测量学自学教程.docx

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1、第十二章测量新仪器与新技术简介一、本章重点1了解测量新仪器的构造特点与技术操纵方法。2了解测量新技术的应用情况。二、本章难点测量新仪器的设计思路及应用技术。三、课时分配本章讲授24学时。第一节电子水准仪一、构造及工作原理电子水准仪是一种自动化程度很高的智能水准仪器，如图12-1所示。它由基座、水准器、望远镜及数据处理系统组成。电子水准仪具有内藏应用软件与良好的操作界面，可以自动完成读数、记录与计算处理等工作，并通过数据通讯将数据传输到计算机内进展后续处理，还可以通过远程通讯系统将测量成果直接传输给其它用户。假设使用普通水准尺，也可当普通水准仪使用。图12-1电子水准仪1-物镜；2-提环；3-物

2、镜调焦螺旋；4-测量按钮；5-微动螺旋；6-RS接口；7-圆水准器观察窗；8-目镜；9-显示器；10-键盘；11-度盘；12-基座电子水准仪的工作原理如图12-2所示，在仪器的中央处理器(数据处理系统)中建立了一个对单平面上所形成的图像信息自动编码程序，通过望远镜中的照相机摄取水准尺上的图像信息，传输给数据处理系统，自动地按编码转换成水准尺读数与水平距离或其它所需要的数据，并自动记录储存在记录器中或在显示器上。图12-2电子水准仪工作原理图电子水准仪不仅可进展普通水准仪的各种测量，还可以进展水平角测量、高精度距离测量、坐标增量测量、水准网测量的平差计算，在较为平坦的地区可作中等精度全站仪使用，

3、具有一机多能的作用。尤其是自动连续测量的功能对大型建筑物的变形(瞬时变化值)观测，更具有优越性，不是常规仪器所能比较的。下面为瑞士徕卡NA2000型电子水准仪的主要技术参数(电子读数)：每公里往返中误差 mm测距精度 10 mm m最大测程 100 m mm视场角 2安平补偿精度 外业作业温度 -20 +50二、条码水准尺图12-3条码水准尺条码水准尺是及电子水准仪配套的专用尺，如图12-3a)所示，它由玻璃纤维塑料制成，或用铟钢制成尺面镶嵌在基尺上形成。尺面上刻有宽度不同的水平黑白相间的分划(条码)，该条码相当于普通水准尺上的分划与注记，全长为2 4.05m。条码水准尺上附有安平水准器与扶手

4、，在尺的顶端留有撑杆固定螺孔，以便用撑杆固定条码尺，使之长时间保持竖直位置，减轻作业人员的劳动强度。条码水准尺在望远镜视场中的情形如图12-3b)所示。三、技术操作方法电子水准仪用于测量时，其技术操作方法及自动安平水准仪类似，分为粗平、照准、读数三步。下面以NA2000型电子水准仪为例介绍其操作方法。1粗平转动脚螺旋，使圆水准气泡居中即可，气泡居中的状况可在观察窗中看到。而后翻开仪器电源开关(开机)，使仪器进展自检。当仪器自检合格后显示器显示程序清单，此时即可进展测量工作。2照准转动目镜调焦螺旋，看清十字丝；按相应键选择测量模式或测量程序，如仅测量不记录、测量并记录测量数据等。例如，按下 RR

5、OG键，调出程序清单；按 DSP或 DSP键，选择相应的测量程序，并按RUN键予以确认。仅测量水准尺的读数与距离时，程序为“P MEAS ONLY；开场进展水准测量时的程序为“P START LEVELING；水准线路连续高程测量与输入起始点高程的程序为“P CONT LEVELING；视准轴误差检验的程序为“P CHECK & ADJUST；删除记录器中数据记录的程序为“P ERASE DATA。选定测量模式后，进展物镜对光，用十字丝照准条码尺中央，并制动望远镜。3读数轻按一个测量按钮(红色)，显示器将显示水准尺读数；按测量键即可得到仪器至条码尺的距离。假设按相应键即可得到所需的相应数据。假

