理的数据和文字信息转换成图形，由屏幕输出或绘图仪输出各种所需的图形。按照一定的要求自动实现图形数据的应用问题。能自动地给制地图图形是数字测图的首要任务，但这只

27、是最基本的任务。数字测图还解决电子地图应用问题，尤其要使数字测图成果满足地理信息系统（）的需要。数字测图的最终目的是实现测图与设计和管理一体化、自动化。1.4 数字测图系统数字测图系统是以计算机为核心，在外连输入、输出设备硬件和软件的支持下，对地形空间数据进行采集、输入、成图、处理、绘图、输出、管理的测绘系统。数字测图系统主要由数据输入、数据处理和数据输出三部分组成，如图。 地形数据采集 数据处理与成图 成果与图形输出围绕这三部分，由于硬件配置、工作方式、数据输入方法。输出成果内容的不同，可产生多种数字测图系统。接输入方法可区分为：原图数字化数字成图系统，航测数字成图系统，野外数字测图系统，综

28、合采样（集）数字测图系统；按硬件配置可区分为：全站仪配合电子手簿测图系统，电子平板测图系统等。校输出成果内容可区分为：大比例尺数字测图系统，地形地籍测图系统，地下管线测图系统，房地产测量管理系统，城市规划成图管理系统等等。不同的时期，不同的应用部门，如水利、物探、石油等科研院校，也研制了众多的自动成图系统。目前大多数数字化测图系统内容丰富，具有多种数据采集方法，具有多种功能和多种应用范围，能输出多种图形和数据资料，其结构如图。数字测图系统需有一系列硬件和软件组成。用于野外采集数据的硬件设备有全站式或半站式电子速测仪；用于室内输入的设备有数字化仪、扫描仪、解析测图仪等；电子手簿、卡用于记表数据；

29、用于室内输出的设备主要有磁盘、显示器、打印机和数控绘图仪等；便携机或微机是数字测图系统的硬件控制设备，既用于数据处理，又用于数据采集和成果输出。最基本的软件设备有系统软件和应用软件。应用软件主要包括控制测量计算软件、数据采集和传输软件、数据处理软件、图形编辑软件、等高线自动绘制软件、绘图散件及信息应用软件等。在计算机自动化成图过程中，主要采用野外数据采集然后由计算机自动进行数据处理，而随着计算机的袖珍化和软件功能的内外业一体化，内外业设备已没有明显的界限，就一般而言，主要由以下几部分组成。1地面测量仪器地面测量仪器是获取地面信息的基本设备，它包括电子速测仪（全站仪）、电子(或光学)经纬仪、测距

30、仪等。目前一些传输的机助成图系统都适用各种地面测量仪器进行采集，如CASS系统设有速测仪、经纬仪加测距仪、视距、量距等各种采集模式，能充分的利用现有的仪器设备。2电子计算机电子计算机是进行数据采集、储存、处理的基本设备。对于机助成图一般包括两个部分即外业数据采集的计算机和内业数据处理所用计算机。外业数据采集所用的计算机要求计算机袖珍化，便于野外携带和使用，常用PC-1500、PC-E500及便携机。内业处理所用的计算机一般采用微型计算机，要求计算机有足够的贮存容量和运算速度。3图形输入设备用于将地图几何图形转换为数据的专用设备称为图形输入设备。常用的图形输入设备有数字化仪。数字化仪的类型按不同

31、指标或性能有不同的分类，如： 自动化程度分：手扶跟踪式、半自动跟踪式和自动扫描式； 按数据格式分：矢量式和栅格式； 按坐标系分：直角坐标式和极坐标； 按数字化台面形状分：平台式和滚筒式。目前通常指的数字化仪都是指手扶跟踪式直角坐标数字化仪，由于手扶跟踪数字化仪操作简单、价格低，其图形输入的精度能够满足地图精度的要求，因此这一类型数字化仪在机助成图中广泛使用。半自动跟踪数字化仪精度高、速度快，但价格昂贵，尚未得到普及应用；自动扫描数字化仪(亦称扫描仪)虽然速度快，但由于其精度和矢量化等问题，在精度要求较高的大比例尺成图方面，还有待进一步研究。4图形输出设备实施制图数据到图形的设备称为图形输出设备

