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1、第一章数数字测图图概述随着电子子技术和和计算机机技术日日新月异异的发展展及其在在测绘领领域的广广泛应用用，世纪年代代产生了了电子速速测仪、电电子数据据终端，并并逐步地地构成了了野外数数据采集集系统，将将其与内内业机助助制图系系统结合合，形成成了一套套从野外外数据采采集到内内业制图图全过程程的、实实现数字字化和自自动化的的测量制制图系统统，人们们通常称称作为数数字化测测图（简简称数字字测图）或或机助成成图。广广义的数数字测图图主要包包括：全全野外数数字测图图（或称称地面数数字测图图、内外外一体化化测图）、地地图数字字化成图图、摄影影测量和和遥感数数字测图图。狭义义的数字字测图指指全野外外数字测测
2、图。本本书主要要介绍全全野外数数字测图图技术。1.1 数字字地形表表达一地形形表达的的方法人们生活活在地球球上并与与地球表表面处处处发生联联系：建建筑师在在地表设设计、构构筑楼房房；地质质学家研研究地表表结构；地质生生态学家家想了解解地表形形态和地地物形成成的过程程；测绘绘工作者者则对地地形起伏伏进行各各种测量量，并用用各种方方式如地地图和正正射影像像图等描描述地形形。尽管管专业领领域不同同，研究究的侧重重点各异异，但所所有的工工作都希希望能用用一种既既方便又又准确的的方法来来表达实实际地表表现象。人类在很很早以前前就开始始想方设设法来描描述自己己所熟悉悉的地表表现象，绘图是最古老的一种，但仅
3、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。另外一种种古老而而有效并并一直沿沿用至今今的精确确表达地地表现象象的方式式是地图图。地图图对人类类社会发发展的作作用如同同语言和和文字对对社会发发展的作作用一样样，具有有不言而而喻的重重要性。地地图是记记录和传传达关于于自然世世界、社社会和人人文的位位置与空空间特性性信息最最卓越的的工具。早早期地图图用半符符号、半半写景的的方法来来表示地地形，实实现了在在各种二二维介质质平面上上对实际际的三维维地形表表面的表表示和描描述。现现代地图图按照一一定的数数学法则则，运用用符号系系统概括括地将地地面上
4、各各种自然然和社会会现象表表示在平平面上。地地图具有有三个基基本的特特性：数学法法则性、制制图综合合性和内内容符号号性。现现代地图图的最大大优点在于于具有可可量测性性。在各种地地图中，用用来准确确描述地地貌形态态的是等等高线地地图。用用等高线线来表达达地形表表面起伏伏可追溯溯到188世纪，它它的方便便性和直观性性使得人人们认为为在制图图学的历历史上等等高线是是一项最最重要的的发明。在在等高线线地形图图上，所所有的地地形信息息都正交交地投影影在水平平面上，用用线划或或符号表表示成比比例缩小小后的地地物，而而地物高高度和地地形起伏伏的信息息则有选选择地用用等高线线进行表表达。与各种线线划图形形相比
5、，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世纪纪60年代代初，遥遥感技术术随着空空间科学学的发展展面兴起起。700年代美美国地球球资源卫卫星上天天后，遥遥感技术术获得了了极为广广泛的应应用。在在遥感技技术中除除了使用用对可见见光摄影影的框幅幅式黑白白摄影机机，还使使用彩色色或彩红红外摄影影机、全全景摄影影机、红红外扫描描仪、雷雷达、CCC
6、D推推扫式行行扫描仪仪和矩阵阵数字摄摄影机等等，它们们能提供供比原先先黑白像像片更丰丰富的影影像信息息。从本质上上讲，地地图是对对客观存存在的特特征和变变化规则则的一种种科学的的概括和和抽象。对对于地图图中最典典型也是是最重要要的地形形图而言言，由于于其描述述的客观观世界是是丰富多多彩、千千姿百态态的三维维空间实实体，其其二维空空间的表表达与所所表示的的三维现现实世界界之间有有着不可可逾越的的鸿沟。因因此，地地图学者者们一直直致力于于地形图图的立体体表示，试试图寻求求一种既既能符合合人们的的视觉生生理习惯惯，又能能恢复真真实世界界的表示示方法。在在此过程程中先后后出现了了写景法法、地貌貌晕翁法