6、设在“测量并记录模式，仪器将自动记录测量数据。在高程测量过程中，后视观测完毕后，仪器自动显示提示符“FORE ，提醒观测员观测前视，前视观测完毕后，仪器又自动显示提示符“BACK ，提醒进展下一站后视的观测；如此连续进展，直至观察到终点。仪器显示待定点的高程是以前一站转点的高差推算的。4完毕按IN/SO键完毕测量工作。第二节电子经纬仪随着电子技术的开展，近年来出现了电子经纬仪，它测角精度高，能自动显示角度值，加快了测角精度。电子经纬仪及光学经纬仪具有类似的外形与构造特征，因此使用方法也有许多相通的地方。最主要的区别在于读数系统，光学经纬仪是在360 的全圆上均匀地刻上度(分)的刻化并注有标记，

7、利用光学测微器读出分、秒值，电子经纬仪那么采用光电扫描度盘与自动显示系统。电子经纬仪具有以下特点：(1)实现了测量的读数、记录、计算、显示自动一体化，防止了人为的影响。(2)仪器的中央处理器配有专用软件，可自动对仪器几何条件进展检校与各种归算正。(3)储存的数据可通过I/O接口输入计算机作相应的数据处理。一、电子经纬仪的测角原理图12-4电子经纬仪编码度盘电子经纬仪获取电信号形式及度盘有关。目前，电子测角有三种度盘形式，即编码度盘、光栅度盘与格区式度盘。下面分述其测角原理。1编码度盘如图12-4所示编码度盘。整个度盘被均匀地划分为16个区间，每个区间的角值相应为360 /16 = 22 30

8、；以同心圆由里向外划分为4个环带(每个环带称为1条码道)。黑色为透光区，白色为不透光区，透光表示二进制代码“1，不透光表示“0。这样通过各区间的4个码道的透光与不透光，即可每区由里向外读出一组4位二进制数来，每组数代表度盘的一个位置，从而到达对度盘区间编码的目的，参见表12-1所列。二进制编码表 表12-1区间二进制编码角值()区间二进制编码角值()区间二进制编码角值()000000 0060110135 00111000247 301000122 3070111157 30121100270 002001045 0081000180 00131101292 303001167 3091001

9、202 30141110315 004010090 00101010225 00151111337 3051101112 30如图12-5所示，为了识别照准方向落在度盘的区间的编码，在度盘上方沿径向每个码道安装一个发光二极管组成光源系列；在度盘下方相应位置安装一组光电二极管，组成通过码道所编码的光信号转化为电信号输出的接收检测系列，从而识别了度盘区间的编码。通过对两个方向的编码识别，即可求得测角值。图12-5编码接收检测系统图12-6电子经纬仪光栅度盘编码度盘分化区间的角值大小(分辨率)取决于码道数n，按360 /2n式计算，如需分辨率为10 ，那么需要2 048个区间，11个码道，即360

10、/211 = 360 / 2 048 = 10 。显然，这对有限尺寸的度盘是难以解决的。因而在实际中，采用码道数与细分法加测微技术来提高分辨率。2光栅度盘在光学玻璃圆盘上全圆360 均匀而密集地刻划出许多径向刻线，构成等间隔的明暗条纹光栅，称做光栅度盘，如图12-6所示。通常光栅的刻线宽度及缝隙宽度一样，二者之与称为光栅的栅距。栅距所对应的圆心角即为栅距的分划值。如在光栅度盘上、下对应位置安装照明器与光电接收管，光栅的刻线不透光，缝隙透光，即可把光信号转换成电信号。当照明器与接收管随照准部相对于光栅度盘转动，由计数器计出转动所累计的栅距数，就可得到转动的角度值。因为光栅度盘是累计计数的，所以通

11、常这种系统为增量式读数系统。图12-7电子经纬仪莫尔条纹度盘仪器在操作中会顺时针转动与逆时针转动，因此计数器在累计栅距数时也有增有减。例如在瞄准目标时，如果转动过了目标，当反向回到目标时，计数器就会减去多转的栅距数。所以这种读数系统具有方向判别的能力，顺时针转动时就进展加法计数，而逆时针转动时就进展减法计数，最后结果为顺时针转动时相应的角值。在80mm直径的度盘上刻线密度已到达50线/mm，如此之密，而栅距的分划值仍很大，为1 43 。为了提高测角精度，还必须用电子方法对栅距进展细分，分成几十至上千等份。由于栅距太小，细分与计数都不易准确，所以在光栅测角系统中都采用了莫尔条纹技术，借以将栅距放