32、，主要有打印机、图形显示器和自动绘图机等。打印机具有图形输出速度快的特点，虽然打印的图形不精致，但能为制图人员提供概略的样图以供检查。图形显示器通常把它归属于计算机设备，而不是一个单独的图形输出设备。自动绘图仪的种类很多，功能各异，没有严格的分类标准。有喷墨式、激光式。1.5 数字测图的优点大比例尺数字测图有力地冲击着传统的平板仪或经纬仪的白纸测图方法，大有取代白纸测图之势，这是因为数字测图具有诸多的优点。一测图用图自动化传统测图方式主要是手工作业，外业测量人工记录，人工绘制地形图，在图上人工量算所需要的坐标、距离和面积等等。数字测图则使野外测量自动记录，自动解算，使内业数据自动处理，自动成图

33、，自动绘图，并向用图者提供可处理的数字地（形）图软盘，用户可自动提取图数信息。二图形数字化用软盘保存的数字地（形）图，存储了图中具有特定含义的数字、文字、符号等各类数据信息，可方便地传输、处理和供多用户共享。数字地图不仅可以自动提取点位坐标、两点距离、方位以及地块面积等，还可以供工程、规、（计算机辅助设计）使用和供（地理信息系统）建库使用。数字地图的管理，即节省空间，操作又十分方便。三点位精度高传统的经纬仪配合小平板、半圆仪白纸测图，地物点平面位置的误差主要受解析图根的测定误差和展绘误差、测定地物点的视距误差、方向误差、地形图上的地物点的刺点误差等影响，综合影响使地物点平面位置的测定误差图上约

34、为士0.5（：1000比例尺），主要误差源为视距误差和刺点误差。经纬仪视距高程法测定地形点高程时，即使在较平坦地区（06），视距为150。，地形点高程测定误差也达土0.06，而且随着倾斜角的增大，高程测定误差会急剧增加。用全站仪采集数据，测定地物点的误差在内约为主，测定地形点的高程误差在450内约为士，若距离在以内，则测定地物点误差约为全，测定地形点的高程误差约为士。在数字测图中，野外采集的数据的精度毫无损失，也与图的比例尺天关。数字测图的高精度为地籍测量、管网测量、房产测量、工程规划设计等工作提供了保证。四便于成果更新数字测图的成果是以点的定位信息和属性信息存入计算机，当实地有变化时，只需输

35、人变化信息的坐标、代码，经过编辑处理，很快便可以得到更新的图，从而可以确保地面的可靠性和现势性，数字测图可谓“一劳永逸”。五避免因图纸伸缩带来的各种误差表示在图纸上的地图信息随着时间的推移，会因图纸的变形而产生误差。数字测图的成果以数字信息保存，避免了对图纸的依赖性。六能以各种形式输出成果计算机与显示器、打印机联机时，可以显示或打印各种需要的资料信息，如用打印机可打印数据表格，当对绘图精度要求不高时，可用打印机打印图形。计算机与绘图议联机，可以绘制出各种比例尺的地形图、专题图，以满足不同用户的需要。七方便成果的深加工利用数字测图分层存放，可使地面信息无限存放（这是模拟图无法比拟的优点），不受图

36、面负载量的限制，从而便于成果的深加工利用，拓宽测绘工作的服务面，开拓市场。比如软件中共定义个层（用户还可根据需要定义新居），房屋、电力线、铁路、植被、道路、水系、地貌等均存于不同的层中，通过关闭层、打开层等操作来提取相关信息，便可方便地得到所需的测区内各类专题图、综合图，如路网图、电网图、管线图、地形图等。又如在数字地籍图的基础上，可以综合相关内容，补充加工成不同用户所需要的城市规划用图、城市建设用图、房地产图以及各种管理用图和工程用图。八可作为的重要信息源地理信息系统（）具有方便的空间信息查询检索功能、空间分析功能以及辅助决策功能，这些功能在国民经济、办公自动化及人们日常生活中都有广泛的应用

37、。然而，要建立一个，花在数据采集上的时间和精力约占整个工作的；要发挥辅助决策的功能，需要现势性强的地理信息资料。数字测图能提供现势性强的地理基础信息，经过一定的格式转换，其成果即可直接进入的数据库，并更新的数据库。一个好的数字测图系统应该是的一个子系统。1.6 数字测图的基本过程数字测图的作业过程与使用的设备和软件、数据源及图形输出的目的有关。但不论是测绘地形图，还是制作种类繁多的专题图、行业管理用图，只要是测绘数字图，都必须包括数据采集、数据处理和图形输出三个基本阶段。一、数据采集地形图、航空航天遥感像片、图形数据或影像数据、统计资料、野外测量数据或地理调查资料等，都可以作为数字测图的信息源

