大比例尺數(shù)字測(cè)圖內(nèi)外業(yè)有關(guān)問(wèn)題分析

郭耀林 潘志偉 劉振勝 王蘭洲 李亞沖

（1.河南省陸通測(cè)繪系統(tǒng)工程有限公司，河南 鄭州 450052；2.鄭州測(cè)維科技有限公司，河南 鄭州 450052；3.河南省尉氏縣國(guó)土資源局，河南 尉氏 475500）

1 內(nèi)外業(yè)一體數(shù)字化測(cè)圖體會(huì)介紹

1.1 測(cè)區(qū)基礎(chǔ)控制測(cè)量

測(cè)區(qū)基礎(chǔ)控制測(cè)量是測(cè)圖前的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它為后面的測(cè)圖提供了精確的框架。設(shè)計(jì)控制測(cè)量方案之前，我們要詳細(xì)了解已知控制點(diǎn)的情況，比如坐標(biāo)系統(tǒng)，高程系統(tǒng)，重要的是已知成果位于哪一條中央子午線。測(cè)區(qū)是否有跨兩帶的情況，或者位于本帶邊緣。因?yàn)槊恳粋€(gè)3 度帶都有自己的獨(dú)立坐標(biāo)，且離中央子午線遠(yuǎn)的地方，控制點(diǎn)的高斯投影誤差就較大。對(duì)于城市大比例尺測(cè)圖一般我們要求投影邊長(zhǎng)誤差不超過(guò)2.5cm/km。這個(gè)相當(dāng)于城市測(cè)量規(guī)范中四等導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)允許精度，也就是1/40 000。只有充分了解這些情況我們才能做出一個(gè)較為完善的控制和解算方案。

1.1.1 獨(dú)立坐標(biāo)系建立的幾種方法：

1.1.1.1 任意帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系：

這種坐標(biāo)系仍將地面觀測(cè)結(jié)果歸算至參考橢球面上，但不采用國(guó)家3 度帶統(tǒng)一的分帶方法而選擇測(cè)區(qū)中心子午線作為中央子午線，借以補(bǔ)償因?qū)崪y(cè)結(jié)果歸算至參考橢球面帶來(lái)的長(zhǎng)度變形。不同投影帶的出現(xiàn)，是因?yàn)檫x擇了不同經(jīng)度的中央子午線的緣故。如果選擇合適的中央子午線的位置，使長(zhǎng)度投影到該帶所產(chǎn)生的變形，恰好抵償這一長(zhǎng)度投影到橢球面所產(chǎn)生的變形，此時(shí)，高斯投影面上的長(zhǎng)度仍然和實(shí)地的長(zhǎng)度一致。我們稱這種抵償長(zhǎng)度變形的投影帶為“任意投影帶”［1］。

1.1.1.2 抵償投影面的3 度帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系：

這種坐標(biāo)系仍采用國(guó)家3 度帶高斯正形投影，但投影的高程面不用參考橢球面而另選用一高程參考面，借以補(bǔ)償因高斯投影帶來(lái)的長(zhǎng)度變形，在這個(gè)高程參考面上，投影長(zhǎng)度變形為零。我們知道將距離由較高的高程面化算至較低的橢球面時(shí)，長(zhǎng)度總是減小的；將橢球面上的距離化算至高斯平面時(shí)，長(zhǎng)度總是增加的。所以兩個(gè)投影過(guò)程對(duì)長(zhǎng)度變形具有抵償?shù)男再|(zhì)。如果恰當(dāng)選擇橢球的半徑，使距離化算到這個(gè)橢球面上所減小的數(shù)值，恰好等于由這個(gè)橢球面化算至高斯平面所增加的數(shù)值的話，那么，高斯平面上的距離就同實(shí)地的距離一致了。這個(gè)適當(dāng)?shù)臋E球面，就稱之為“抵償高程面”。