12、大，再细分与计数。莫尔条纹如图12-7所示，是用及光栅度盘一样密度与栅距的一段光栅(称为指示光栅)，及光栅度盘以微小的间距重叠起来，并使两光栅刻线互成一微小夹角 q，这时就会出现放大的明暗交替的条纹，这些条纹就是莫尔条纹。通过莫尔条纹，即可使栅距d放大至D。日本索佳、瑞士克恩(Kern)厂的E1型与E2型电子经纬仪即采用光栅度盘。3格区式度盘格区式度盘如图12-8所示，度盘刻有1 024个分划，每个分划间隔包括一条刻线与一个空隙(刻线不透光，空隙透光)，其分划值为 j0测角时度盘以一定的速度旋转，因此称为动态测角。度盘上装有两个指示光栏，LS为固定光栏，LR可随照准部转动，为可动光栏。两光栏分

13、别安装在度盘的内外缘。测角时，可动光栏LR随照准部旋转，LS及LR之间构成角度 j。度盘在马达带动下以一定的速度旋转，其分划被光栏LS与LR扫描而计取两个光栏之间的分划数，从而求得角度值。图12-8电子经纬仪格区式度盘由图12-8可知，j = nj0 + Dj，即 j 角等于n个整周期 j0及缺乏整周期的 Dj 之与。n及 Dj 分别由粗测与精测求得。1)粗测在度盘同一径向的外边缘上设有两个标记a与b，度盘旋转时，从标记a通过LS时起，计数器开场计取整间隔 j0的个数，当另一标记b通过LR时计数器停顿计数，此时计数器所得到的数值即为 j0的个数n。2)精测度盘转动时，通过光栏LS与LR处于同一

14、位置，或间隔的角度是分划间隔 j0的整倍数，那么S与R同相，即二者相位差为零；如果LR相对于LS移动的间隔不是 j0的整倍数，那么分划通过LR与分划通过LS之间就存在着时间差 DT，亦即S与R之间存在相位差 Dj。Dj 及一个整周期 j0的比显然等于 DT及周期T0之比，即DT为任意分划通过LS之后，紧接着另一分划通过LR所需要的时间。粗测与精测数据经微处理器处理后组合成完整的角值。瑞士徕卡公司生产的WILD T2000型电子经纬仪采用的就是这种动态测角方法。二、WILD T2000型电子经纬仪简介1概述图12-9T2000型电子经纬仪外形T2000型电子经纬仪如图12-9 。2控制面板T20

15、00电子经纬仪一般装有两个控制面板，在仪器的盘左或盘右位置时，分别面对操作员。控制面板上有键盘与三个显示器，如图12-10所示。一样的信息可以同时显示在两个控制面板的显示器上。图12-10T2000型电子经纬仪控制面板显示器1能显示4个字母数字字符。显示的内容为操作指南、提示与符号以及指示显示器2与3的数值所代替的含义。在显示器顶部显示以下符号：Bat 电池充电缺乏/ 角度与距离测量的标志Comp 补偿器关闭mil 观测角为60密位ft 测距以英尺为单位显示器2与3能显示8个字符(包括小数点与符号)。通过某些指令可将数据与信息通过键盘输入到T2000并显示在显示器3上。T2000键盘上的按键用

16、白、绿、桔红与黄四种不同的颜色加以区别。白色为主指令，主指令上的字分为黑体直体字母与斜体字母。利用直体字母，按一个键就执行，例如按 DIST 键即表示测量功能；利用斜体字母，按一系列的键方可执行，例如按 TEST 0 表示测试工作电压。绿色为显示装置，例如在按 DIST 键前，选择显示预置 DSP H2V ，当按 DIST 键后，显示器2与3就分别显示平盘读数与竖盘读数；假设预先不作任何选择，当按了 DIST 键后，再根据需要选择显示也行。桔红色为预置功能。T2000有自己的非易失性存贮器，某些数据、休息与指令可以输入并存储。关机后仍然保存，直到输入新的数据。黄色为数字，用于输入数据，包括数字