7、法、地貌貌晕渲法法、分层层设色法法等，但但由于这这些方法法缺乏严严密的数数学理论论以及绘绘制复杂杂等而使使其受到到了很大大局限。20世纪纪中叶后后，伴随随着计算算机科学学、现代代数学和和计算机机图形学学等的发发展，各各种数字字的地形形表达方方式也得得到迅猛猛的发展展。电子子计算机机为自然然科学的的发展提提供了进进行严密密计算和和快速演演绎的工工具。使使用计算算机和计计算机技技术是当当今信息息时代的的一个重重要标志志，其在在测绘方方面的应应用使得得测绘学学科逐步步向数字字化与自自动化、实实时处理理与多用用途的方方向发展展。计算算机技术术在很大大程度上上改变了了地图制制图的生生产方式式，同时时也改
8、变变着地图图产品的的样式和和用图概概念。借借助于数数字地形形表达，现现实世界界的三维维特征得得到充分分而真实实的再现现。总之：数数字地形形表达的的方式可可以分为为两大类类，即数数学描述述和图像描描述。使使用傅立立叶级数数和多项项式来描描述地形形是常用用的数学学描述方方法。规规则格网网、不规规则格网网、等高高线、剖剖面图等等则是图图像描述述的常用用方式。二数字字地面模模型模型是用用来表现现其它事事物的一一个对象象或概念念，是按按比例缩缩减并转转变到我我们能够够理解的的形式的的事物本本体。建建立模型型可以有有许多特特定的目目的，如如预测、控控制等。在在这种情情况下，模模型只需需要具备备足够重重要的
9、细细节来满满足即可可。同时时，模型型也可以以用来表表现系统统或现象象的最初初状态，或或者用来来表现某某些假定定或预测测的情况况等。一一般说来来，模型型可以分分为三种种不同的的层次，即即概念模模型、物质模模型的数学模模型。概概念模型型是基于于个人的的经验与与知识在在大脑中中形成的的关于状状况或对对象的模模型，概概念模型型往往也也形成了了模拟的的初级阶阶段。然然而，如如果事物物非常复复杂难于于描述，则则模拟也也许只能能停留在在概念的的形式上上。物质质模型通通常是一一个模拟拟的模型型，如用用橡胶、塑塑料或泥泥土制成成的地形形模型等等。数学学模型一一般是基基于数字字系统的的定量模模型，根根据问题题的确
10、定定性和随随机性数数学模型型又有函函数模型型和随机机模型之之分。采采用数学学模型具具有以下下明显的的优点：1理解解现实世世界和发发现自然然规律的的工具；2提供供了考虑虑所有可可能性、评评价选择择性和排排除不可可能的机机会；3帮助助在其它它领域推推广或应应用解决决问题的的结果；4帮助助明了思思路，集集中精力力关注问问题重要要的方面面；5使问问题的主主要成分分能被更更好地观观察，同同时确保保交流、减减少模糊糊，并提提供关于于问题一一致看法法的机会会。评价数学学模型的的标准：精确性：模型的的输出是是正确的的或是非非常接近近正确；描述的现现实性：基本正正确的假假设；准确性：模型的的预测是是确定的的数字
11、、函函数或几几何图表表等；可靠性：对输入入数据中中的错误误具有相相对免疫疫力；一般性：适用大大多数情情况；成效性：结论有有用，并并可以启启发或指指导其它它好的模模型。麻省理工工学院教教授米勒勒将计算算机和摄摄影测量量技术结结合在一一起，比比较成功功地解决决了道路路工程的的计算机机辅助设设计问题题。测绘学从从地形测测绘的角角度来研研究数字字地面模模型，一一般仅把把基本地地形图中中的地形形要素、特特别是高高程信息息，作为为数字地地面模型型的内容容。测绘绘学家心心目中的的数字地地面模型型是新一一代的地地形图，地地貌和地地物不再再用直观观的等高高线和图图例符号号在纸上上表达，而而是通过过储存在在磁介质
12、质中的大大量密集集的地面面点的空空间坐标标和地形形属性编编码，以以数字的的形式描描述。其其它非测测绘应用用的课题题，通常常根据各各自的具具体需要要，将某某些地形形的特性性信息与与地形信信息结合合在一起起，构成成数字地地面模型型。200世纪600年代出出现了地地理信息息系统，由由于具有有众多用用户共享享的特点点，它的的数字地地面模型型中所包包含的地地面特性性信息类类型就更更加丰富富。一般般可分为为下列四四组：1地貌貌信息：高程、坡坡度、坡坡向、坡坡面形态态及描述述地表起起伏情况况的更为为复杂的的地貌因因子；2基本本地物信信息：水水系、交交通网、居居民点和和工矿企企业及境境界线；3主要要的自然然资