1.1.1.3 具有高程抵償面的任意帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系：

影響長(zhǎng)度變形的因素主要有兩個(gè)，一是將實(shí)地距離化算至參考橢球面的變形，再者是將投影面上的長(zhǎng)度投影至平面坐標(biāo)的變形。前面所述的兩種方法都是改變其中的一種長(zhǎng)度變形而將綜合變形控制在允許的范圍之內(nèi)的。而此種方法則同時(shí)改變了兩種變形量。三種獨(dú)立坐標(biāo)系的建立方法具體操作可以參考相關(guān)文獻(xiàn)。

1.1.2 控制測(cè)量具體實(shí)施

控制測(cè)量具體實(shí)施包括選點(diǎn)埋石觀測(cè)解算，目前觀測(cè)主要采用GPS 靜態(tài)測(cè)量，GPS-RTK 和導(dǎo)線測(cè)量等方法。高程測(cè)量采用相應(yīng)等級(jí)的水準(zhǔn)或三角高程。如果測(cè)區(qū)范圍較大，宜采用靜態(tài)GPS先進(jìn)行首級(jí)控制測(cè)量，然后再采用GPS-RTK分級(jí)或跨級(jí)測(cè)量。當(dāng)然測(cè)區(qū)較小時(shí)，直接采用GPS-RTK測(cè)量亦可，前提需要架設(shè)基準(zhǔn)站后聯(lián)測(cè)不少于3個(gè)高等級(jí)控制點(diǎn)并求取準(zhǔn)確的平面轉(zhuǎn)換參數(shù)，高程擬合應(yīng)不少于4個(gè)水準(zhǔn)高程，當(dāng)殘差滿足要求時(shí)并對(duì)另外的已知點(diǎn)進(jìn)行檢核，精度滿足時(shí)就可以直接測(cè)設(shè)圖根或測(cè)圖。GPS-RTK的特點(diǎn)就是可以全天候作業(yè)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地解算出坐標(biāo)且點(diǎn)位精度高，但GPS 接收機(jī)由于會(huì)受到多路徑效應(yīng)的影響也可能出現(xiàn)粗差，因此，在選控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)充分考慮多路徑效應(yīng)的影響［2］。測(cè)量控制點(diǎn)時(shí)每個(gè)點(diǎn)要分兩個(gè)時(shí)段測(cè)量，兩次較差不超限時(shí)方可取平均值。

對(duì)于房產(chǎn)地籍測(cè)量，布設(shè)控制點(diǎn)時(shí)要有針對(duì)性，對(duì)于房屋密集地區(qū)，一定要布設(shè)一定量的導(dǎo)線點(diǎn)。事實(shí)上GPS-RTK相鄰控制點(diǎn)間相對(duì)位移小于0.05M的精度不一定能滿足房產(chǎn)地籍測(cè)量末級(jí)相鄰基本控制點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn)位中誤差不超過(guò)±0.025m的要求。所以一定要布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)對(duì)這些誤差加以分配才能達(dá)到末級(jí)控制點(diǎn)的要求。導(dǎo)線布設(shè)盡量不要交叉，而應(yīng)聯(lián)成節(jié)點(diǎn)網(wǎng)加以平差。如果不這樣，在導(dǎo)線交叉附近，用兩條導(dǎo)線上的控制點(diǎn)分別測(cè)量碎部點(diǎn)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)兩種精度，如果一個(gè)房屋用兩條導(dǎo)線的導(dǎo)線點(diǎn)去測(cè)量，這時(shí)測(cè)量出的房屋相對(duì)邊長(zhǎng)非常容易超限。