17、、小数点与“号，按 键可把“+改成“-，或把“-改成“+。 CE 键用于去除还没有用 RUN 键完成的输入数据与指令，当数据输入时，在显示器3上显示数据，每按一次 CE 键，显示器3上显示的数据就消掉一位数字，从个位起向左逐个去除。 CE 键亦可去除错误指示。用于照亮望远镜分划与显示器，再按键或按 OFF 键即可关闭照明，分划线照明的亮度可由旋转电位器来调整。3操作 ON 开机 SET MODE 95 RUN 1/0 RUN 选择1表示连续工作，选择0表示自动关机； SET TIME 1/0 RUN 选择1表示3min之后关机，选择0表示20s之后自动关机； SET MODE 40 RUN 3

18、/4 RUN 选择3表示角度为360 十进制，选择4表示360 六十进制； SET FIX n RUN 其中n = 1、2、3、4、5，用 DATA 键改变或输入参数1到5，那么角值分别显示到10 ，1 ，10 ，1 ； OFF 关机(为了省电与延长电子元件的使用寿命，尽量缩短开机工作时间)照准1号目标后 ON 开机 DSP HzV 显示平盘读数与竖盘读数 SET HzO 0 RUN 把1号目标置零 OFF 关机照准2号目标后 ON 显示平盘读数与竖盘读数 OFF 关机重复照准目标可测得各目标的平盘读数与竖盘读数，电子经纬仪也要盘左、盘右观测。当只需平盘或竖盘读数时，按 DSP Hz 或 DS

19、P V 即可。第三节GPS定位技术一、GPS技术系统GPS(Global Positioning System)是一种以人造卫星为根底的空间站无线电定位、全天候导航与授时系统。GPS整个系统包括三大局部，即空间局部、控制局部与用户局部。1空间局部由24颗工作卫星与3颗备用卫星组成，工作卫星均匀分布在六个相对于赤道的倾角为55 的近似圆轨道上，轨道面之间夹角为60 ，轨道平均高度为20 200 km，运行周期为11h58min。这种星座布局如图12-11所示，可保证地球任一点任一时刻均可收到4颗以上卫星的信号，实现瞬时定位。图12-11GPS空间卫星示意图GPS卫星发射的是一对相干波，频率与波长

20、分别为：f L1 = 1 575.42MHz lL1 = 19cm；f L2 = 1 227.60MHz lL2 = 24cm；在这个载波上分别加上C/A码(粗码)与P码(精码)及伪随机噪声码，用于计算卫星位置、区分卫星与计时等目的。工作卫星的主体呈圆柱型，直径1.5m，质量845kg，卫星设计寿命为7.5年。卫星上装备有微处理器，大容量存贮器，原子钟与多波束定向天线及全向遥控天线，用于：发射调制各种消息的无线电信号，供用户定位、导航与收时；接收与储存由地面控制站发送来的消息；进展数据处理；以卫星上的铯钟与铷钟维持精细的时间信号。2地面控制局部目前GPS有五个地面监控站。这些监控站位于美国外乡

21、上的科罗拉多与夏威夷；大西洋的阿松森群岛；太平洋的卡瓦加兰与印度洋的迭哥伽西亚。这五个监控站的坐标是精细的，都被动跟踪视场内的所有卫星，收集数据并发送到主控站科罗拉多，在那儿完成全部数据处理。在计算完相应的卫星星历、时钟漂移与卫星的传播延迟之后，由主控站通过三个地面天线将每颗卫星的导航电文、定位信息发射到卫星。这三个地面天线分别设在卡瓦加兰、阿松森群岛与迭哥伽西亚，它们也用于发射与接收卫星控制信息。3用户局部接收机。接收机的主要功能有解码、别离出导航电文，进展相位与伪距(本机接收时间与卫星发射时刻之间测量信号的时间漂物)测量。接收机的种类繁多，有双频接收机(P码)，其相对定位精度为5mm +