13、源和和环境信信息：土土壤、植植被、地地质、气气候；4主要要的社会会经济信信息：人人口分布布、工农农业产值值、国民民收入。1.2 数字字高程模模型一数字字高程模模型的含含义从最一般般的形式式上看，数数字地面面模型包包括平面面和地形形起伏两两种数据据，并且且从其本本身导出出的数据据如坡度度、坡向向、可视视性也包包含其中中。Milller于于19558年提提出：数数字地面面模型是是利用一一个任意意坐标场场中大量量选择的的已知XX、Y、Z的坐标标点对连连续地面面的一个个简单的的统计表表示，或或者说，DTM是地形表面简单的数字表示。数字地面面模型更更通用的的定义是是描述地地球表面面形态多多种信息息空间分
14、分布的有有序数值值阵列，从从数学的的角度，可可能用二二维函数数系统取取值的有有序集合合来概括括地表示示数字地地面模型型的丰富富内容和和多样形形式。地理空间间实质是是三维的的，但人人们往往往在二维维地理空空间上描描述并分分析地面面特性的的空间分分布，如如专题图图大多是是平面地地图。数数字地面面模型是是对某一一种或多多种地面面特性空空间分布布的数字字描述，在在迭加在在二维地地理空间间上的一一维或多多维地面面特性向向量空间间，是地地理信息息系统空空间数据据库的某某类实体体或所有有这些实实体的总总和。数数字地面面模型的的本质共共性是二二维地理理空间定定位和数数字描述述。数字高程程模型是是数字地地面模型
15、型中最基基本的部部分，它它是对地地球表面面地形地地貌的一一种离散散的数字字表达，是是表示区区域D上的三三维向量量有限序序列。二数字字高程模模型的特特点与传统的的地形图图相比，数数字高程程模型作作为地表表的一种种数字表表达形式式有如下下特点：1容易易以多种种形式显显示地形形信息。地地形数据据经过计计算机软软件处理理后，产产生多种种比例尺尺的地形形图、纵纵横断面面图和立立体图。而而常规地地形图一一经制作作完成后后，比例例尺不易易改变，改改变或绘绘制其它它形式地地形图则则需要人人工处理理。2精度度不会损损失。常常规地图图随着时时间的推推移，图图纸将会会变形，失失掉原有有的精度度。而DDEM采采用数字
16、字媒介，因因而能保保持精度度不变。另另外，由由常规的的地图用用人工的的方法制制作其它它种类的的地图，精精度不会会受到损损失。3容易易实现自自动化、实实时化。常常规地图图要增加加和修改改都必须须重复相相同的工工序，劳劳动强度度大而且且周期长长，不利利于地图图的实时时更新。而而DEMM由于是是数字形形式的，所所以增加加和改变变地形信信息只需需要将修修改信息息直接输输入计算算机，经经软件处处理后立立即可产产生实时时化的各各种地形形图。概概括起来来，数字字高程模模型具有有以下显显着特点点：便于于存储、更更新、传传播和计计算机自自动处理理；具有有多比例例尺特性性；特别别适合于于各种定定量分析析与三维维建
17、模。三数字字高程模模型的分分类1根据据大小和和覆盖范范围分类类：局部的的DEMMs（Loccal）：建立局局部的模模型往往往源于这这样的前前提，即即待模拟拟的区域域非常复复杂，只只能对一一个局部部的范围围进行处处理。全局的的DEMMs(GGlobbal)：全局局性的模模型一般般包括大大量的数数据并覆覆盖一个个很大的的区域，并并且该区区域通常常具有简简单、规规则的地地形特征征。或者者为了一一些特殊殊的目的的如侦察察，只需需要使用用地形表表面最一一般的信信息。地区的的DEMMs（Reggionnal）：界于局局部和全全局两种种模型之之间的情情况。2根据据模型的的连续性性分类不连续续的DEEMs（D
18、issconntinnuouus）：一个不不连续的的模型表表面源于于这样的的考虑，每每一个观观测点的的高程都都代表了了其邻域域范围内内的值。基基于这样样的观点点，任何何待内插插的点的的高程都都可以利利用最邻邻近的参参考点近近似。这这时，一一系列局局部的表表面被用用来表示示整个地地形。连续的的DEMMs（Conntinnuouus）：与不连连续的DDEMss相反，连连续的模模型表面面基于这这样的思思想，即即每个数数据点代代表的只只是连续续表面上上的一个个采样值值，而表表面的一一阶导数数可以是是连续的的也可以以是不连连续的。但但这里的的定义还还是限定定于一阶阶导数不不连续的的情况，因因为任何何一阶