1.2 測(cè)圖精度問(wèn)題分析

在同一個(gè)測(cè)區(qū)為什么不同的作業(yè)員測(cè)出的圖精度會(huì)有較大差別呢？一是要有認(rèn)真的作業(yè)態(tài)度，經(jīng)常校正儀器并正確地維護(hù)，二是要注意測(cè)量時(shí)的細(xì)節(jié)。有時(shí)候儀器架設(shè)在一個(gè)控制點(diǎn)上，但因?yàn)槎ㄏ蜻h(yuǎn)近的不同，從而造成碎部點(diǎn)精度有很大的差別。假設(shè)A、B兩點(diǎn)的坐標(biāo)中誤差分別為（Max，May），（Mbx，Mby），根據(jù)誤差傳播定理可以推導(dǎo)出平距Sab 的方差Ms2=M2ax+M2ay+M2bx+M2by，那么引起的定向角度誤差可以推出Δа=（M2ax+M2ay+M2bx+M2by）/Sab*ρ，所以在不考慮其他誤差的情況下，定向角度誤差與定向距離成反比。由此也可以推出碎部點(diǎn)位移的誤差公式Δs=S*TANΔа，Δа用弧度表示，可見(jiàn)和測(cè)量距離成正比。事實(shí)上觀測(cè)的時(shí)候還包含對(duì)點(diǎn)誤差、照準(zhǔn)誤差以及儀器自身的誤差等，所以說(shuō)設(shè)測(cè)站時(shí)要用盡可能遠(yuǎn)的控制點(diǎn)去定向，采集碎部點(diǎn)的邊長(zhǎng)盡量不大于定向邊長(zhǎng)。這些是測(cè)圖的作業(yè)人員一定要注意的問(wèn)題。由于地球曲率半徑和大氣折光差的影響，距離越遠(yuǎn)三角高程的誤差也越大。綜合考慮，對(duì)于精度要求高的測(cè)量（例如：房產(chǎn)、地籍測(cè)量），測(cè)區(qū)應(yīng)合理布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)，儀器的水準(zhǔn)管軸和垂直軸的誤差、2C和i角，對(duì)點(diǎn)器的誤差應(yīng)校正到最佳狀態(tài)，實(shí)踐證明只有這樣才能測(cè)出精度優(yōu)良的成果。

1.3 數(shù)據(jù)采集與編輯

1.3.1 數(shù)據(jù)采集組織形式

內(nèi)外業(yè)一體數(shù)字化測(cè)圖主要使用的是全站電子速測(cè)儀，根據(jù)所搭配使用的硬件不同分為3種方式：

1.3.1.1 全站儀+便攜式計(jì)算機(jī)或掌上電腦（PDA）+測(cè)圖軟件：這種方法就是實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，利用繪圖軟件現(xiàn)場(chǎng)編輯成圖，具有直觀不易出錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)，不足之處就是人員配置多，外業(yè)效率低。

1.3.1.2 全站儀+電子記錄簿或儀器自配內(nèi)存+測(cè)圖軟件：此種作業(yè)方式有兩種，就是草圖法和野外編碼法。采用何種方式應(yīng)根據(jù)各單位情況而異。這兩種方式相比較而言各有利弊。

1.3.1.3 草圖法：因?yàn)槔L草圖的速度總是比測(cè)碎部點(diǎn)快，也省卻了和觀測(cè)者不停交流碎部點(diǎn)屬性，所以外業(yè)比較快。這種方法最關(guān)鍵的是一定要保證草圖點(diǎn)號(hào)和儀器點(diǎn)號(hào)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，只要草圖在，內(nèi)業(yè)編圖隨時(shí)可以進(jìn)行。編碼法有不少單位在用，因?yàn)檫@種方法兩個(gè)人就可以成為一個(gè)作業(yè)組，但是對(duì)兩個(gè)人的作業(yè)水平都要求很高，都要熟悉地形地物要素和編碼的內(nèi)在關(guān)系，且司鏡員立尺要有規(guī)律，否則雙方要不停地交流而改變編碼屬性，當(dāng)然這樣也會(huì)造成司鏡員多走路的情況，所以說(shuō)這種方法外業(yè)效率較低。內(nèi)業(yè)成圖時(shí)只需把編碼和坐標(biāo)文件導(dǎo)入利用軟件并加一定的人工干預(yù)即可成圖，節(jié)省內(nèi)業(yè)量。不過(guò)這種方法成圖錯(cuò)連漏連較多，沒(méi)有草圖法直觀，需要外業(yè)重新調(diào)繪再加以更改，因此總的工作量要大于草圖法。