22、1ppm，与单频接收机(C/A码)，其相对定位精度为10mm + 2ppm。用户可根据需要选择相应的GPS接收机。图12-12是WILD-200型GPS接收机构造图。图12-12GPS接收机外型图美国天宝导航公司已研制出新型GPS导航测量全站仪RTK(Real-Time Kinematic)定位技术。该产品扩展了测量测量员获得实时定位的数据，能在现场瞬时测出三维位置或放样出设计的坐标，可得到2cm 2ppm的定位精度，并能在收到GPS信号的任何地方、任何时刻来测量与放样，同时有较大的电子手簿TDC 1与配套的测图软件TRIMMAP，使得操作与处理十分方便。RTK全站仪将测量技术同移动数据通信相

23、结合，可克制常规测量技术在地形测量、界限、标桩与土地控制测量中的施测逻辑限制，它以较少的仪器配置，在每个测站上花费较少的时间，完全防止重测与误操作，此项技术已广泛地应用于各个领域。另外，GPS技术有别于传统的测量方法，它的原始观测值是以装有天线的接收机接收卫星反射载波频率获得相位差，然后对接收的数据加以分析处理，算出各点的三维地心坐标中的基线向量，然后根据点的坐标、高程推算出各GPS控制点的坐标、高程。这种利用卫星作为共同基准，各点间无需通视的观测方法，就为点址的选择提供了极大的方便，不须造高标、砍伐树木等消耗。GPS分技术数据处理的软件工具也较为先进，功能齐全，内容丰富，使用简单。用该软件可

24、以把GPS接收机在外业测量的数据进展处理而得出满足用户要求的坐标数据。例如：TRIMVEC-plus(基线处理软件)与TRIMNET-plus(网平差软件)。二、GPS定位测量原理GPS定位测量可分为静态、动态、快速静态与准动态测量四类。静态定位是接收机在测站上静止不动，高精度地测量GPS信号的传播时间，联同GPS卫星在轨的位置，从而算出固定不动的接收天线的三维坐标。动态定位是将一台接收机安置在坐标的基点上，在整个观测时间固定连续地跟踪卫星；另一台安置在移动平台(称为“载体)上，沿既定线路测定平台的运动轨迹，从而可解算得载体的坐标。快速静态及准动态定位类似于前两种，但在坐标解算上的处理方式不同

25、。GPS定位中常用的几种定位方法为：伪距法、载波相位法、多普勒测量法与射电干预测量法。鉴于篇幅有限，下面对伪距法定位原理加以简单介绍。设某卫星发出一个调制码信号的标准时为Ta，卫星时钟的读数为ta；接收机接收到该信号的标准时为Tb，接收机时钟读数为tb。那么星站间距离Dw为：Dw = c ( tb - ta ) (c为电磁波传播速度) (12-1)由于GPS信号要通过大气层(电离层与对流层)才能到达地面站，再加之卫星与接收机时钟间不同步的影响，Dw不是星站间几何距离，而称为“伪距。设卫星发射信号时刻的时钟改正数为Va，接收机接收信号的时钟改正数为Vb，那么Ta = ta + Va Tb = t

26、b + Vb通过电离层与大气层时的折射改正数为 d i与 d t，那么星站间的几何距离D为： (12-2)而D及卫星坐标(XA, YA, ZA)与接收机的坐标(XB, YB, ZB)之间的关系为：D = (XA - XB)2 + (YA - YB)2 + (ZA - ZB)21/2 (12-3)联立式(12-2)、式(12-3)式即可得到一个伪距法定位求解接收机坐标的方程式。两式中，Va可由卫星导航电文中查得，XB、YB、ZB与Vb均为未知量。因此，用户至少要在一个瞬时同时观测4颗卫星，得出四个联立方程式，才能解出接收机的坐标来，实际上，是把卫星当作“飞行的控制点，利用测量距离进展空间前方交会

27、，即可定出接收机的位置。三、GPS接收机的根本构造GPS接收机主要由GPS接收机天线，GPS接收机主机及电源组成。接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存贮器及显示器组成，如图12-13所示。它的主要功能是接收GPS卫星发射的信号，并进展处理与量测，以获取导航电文及必要的观测量。图12-13GPS接收机根本构造示意图四、GPS技术在道路工程测量中的应用高等级公路建立之前都必须利用中比例尺地形图进展路线选线设计，路线选定后要由测量部门按所选路线走向测绘大比例尺地形图，以便于设计人员进展详细设计。测量大比例尺地形图工作量较大，过去采用常规方法都比较费时、费工，即便是利用全站仪测图也要求测站及四周