19、导导数或更更高阶导导数连续续的表面面将被定定义为光光滑表面面。光滑的的DEMMs(SSmoooth)：光滑滑DEMMs指的的是一阶阶导数或或更高阶阶导数连连续的表表面，通通常是在在区域或或全局的的尺度上上实现。创创建这种种模型一一般基于于以下假假设：模模型表面面不必经经过所有有原始观观测点，待待构建的的表面应应该比原原始观测测数据所所反映的的变化要要平滑得得多。四数字字高程模模型的应应用范畴畴1相关关学科和和技术基础理理论与技技术支持持计算机科科学是数数字高程程模型产产生和发发展的最最重要的的基础之之一，计计算机科科学的技技术突破破必将对对数字高高程模型型的技术术理论体体系产生生深远的的影响。
20、数数值逼近近、计算算几何、图图论和数数学形态态学等数数学分支支的有关关理论和和方法则则奠定了了数字高高程模型型的数学学基础。各各种数字字技术如如编码、数数据压缩缩、数据据结构和和数据库库技术等等则是数数字高程程模型数数据的理理论依据据。地形形的三维维逼真显显示技术术，一直直是计算算机图形形学的重重要研究究内容。数数字高程程模型的的可视表表现更是是依托于于计算机机图形的的发展。 测绘学数字高程程模型的的原始数数据采集集主要依依靠测绘绘学的支支持。对对不同的的数据源源，可分分别借助助摄影测测量与遥遥感（RRS）、GPPS、机机助地图图制图的的图形数数字化输输入和编编辑以及及野外数数字测图图等技术术
21、，进行行数字高高程模型型原始数数据的采采集工作作。特别别是摄影影测量领领域，DDEM已已经成为为主要的的新产品品形式和和正射影影像生产产的基础础。DEEM辅助助遥感影影像的处处理，则则可提高高影像分分类及解解译的成成功率。 地理信息息系统地理信息息系统（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应用用数
22、字高程程模型既既然是地地理空间间定位的的数字集集合，因因此凡牵牵涉到地地理空间间定位，在在研究过过程中又又依靠计计算机系系统支持持的课题题，一般般都要建建立数字字高程模模型。在在这个角角度看，建建立数字字地面模模型是对对地面特特性进行行空间描描述的一一种数字字方法途途径，数数字高程程模型的的应用可可遍及整整个地学学领域。在在测绘中中可用于于绘制等等高线、立立体匹配配片、立立体地形形模型及及地图的的修测。在在各种工工程中可可用于体体积和面面积的计计算、种种剖面图图的绘制制及线路路的设计计。军事事上可用用于导航航、通讯讯、作战战任务的的计划等等。在遥遥感中可可用作为为分类的的辅助数数据。在在环境与
23、与规则中中可用于于土地现现状的分分析、各各种规划划及洪水水险情预预报等。随着各种种相关技技术的发发展，数数字高程程模型经经历了一一个循序序渐进的的发展过过程。220世纪纪50年代代中期到到60年代代初，多多局限于于土木水水利工程程和地图图测绘中中。DEEM的建建立都只只是为了了某种特特定的应应用，如如高速公公路设计计中的体体积计算算，遥感感影像的的几何纠纠正和正正射影像像生产等等，这些些DEMM只能满满足特定定的行业业和专业业部门的的应用需需求，未未成为一一种像地地图那样样的标准准产品。从从60年代代中期开开始，随随着数据据库和环环境遥感感技术的的迅速发发展，一一些发达达国家在在机助制制图的基
24、基础上，逐逐步建立立起国家家范围和和区域范范围的地地理信息息系统，DEM作为标准的基础地理信息系统产品开始大规模的生产。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 数字字测图概概念一、数字字测图的的基本思思想传统的地
25、地形测图图（白纸纸测图）实实质上是是将测得得的观测测值（数数值）用用图解的的方法转转化为图图形。这这一转化化过程几几乎都是是在野外外实现的的，即使使是原图图的室内内整饰一一般也要要在测区区驻地完完成，因因此劳动动强度较较大；再再则，这这个转化化过程将将使测得得的数据据所达到到的精度度大幅度度降低。特特别是在在信息剧剧增，建建设日新新月异的的今天，一一纸之图图已难载载诸多图图形信息息；变更更、修改改也极不不方便，实实在难以以适应当当前经济济建设的的需要。数字测图图就是要要实现丰丰富的地地形信息息和地理理信息数数字化和和作业过过程的自自动化或或半自动动化。它它希望尽尽可能缩缩短野外外测图时时间，减