圖1 正確坐標(biāo)

圖2 第一種成圖方案

圖3 第二種成圖方案

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1.3.2 內(nèi)外業(yè)一體數(shù)字化測(cè)圖內(nèi)業(yè)的編輯處理

根據(jù)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)用不同的編輯方法會(huì)產(chǎn)生不同的效果，進(jìn)而影響到成圖的精度。根據(jù)下圖證明一下：左邊圖1 顯示的是此房屋各個(gè)房角點(diǎn)的正確坐標(biāo)。圖2 和圖3 的1、2、3、4 是用同一種方法所采集的房屋角點(diǎn)坐標(biāo)。（A 、B）、（a、b）是兩個(gè)未測(cè)到的點(diǎn)。圖2（第一種成圖方案）是用3 連接3、4，然后利用軟件微導(dǎo)線功能隔一個(gè)點(diǎn)連接2，而后隔點(diǎn)閉合。圖3（第二種成圖方案）是用3連接1，然后利用軟件微導(dǎo)線功能隔一個(gè)點(diǎn)連接2，而后隔點(diǎn)閉合。通過(guò)查詢兩種方案所解算出的A、B坐標(biāo)和正確坐標(biāo)比對(duì)，可以發(fā)現(xiàn)方案1的成圖精度要高于方案2的成圖精度。為什么采集相同的點(diǎn)相同的坐標(biāo)不同的人成圖精度不同呢，分析方案1可知A 是有3-4作為微導(dǎo)線的起算邊計(jì)算所得，同理方案2的a是有3-1作為微導(dǎo)線的起算邊計(jì)算所得，3-4 的邊長(zhǎng)遠(yuǎn)大于3-1 的邊長(zhǎng)，這和外業(yè)采集碎部點(diǎn)設(shè)站需用長(zhǎng)邊定向道理相同，由此可知無(wú)論內(nèi)外業(yè)、內(nèi)業(yè)成圖或者是外業(yè)控制測(cè)量碎部點(diǎn)，許多理論相通，要靈活結(jié)合。所以說(shuō)內(nèi)業(yè)成圖連圖不是隨意的，這對(duì)于初學(xué)繪圖者一定要特別注意。

從以上表格數(shù)據(jù)、圖形可以分析出第一種方案位移精度要優(yōu)于第二種，這也說(shuō)明了測(cè)量中短邊不宜推算長(zhǎng)邊內(nèi)外業(yè)同樣適用。但是利用微導(dǎo)線隔點(diǎn)相連方法只適用于直角房屋，但是由于個(gè)人自建房屋很少有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的放線，所以房屋形狀多是非嚴(yán)格的直角房屋。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于未測(cè)到的點(diǎn)，一般采取用平行線相交的方法解析出待定點(diǎn)位較為合適，事實(shí)上這也是較為可靠的方法。而對(duì)于不規(guī)則房屋、構(gòu)筑物的坐標(biāo)就只能逐點(diǎn)測(cè)量或者用距離邊長(zhǎng)交會(huì)法解析出待定點(diǎn)的坐標(biāo)。

2 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合目前數(shù)字測(cè)圖的情況，分析了幾種測(cè)圖方法和獨(dú)立坐標(biāo)系的建立方案以及不同作業(yè)區(qū)（困難程度不同時(shí)）的作業(yè)方案的處理，重點(diǎn)分析了大比例尺測(cè)圖中一些容易忽略的細(xì)節(jié)和全野外數(shù)字化測(cè)圖內(nèi)外業(yè)需要注意的事項(xiàng)與解決方法。

［1］劉長(zhǎng)星.建立獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)的研究［J］.測(cè)繪技術(shù)裝備，2002（1）：22-24，36.

［2］袁修孝，李德仁.GPS 輔助空中三角測(cè)量［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息學(xué)版），2013，37（11）：1289-1293.