28、的地形点通视。应用GPS技术进展路线勘测设计或进展测图控制测量，都以其布网灵活，不受气候条件限制，测量精度高，工作效率高与本钱低的优点得到了公路勘测、施工部门的青睐。目前，公路路线GPS网的施测方案根本上有两个：一是所有路线控制点全部采用GPS技术施测，即沿线纵向每隔500m 1 000m布设一个GPS点，相邻GPS点相互通视，便于施测带状地形图与放样；二是沿路线纵向每隔5km 10km布设一对GPS点(一对点包括一个控制点与一个定向点)，作为路线的根本控制，在此根底上，再进展光电测距导线加密。例如交通部第一公路勘察设计院采用上述GPS网施测方案，在107国道邯郸至安阳段、新疆乌鲁木齐至奎屯高

29、速公路、江苏徐州至连云港高速公路、川藏公路二郎山隧道等工程勘测中共完成GPS网定位测量1 355个点。拟建的海口至文昌高速公路，地属热带丛林区，地形十分隐蔽，为进展线路勘测，交通部公路科学研究所用GPS技术，在短时间内就完成控制网的布设与测量任务，点位精度在1cm之内。综上所述，GPS定位技术在道路工程测量中的应用前景极为乐观，好似光学经纬仪替代游标经纬仪，全站仪替代常规测角、测高仪器一样，随着GPS定位技术的进一步开发利用，该技术在道路工程建立的各个阶段(勘测、施工、养护、运营)将得到普遍应用，并会发挥巨大的作用，收到显著的经济效益。第四节航测在路线测量中的应用利用飞机等航空飞行器对地面进展

30、空中摄影，根据所摄得的航空像片，获取各种信息资料与编绘地形图的技术，叫做航空摄影测量，简称航测。航测方法可以应用于国民经济的各个领域里，特别是在编制国家根本地图、资源调查、地质普查与探矿、森林调查与防护、土地规划整理及各种工程勘测等方面，使用效果尤其显著。应用航测方法进展公路、铁路、河道水渠、输电线路等各种线形工程的勘测，就我国目前的实际情况而言，主要地是利用航空像片并配合以少量地面测量工作，为线形工程勘测设计提供各种像片图与带状地形图。此外，还可利用像片上的丰富信息，通过判释与少量实地调查工作，为工程设计提供地质、水文等有关资料。采用航测方法进展路线勘测有明显的优点：(1)可以提高勘测质量。

31、利用航摄像片，可获得大面积的及实地相似的立体模型与地形图，利于大面积路线选线，多方案比选，不遗漏可能方案；航摄像片上储存有丰富的地面信息，客观地反映了各种地表现象，根据影像特征并配合以立体观察，能获得测区地貌、地质、水文等各种资料，为多方案比选提供了依据，因而能选择出一条经济合理的路线方案。(2)可以改善勘测工作的劳动条件。路线航测把大量的外业工作变为室内作业，大大减轻了勘测工作的劳动强度，特别是对人烟稀少，气候恶劣与地形困难的地区，效果尤其显著。(3)可以提高勘测速度，有利于实现勘测工作的现代化。由于把大量野外工作移到室内仪器上进展作业，便于采用各种先进设备与技术手段，能提高效率，加快速度。

32、此外，航测方法还可以充分利用国家与其他部门已有的航摄资料，能节省航空摄影费用，降低本钱，而且由于减少航摄过程，能缩短周期，显著地提高路线勘测的经济效益。路线勘测中应用航测及其他工程中应用航测比较，具有以下特点：(1)路线航测要求及路线勘测设计的阶段与作业程序密切配合。路线的勘测设计是分阶段进展的，不同勘测阶段要求到达的目的与资料精细程度各不一样。因此，路线航测要根据各勘测设计阶段的不同要求，提供不同的资料与图纸。(2)路线总是呈弯曲转折的线状，所以航空摄影、外业控制测量与制图、收集勘测设计有关资料的范围都是呈条带状的，且各处方向不同、宽度不一。(3)航空摄影比例尺与成图比例尺都比较大，大多数情