26、减轻野外外劳动强强度，而而将大部部分作业业内容安安排列室室内去完完成。与与此同时时，将大大量手工工作业转转化为电电子计算算机控制制下的机机械操作作，这样样不仅能能减轻劳劳动强度度，而且且不会降降低观测测精度。数字测图图的基本本思想是是将地面面上的地地形和地地理要素素（或称称模拟量量）转换换为数字字量，然然后由电电子计算算机对其其进行处处理，得得到内容容丰富的的电子地地图，需需要时由由图形输输出设备备（如显显示器、绘绘图仪）输输出地形形图或各各种专题题图图形形。将模模拟量转转换为数数字这一一过程通通常称为为数据采采集。目目前数据据采集方方法主要要有野外外地面数数据采集集法、航航片数据据采集法法、
27、原图图数字化化法。数数字测图图的基本本思想与与过程如如图所示示。数字字测图就就是通过过采集有有关的绘绘图信息息并及时时记录在在数据终终端（或或直接传传输给便便携机），然然后在室室内通过过数据接接口将采采集的数数据传输输给电子子计算机机，并由由计算机机对数据据进行处处理，再再经过人人机交互互的屏幕幕编辑，形形成绘图图数据文文件。最最后由计计算机控控制绘图图仪自动动绘制所所需的地地形图，最最终由磁磁盘、磁磁带等贮贮存介质质保存电电子地图图。数字字测图虽虽然生产产成品仍仍然以提提供图解解地形图图为主，但但是它以以数字形形式保存存着地形形模型及及地理信信息。二、地图图图形的的描述一切地图图图形都都可以
28、分分解为点点、线、面面三种图图形要素素，其中中点是最最基本的的图形要要素。这这是因为为一组有有序的点点可连成成线，而而钱可以以围成面面。但要要准确地地表示地地图图形形上点、线线、面的的具体内内容，还还要借助助一些特特殊符号号、注记记来表示示。独立立地物可可以由定定位点及及其符号号表示，线线状地物物、面状状地物由由各种线线划、符符号或注注记表示示，等高高线由高高程值表表达其意意义。测量的基基本工作作是测定定点位。传传统方法法是用仪仪器测得得点的三三维坐标标，或者者测量水水牛角、竖竖直角及及距离来来确定点点位，然然后绘图图员按坐坐标（或或角度与与距离）将将点展绘绘到图纸纸上。跑跑尺员根根据实际际地
29、形向向绘图员员报告测测的是什什幺点（如如房角点点），这这个（房房角）点点应该与与哪个（房房角）点点连接等等等，绘绘图员则则当场依依据展绘绘的点位位按图式式符号将将地物（房房屋）描描绘出来来。就这这样一点点一点地地测和绘绘，一幅幅地形图图也就生生成了。数字测图图是经过过计算机机软件自自动处理理（自动动计算、自自动识别别、自动动连接、自自动调用用图式符符号等），自自动绘出出所测的的地形图图。因此此，数字字测图时时必须采采集绘图图信息，它它包括点点的定位位信息、连连接信息息和属性性信息。定位信息息亦称点点位信息息，是用用仪器在在外业测测量中测测得的，最最终以，（）表表示的三三维坐标标。点号号在测图图
30、系统中中是唯一一的，根根，据它它可以提提取点位位坐标。“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。属性信息息又称为为非几何何信息，包包括定性性信息和和定量信信息。属属性的定定性信息息用来描描述地图图图形要要素的分分类或对对地图图图形要素素进行标标名，一一般用拟拟定的特特征码（或或称地形形编码）和和文字表表示。有有了特征征码就知知道它是是什幺点点，对应应的图式式是什幺幺。属性性的定量量信息是是说明地地图要素素的性质质、特征征或强度度的，例例如面积积、楼层层、
31、人口口、产量量、流速速等，一一般用数数字表示示。进行数字字测图时时不仅要要测定地地形点的的位置（坐坐标），还还要知道道是什幺幺点，是是道路还还是房屋屋，当场场记下该测点的的编码和和连接信信息，显显示成图图时，利利用测图图系统中中的图式式符号库库，只要要知道编编码，就就可以从从库中调调出与该该编码对对应的图图式符号号成图。三、地图图图形的的数据格格式地图图形形要素按按照数据据获取和和成图方方法的不不同，可可区分为为关量数数据和珊珊格数据据两种数数据格式式。矢量量数据是是图形的的离散点点坐标（，）的的有序集集合；栅栅格数据据是图形形像元值值按矩阵阵形式的的集合，对对应的图图形表示示法如图图所示。由