38、。数据资料可以通过键盘或转储的方法输入计算机；图形和图像资料一定要通过图数转换装置转换成计算机能够识别和处理的数据。数据采集主要有如下几种方法：法，即通过接收机采集野外碎部点的信息数据；航测法，即通过航空摄影测量和遥感手段采集地形点的信息数据；数字化仪法，即通过数字化仪在已有地图上采集信息数据；大地测量仪器法，即通过全站仪、测距仪、经纬仪等大地测量仪器实现碎部点野外数据采集。目前我国主要采用数字化仪法、航测法和大地测量仪器法采集数据。前两者主要是室内作业采集数据，大地测量仪器法是野外采集数据。野外数据采集野外常规数据采集是工程测量中，尤其是工程中大比例尺测图获取数据信息的主要方法。而采集数据的

39、方法随着野外作业的方法和使用的仪器设备不同可以分为下面三种形式。普通地形图测图方法使用普通的测量仪器，例如经纬仪、平板仪和水准仪等，将外业观测成果人工记录于手簿中，再进行内业数据的处理，然后输入到计算机内。使用测距经纬仪和电子手簿方法用测距经纬仪进行外业观测距离，水平方向和天顶距等，用电子手簿在野外进行观测数据的记录及必要的计算并将成果贮存。内业处理时再用电子手簿中的观测数据或经处理后的成果输入计算机中。野外使用全站仪方法用全站仪进行外业观测，测量数据自动存入仪器的数据终端，然后将数据终端通过接口设备输入到计算机。采用这种方法则从外业观测到内业处理直至成果输出整个流程实现自动化。大比例尺地面数

40、字测图与传统白纸测图相比，有如下特点：1白纸测图通常是在外业直接成图，除在1：500的地形图上对主要建筑物轮廓点注记外，其余碎部点坐标是不保留的。外业工作处观测数据外，地形图的现场绘制、清绘占地形测量很重的比例。数字测图在外业是记录观测数据或计算的坐标。在记录中，点的编号和特征码是不可缺少的信息，特征码的记录可在该测时输入记录器或在内业根据草图输入。数字测图对于数据记录要有一定的格式，这种格式应被数字测图软件所识别，能和数据库的建立统一起来。2数字测图中，电子手簿应具有测站点坐标计算功能，可以自由设站。同时测距仪在几百米距离内测距精度较高，可达1厘米。因此，一般来说地图图根点的密度相对于白纸测

41、图的要求可减少。碎部测量时可较多采用自由设站的方法建立测站点。3碎部测量时不受图幅边界的限制，外业不再分幅作业，内业图形生成时由软件根据图幅分幅表及坐标范围自动进行分幅和接边处理。4白纸测图是在图根加密后进行碎部测量。数字测图的碎部测量可在图根控制加密后进行，也可和图根控制的观测同时进行，然后在内业计算图根点坐标后再进行碎部点坐标计算。5数字测图由数控绘图机绘制地形图，所有的地形轮廓转点都要有坐标才能绘出地物的轮廓点来。对必须表示的细部地貌也要按实测地貌点才能绘出。因此数字测图直接测量地形点的数目比白纸测图要多。原图数字化采集不论从哪种比例尺的地形图上采集DEM数据，最基本的问题都是对地形图要

42、素如等高线进行数字化处理，如手扶跟踪数字化或者半自动扫描数字化，然后再用某种数据建模方法内插DEM。而关于地形图要素的数字化处理特别是半自动扫描数字化技术已经很成熟并已成为地图数字化的主流。手扶跟踪数字化将地图平放在数字化仪的台面上，用一个带十字丝的游标，手扶跟踪等高线或其它地物符号，按等时间间隔或等距离间隔的数据流模式记录平面坐标，或由人工按键控制平面坐标的记录，高程则需由人工从键盘输入。这种方法的优点是所获取的向量形式的数据在计算机中比较容易处理；缺点是速度慢、人工劳动强度大。扫描数字化或称屏幕数字化利用平台式扫描仪或滚筒式扫描仪将地图扫描得到栅格形式的地图数据，即一组阵列式排列的灰度数据