33、况下，都需要单独做航空摄影。(4)航摄像片需要加以综合利用，勘测设计各专业工种(如路线、地质、水文等)都可以使用像片进展一局部专业工作。目前，航测技术在我国路线勘测中的根本作用是测制1 : 5 000 1 : 500各种比例尺的地形图，供各设计阶段使用。根据需要，也可以编制各种像片图或影像地图。此外，应用航摄像片并配合少量的地面调查工作，还可提供必要的地质、水文资料。路线新线航测工作的一般作业过程可用框图表示，如图12-14所示。图12-14路线航测作业过程框图现在，航测技术本身有了重大开展，特别是电子技术与电子计算机技术的飞速开展，使航测进入了电子化、自动化阶段。各种类型的精细测图仪器，配备

34、了许多外围设备(如正射投影装置、电子绘图桌与坐标自动记录装置等)，使其性能更加完善，用途更为广泛，不仅可以测制不同比例尺的地形图，还可制作影像地图与记录各种有关数据；在像片判释方面，开展了各种自动判释仪器，可对航摄像片上的各种影像进展定性乃至定量的分析与研究，因而航测技术在公路、铁路方面的用途扩大了。现在已开展到借助于摄影测量方法与电子计算机建立数字地形模型，然后将选线设计的要求及起算数据送入电子计算机中，由电子计算机来进展方案比较，绘制纵、横断面、计算工程量等，即所谓选线自动化或半自动化。所以，航测是一种质量好、速度快、费用省的先进勘测方法，它有着广阔的开展前途。第五节大比例尺地面数字测图简

35、介随着计算机制图的开展，城镇数字地籍测量的进展与城市信息系统的建立，大比例尺数字测图已成为测绘技术变革的一个重要问题。各种数据采集与处理方法的实现为大比例尺数字测图提供了条件，例如由电子速测仪与电子记录手簿组成野外数据采集系统，记录的数据可直接传输给计算机，在相应的程序系统下进展人机交互处理，形成大比例尺地图图形数据。这种图形数据可以贮存在数据载体上，也可以用自动绘图仪绘图。贮存在数据载体上的数字形式的大比例尺地图就是大比例尺数字地图。大比例尺数字地图以数字形式表示地图的内容。地图的内容由地图图形与文字注记两局部组成，地图图形可以分解为点、线、面三种图形元素，而点是最根本的图形元素。数字地图以

36、数字坐标表示地物与地貌点的空间位置，以数字代码表示地形符号、说明注记与地理名称注记。数字地图并不是依某一固定比例尺与固定的图幅大小来贮存一幅地图， 它是以数字形式贮存的1 : 1的数字地图。根据用户的需要，在一定比例尺范围内可以输出不同比例尺与不同图幅大小的地图，输出各种分层叠合的专用地图。大比例尺数字地图以数字形式贮存，因此，不仅测绘生产部门需要有建立数字地图的软件系统，而使用大比例尺地图的部门同样要有应用数字地图的软件，才能对大比例尺数字地图的数据进展存取与处理，所以软件的选择要作周密的考虑。大比例尺数字地图的建立分为三个阶段：野外数据采集、数据处理与图形文件生成、地图与测量成果报表的输出

37、。一、野外数据采集地面数字的外业工作完成地图数据的采集与编码。测量工作包括图根控制测量、测站点的增补与地形碎部点的测量工作。采用电子速测仪或是测距经纬仪进展观测，用电子手簿记录观测数据或经计算后的测点坐标。每一个碎部点的记录，通常有点号、观测值或坐标，除此以外还有及地图符号有关的符号码以及点之间的连接关系码。这些信息码以规定的数字代码表示。输入这些信息码极为重要，因为地面数字测图在计算机制图中自动绘制地图符号就是通过识别测量点的信息码执行相应的程序来完成的。信息码的输入可在地形碎部测量的同时进展，即观测每一碎部点后即输入该点的信息码，或者是在碎部测量时绘制草图，随后按草图输入碎部点的信息码。地