32、由野外采采集的数数据、由由解析测测图仪获获得的数数据和手手扶跟踪踪数字化化仪采集集的数据据是关量量数据；由扫描描仪和遥遥感获得得的数据据是柳格格数据。据据估计，一一幅：的一一般密度度的平面面图只有有几千个个点的坐坐标对，一一幅。工工的地地形图矢矢量数据据多则可可达几十十万甚至至上百万万个的坐坐标对。矢矢量数据据量与比比例尺、地地物密度度有关。而而一幅地地形图（cmm）的栅栅格数据据，随栅栅格单元元（像元元）的边边长（一一般.）而而不同，通通常达上上亿个像像元点。故故一幅地地图图形形的栅格格数据量量一般情情况下比比矢量数数据量大大得多。矢矢量数据据结构是是人们最最熟悉的的图形表表达形式式，从测测
33、定地形形特征点点位置到到线划地地形图中中各类地地物的表表示以及及设计用用图，都都是利用用矢量数数据。计计算机辅辅助设计计（）、图图形处理理及网络络分析，也也都是利利用矢量量数据和和矢量算算法。因因此数字字测图通通常采用用矢量数数极结构构和画矢矢量图。若若采集的的数据是是柳梢数数据，必必须将其其转换为为矢量数数据。再再则由计计算机控控制输出出的关量量图形不不仅美观观，而且且更新方方便，应应用非常常广泛。四、数字字测图需需要解决决的问题题归纳起来来，数字字测图所所要解决决的问题题是：使采集集的图形形信息和和属性信信息为计计算机识识别。由计算算机按照照一定的的要求对对这些信信息进行行一系列列的处理理
34、。将经过过处理的的数据和和文字信信息转换换成图形形，由屏屏幕输出出或绘图图仪输出出各种所所需的图图形。按照一一定的要要求自动动实现图图形数据据的应用用问题。能自动地地给制地地图图形形是数字字测图的的首要任任务，但但这只是是最基本本的任务务。数字字测图还还解决电电子地图图应用问问题，尤尤其要使使数字测测图成果果满足地地理信息息系统（）的的需要。数数字测图图的最终终目的是是实现测测图与设设计和管管理一体体化、自自动化。1.4 数字字测图系系统数字测图图系统是是以计算算机为核核心，在在外连输输入、输输出设备备硬件和和软件的的支持下下，对地地形空间间数据进进行采集集、输入入、成图图、处理理、绘图图、输
35、出出、管理理的测绘绘系统。数数字测图图系统主主要由数数据输入入、数据据处理和和数据输输出三部部分组成成，如图图。 地形数据据采集数数据处理理与成图图成果与与图形输输出围绕这三三部分，由由于硬件件配置、工工作方式式、数据据输入方方法。输输出成果果内容的的不同，可可产生多多种数字字测图系系统。接接输入方方法可区区分为：原图数数字化数数字成图图系统，航航测数字字成图系系统，野野外数字字测图系系统，综综合采样样（集）数数字测图图系统；按硬件件配置可可区分为为：全站站仪配合合电子手手簿测图图系统，电电子平板板测图系系统等。校校输出成成果内容容可区分分为：大大比例尺尺数字测测图系统统，地形形地籍测测图系统
36、统，地下下管线测测图系统统，房地地产测量量管理系系统，城城市规划划成图管管理系统统等等。不不同的时时期，不不同的应应用部门门，如水水利、物物探、石石油等科科研院校校，也研研制了众众多的自自动成图图系统。目前大多多数数字字化测图图系统内内容丰富富，具有有多种数数据采集集方法，具具有多种种功能和和多种应应用范围围，能输输出多种种图形和和数据资资料，其其结构如如图。数数字测图图系统需需有一系系列硬件件和软件件组成。用用于野外外采集数数据的硬硬件设备备有全站站式或半半站式电电子速测测仪；用用于室内内输入的的设备有有数字化化仪、扫扫描仪、解解析测图图仪等；电子手手簿、卡用用于记表表数据；用于室室内输出出