43、(数字影像)。将栅格数据转换成矢量数据可以充分利用图像处理的先进技术进行曲线自动跟踪和注记符号的自动识别等，因此效率很高。目前主要采用半自动化跟踪的方法，即先由计算机自动跟踪和识别，当出现错误或计算机无法完成的时候再进行人工干预，这样既可减轻人工劳动强度，又能使处理软件简单易实现。国内已有许多优秀的半自动矢量软件如GeoScan等。数字化后的等高线数据通过一定的处理如粗差的剔除、高程点的内插、高程特征的生成等便可产生最终的DEM数据。航片数据采集涉及DEM数据采集的摄影测量采样方法包括等高线法、规则格网点法、选择采样点、渐进采样法、剖面法、混合采样法等，这些方法可以是人机交互的或自动化的。 沿

44、等高线采样在地形复杂及陡峭地区，可采用沿等高线跟踪的方式进行数据采集，在平坦地区，则不宜采用此方式。沿等高线采样可按等距离间隔记录数据或按等时间间隔记录数据。采用等时间间隔记录数据时，由于等高线曲率大的地方跟踪的速度较慢，因而采集的点较密集，而在曲线较平直的地方跟踪速度较快，采集的点较稀疏，故只要选择恰当的时间间隔，所记录的数据就能很好地描述地形，又不会有太多的数据冗余。 规则格网采样确保采集的数据具有规则的格网形式。通过固定某一方向(如X方向)，而在另一方向(如Y方向)以等间隔移动测标，同时对每一点测量其高程值，便可获得规则格网数据。在这样测量方法中，量测点在X或Y方向的移动由微处理器自动控

45、制，不需要手工的操作。这各方法非常适于自动或半自动的数据采集。 剖面法与规则格网法类似，它们之间的惟一区别是在格网中量测点在格网的两个方向上都是均匀采集，而在剖面法中，只是在一个方向即剖面方向上均匀采样。在剖面法中，通常情况下点以动态方式量测，而不像规则采样中以静态方式进行。因此从速度方面具有较高的效率。但其精度将比以静态方式量测的规则格网点的精度低。另外这种方法固有的缺点是如果要保持较小而且重要的地形特征，那就必须保证采样数据有较高的冗余度。大多数情况下，剖面法并非主要为了采集DEM数据，而是正射影像的生产联系到一起的，从这一方面来说，DEM数据更像剖面法的副产品，而不是主要产品。 渐进采样

46、为了使采样分布合理，即平坦地区样点较少，地形复杂地区的样点较多，采用渐近采样方法。此方法中，小区域的格网间距逐渐改变，而采样也由粗到精地逐渐进行。优点：渐近采样能解决规则格网采样方法所固有的数据冗除。缺点：地表突变邻近区域内的采样仍有较高的冗除度，有些相关特性在第一轮粗略采样中有可能丢失，并且不能在其后的任一轮采样中恢复；跟踪路径太长，导致时间效率降低。 选择性采样为了准确反映地形，可根据地形特征进行选择性的采样，例如沿山脊线、山谷线、断裂线以及离散特征点进行采集。这种方法的突出优点在于只需要少量的点便能使其所代表的地面具有足够的可信度。缺点：因为它需要受到专业训练的观测者对立体模型进行大量的

47、内插，故并非高效的采样方法，实际上，没有一种自动采样程序是基于这种策略的，因此这种方法并不常用。 混合采样混合采样是一种将选择采样与规则格网采样相结合或者是选择采样与渐近采样相结合的采样方法。这种方法在地形突变处以选择采样的方式进行，然后这些特征线和另外一些特征点如山顶点、谷底点等，被加入规则格网数据中。实践证明：使用混合采样能解决很多在规则格网采样和渐近采样中遇到的问题。混合采样可建立附加地形特征的规则矩形格网DEM，也可建立沿特征附加三角网混合形式的DEM，但显然其数据的存贮管理与应用均较复杂。 交互式采集上述的等方法适用于利用解析测图仪或机助测图仪进行半自动的交互式数据采集。特别是在数字

48、摄影测量工作站中，混合采样的方法既能达到较高的作业效率，又可取得较好的数据质量。这种方法首先使用计算机自动生成粗格网DEM，然后在立体模型上加测地形特征线，在此基础上内插细格网DEM。 自动采集这也是数字摄影测量系统最主要的特征。自动采集方法按照像片上的规则格网利用影像进行数据采集，若利用高程直接求解的影像匹配方法，也可按模型上的规则格网进行数据采集。全数字化摄影测量系统在市场上已有成熟的产品。这种方法的优点：许多操作是自动化的，用户不需要做太多的干预。缺点：在自动相关生成DEM时仍需要采集地貌特征点线，才能保证DEM的高保真度。特别是在平坦地区、森林覆盖地区和房屋密集的城区，仍需要相当多的人工干预和编辑工作，否则，DE