37、的设备备主要有有磁盘、显显示器、打打印机和和数控绘绘图仪等等；便携携机或微微机是数数字测图图系统的的硬件控控制设备备，既用用于数据据处理，又又用于数数据采集集和成果果输出。最最基本的的软件设设备有系系统软件件和应用用软件。应应用软件件主要包包括控制制测量计计算软件件、数据据采集和和传输软软件、数数据处理理软件、图图形编辑辑软件、等等高线自自动绘制制软件、绘绘图散件件及信息息应用软软件等。在计算机机自动化化成图过过程中，主主要采用用野外数数据采集集然后由由计算机机自动进进行数据据处理，而而随着计计算机的的袖珍化化和软件件功能的的内外业业一体化化，内外外业设备备已没有有明显的的界限，就就一般而而言
38、，主主要由以以下几部部分组成成。1地面面测量仪仪器地面测量量仪器是是获取地地面信息息的基本本设备，它它包括电电子速测测仪（全全站仪）、电电子(或光学学)经纬仪仪、测距距仪等。目目前一些些传输的的机助成成图系统统都适用用各种地地面测量量仪器进进行采集集，如CCASSS系统设设有速测测仪、经经纬仪加加测距仪仪、视距距、量距距等各种种采集模模式，能能充分的的利用现现有的仪仪器设备备。2电子子计算机机电子计算算机是进进行数据据采集、储储存、处处理的基基本设备备。对于于机助成成图一般般包括两两个部分分即外业业数据采采集的计计算机和和内业数数据处理理所用计计算机。外外业数据据采集所所用的计计算机要要求计算
39、算机袖珍珍化，便便于野外外携带和和使用，常常用PCC-15500、PC-E5000及便便携机。内内业处理理所用的的计算机机一般采采用微型型计算机机，要求求计算机机有足够够的贮存存容量和和运算速速度。3图形形输入设设备用于将地地图几何何图形转转换为数数据的专专用设备备称为图图形输入入设备。常常用的图图形输入入设备有有数字化化仪。数数字化仪仪的类型型按不同同指标或或性能有有不同的的分类，如如： 自动化程程度分：手扶跟跟踪式、半半自动跟跟踪式和和自动扫扫描式； 按数据格格式分：矢量式式和栅格格式； 按坐标系系分：直直角坐标标式和极极坐标； 按数字化化台面形形状分：平台式式和滚筒筒式。目前通常常指的数
40、数字化仪仪都是指指手扶跟跟踪式直直角坐标标数字化化仪，由由于手扶扶跟踪数数字化仪仪操作简简单、价价格低，其其图形输输入的精精度能够够满足地地图精度度的要求求，因此此这一类类型数字字化仪在在机助成成图中广广泛使用用。半自自动跟踪踪数字化化仪精度度高、速速度快，但但价格昂昂贵，尚尚未得到到普及应应用；自自动扫描描数字化化仪(亦称扫扫描仪)虽然速速度快，但但由于其其精度和和矢量化化等问题题，在精精度要求求较高的的大比例例尺成图图方面，还还有待进进一步研研究。4图形形输出设设备实施制图图数据到到图形的的设备称称为图形形输出设设备，主主要有打打印机、图图形显示示器和自自动绘图图机等。打印机具具有图形形输
41、出速速度快的的特点，虽虽然打印印的图形形不精致致，但能能为制图图人员提提供概略略的样图图以供检检查。图形显示示器通常常把它归归属于计计算机设设备，而而不是一一个单独独的图形形输出设设备。自动绘图图仪的种种类很多多，功能能各异，没没有严格格的分类类标准。有有喷墨式式、激光光式。1.5 数字字测图的的优点大比例尺尺数字测测图有力力地冲击击着传统统的平板板仪或经经纬仪的的白纸测测图方法法，大有有取代白白纸测图图之势，这这是因为为数字测测图具有有诸多的的优点。一测图图用图自自动化传统测图图方式主主要是手手工作业业，外业业测量人人工记录录，人工工绘制地地形图，在在图上人人工量算算所需要要的坐标标、距离离
42、和面积积等等。数数字测图图则使野野外测量量自动记记录，自自动解算算，使内内业数据据自动处处理，自自动成图图，自动动绘图，并并向用图图者提供供可处理理的数字字地（形形）图软软盘，用用户可自自动提取取图数信信息。二图形形数字化化用软盘保保存的数数字地（形形）图，存存储了图图中具有有特定含含义的数数字、文文字、符符号等各各类数据据信息，可可方便地地传输、处处理和供供多用户户共享。数数字地图图不仅可可以自动动提取点点位坐标标、两点点距离、方方位以及及地块面面积等，还还可以供供工程、规规、（计计算机辅辅助设计计）使用用和供（地地理信息息系统）建建库使用用。数字字地图的的管理，即即节省空空间，操操作又十十
43、分方便便。三点位位精度高高传统的经经纬仪配配合小平平板、半半圆仪白白纸测图图，地物物点平面面位置的的误差主主要受解解析图根根的测定定误差和和展绘误误差、测测定地物物点的视视距误差差、方向向误差、地地形图上上的地物物点的刺刺点误差差等影响响，综合合影响使使地物点点平面位位置的测测定误差差图上约约为士00.5（：10000比比例尺），主主要误差差源为视视距误差差和刺点点误差。经经纬仪视视距高程程法测定定地形点点高程时时，即使使在较平平坦地区区（06），视视距为1150。，地地形点高高程测定定误差也也达土00.066，而而且随着着倾斜角角的增大大，高程程测定误误差会急急剧增加加。用全站仪仪采集数数据
44、，测测定地物物点的误误差在内约为为主，测测定地形形点的高高程误差差在4550内内约为士士，若若距离在在以以内，则则测定地地物点误误差约为为全，测测定地形形点的高高程误差差约为士士。在在数字测测图中，野野外采集集的数据据的精度度毫无损损失，也也与图的的比例尺尺天关。数数字测图图的高精精度为地地籍测量量、管网网测量、房房产测量量、工程程规划设设计等工工作提供供了保证证。四便于于成果更更新数字测图图的成果果是以点点的定位位信息和和属性信信息存入入计算机机，当实实地有变变化时，只只需输人人变化信信息的坐坐标、代代码，经经过编辑辑处理，很很快便可可以得到到更新的的图，从从而可以以确保地地面的可可靠性和和
45、现势性性，数字字测图可可谓“一劳永永逸”。五避免免因图纸纸伸缩带带来的各各种误差差表示在图图纸上的的地图信信息随着着时间的的推移，会会因图纸纸的变形形而产生生误差。数数字测图图的成果果以数字字信息保保存，避避免了对对图纸的的依赖性性。六能以以各种形形式输出出成果计算机与与显示器器、打印印机联机机时，可可以显示示或打印印各种需需要的的资料信信息，如如用打印印机可打打印数据据表格，当当对绘图图精度要要求不高高时，可可用打印印机打印印图形。计计算机与与绘图议议联机，可可以绘制制出各种种比例尺尺的地形形图、专专题图，以以满足不不同用户户的需要要。七方便便成果的的深加工工利用数字测图图分层存存放，可可使
46、地面面信息无无限存放放（这是是模拟图图无法比比拟的优优点），不不受图面面负载量量的限制制，从而而便于成成果的深深加工利利用，拓拓宽测绘绘工作的的服务面面，开拓拓市场。比比如软软件中共共定义个层层（用户户还可根根据需要要定义新新居），房房屋、电电力线、铁铁路、植植被、道道路、水水系、地地貌等均均存于不不同的层层中，通通过关闭闭层、打打开层等等操作来来提取相相关信息息，便可可方便地地得到所所需的测测区内各各类专题题图、综综合图，如如路网图图、电网网图、管管线图、地地形图等等。又如如在数字字地籍图图的基础础上，可可以综合合相关内内容，补补充加工工成不同同用户所所需要的的城市规规划用图图、城市市建设用
47、用图、房房地产图图以及各各种管理理用图和和工程用用图。八可作作为的重重要信息息源地理信息息系统（）具具有方便便的空间间信息查查询检索索功能、空空间分析析功能以以及辅助助决策功功能，这这些功能能在国民民经济、办办公自动动化及人人们日常常生活中中都有广广泛的应应用。然然而，要要建立一一个，花花在数据据采集上上的时间间和精力力约占整整个工作作的；要要发挥辅辅助决策策的功能能，需要要现势性性强的地地理信息息资料。数数字测图图能提供供现势性性强的地地理基础础信息，经经过一定定的格式式转换，其其成果即即可直接接进入的的数据库库，并更更新的数数据库。一一个好的的数字测测图系统统应该是是的一个个子系统统。1.
48、6 数字字测图的的基本过过程数字测图图的作业业过程与与使用的的设备和和软件、数数据源及及图形输输出的目目的有关关。但不不论是测测绘地形形图，还还是制作作种类繁繁多的专专题图、行行业管理理用图，只只要是测测绘数字字图，都都必须包包括数据据采集、数数据处理理和图形形输出三三个基本本阶段。一、数据据采集地形图、航航空航天天遥感像像片、图图形数据据或影像像数据、统统计资料料、野外外测量数数据或地地理调查查资料等等，都可可以作为为数字测测图的信信息源。数数据资料料可以通通过键盘盘或转储储的方法法输入计计算机；图形和和图像资资料一定定要通过过图数转转换装置置转换成成计算机机能够识识别和处处理的数数据。数据采集集主要有有如下几几种方法法：法，即即通过接接收机采采集野外外碎部点点的信息息数据；航测法法，即通通过航空空摄影测测量