38、图上的地理名称及其它各种注记，除一局部根据信息码由计算机自动处理外，不能自动注记的需要在草图上注明，在内业通过人机交互编辑进展注记。常规的地形测图工作要求对照实地绘制，而数字测图记录的数字，很难在实地进展巡视检查。为克制数字测图记录的不直观性，在观测数据编码后，可用便携机显示图形，对照草图检查。大比例尺地面数字测图的外业工作与常规测图工作相比，具有以下一些特点：(1)常规测图在外业根本完成地形原图的绘制，地形测图的主要成果是以一定比例尺绘制在图纸或薄膜上的地形图。地形图的质量除点位精度外，往往与地形图的手工绘制有关。地面数字测图在外业完成观测，记录观测值或者是坐标与输入信息码，不需要手工绘制地

39、形图，这使地形测量的自动化程度得到明显的提高。(2)常规测图先完成图根加密，按坐标将控制点与图根点展绘在图纸上，然后进展地形测图。地面数字测图工作的地形测图与图根加密可同时进展，即使在记录观测点坐标的情况下也可在未知坐标的测站点上设站，利用电子手簿测站点的坐标计算功能，观测计算测站点的坐标后，即可进展碎部测量。(3)地面数字测图主要采用极坐标法测量地形点，根据红外测距仪的观测精度，在几百米距离范围内误差均在1cm左右，因此在通视良好、定向边较长的情况下，地形点到测站点的距离比常规测图可以放长。(4)常规测图是以图板，即一幅图为单元组织施测。这种规那么的划分测图单元往往给图边测图造成困难。地面数

40、字测图在测区内部不受图幅的限制，作业小组的任务可按照河流、道路的自然分界来划分，以便于地形测图的施测，也减少了很多常规测图的接边问题。(5)地面测图按点的坐标绘制地图符号，要绘制地物轮廓就必须有轮廓特征点的全部坐标。虽然一局部规那么轮廓点的坐标可以用简单的距离测量间接计算出来，地面数字测图直接测量地形点的数目仍然比常规测图有所增加。在常规测图中，作业员可以对照实地用简单的几何作图绘制一些规那么的地物轮廓，用目测绘制细小的地物与地貌形状。而地面数字测图对需要表示的细部也必须立尺测量。地面数字测图地物位置的绘制直接通过测量计算的坐标点，因此数字测图的立尺位置选择更为重要。二、数据处理与图形文件生成

41、数据处理是大比例尺数字测图的一个重要环节，它直接影响最后输出的图解图的图面质量与数字地图在数据库中的管理。外业记录的原始数据经计算机数据处理，生成土块文件，在计算机屏幕上显示图形。然后在人机交互方式下进展地图的编辑，生成数字地图的图形文件。数据处理分数据预处理、地物点的图形处理与地貌点的等高线处理。数据预处理是对原始记录数据作检查，删除已作废除标记的记录与删去及图形生成无关的记录，补充碎部点的坐标计算与修改有错误的信息码。数据预处理后生成点文件。点文件以点为记录单元，记录内容是点号、符号码、点之间的连接关系码与点的坐标。根据点文件形成图块文件，将及地物有关的点记录生成地物图块文件，及等高线有关

42、的记录生成等高线图块文件。地物图块文件的每一条记录以绘制地物符号为单元，其记录内容是地物符号代码，按连接顺序排列的地物点点号或者是点的x、y坐标值，以及点之间的连接线型(直线、圆弧与曲线)码。等高线处理是将表示地貌的离散点在考虑地性线、断裂线的条件下自动连接成三角形网，三角形顶点是通过测量的地形点。在三角形边上用线性内插法计算等高线通过点的平面位置。然后搜索同一条等高线上的点，依连接顺序排列起来，用曲线连接，形成每一条等高线的图块记录。图块文件生成后可进展人机交互方式下的地图编辑。将图块文件以图形方式显示到计算机屏幕上，这就需要将地物点的测量坐标转换为屏幕坐标。屏幕显示的区域只是某一限定的范围

43、，例如一幅地图或地图的一局部。为此必须计算有关图形与屏幕视区(窗口)边界的交点，以显示在窗口内的图形。这种处理在计算机图形学中称为图形的裁剪。利用计算机程序设计语言中的图形显示语句与地图符号库，可将图块文件以地图符号的图形在屏幕上显示。在计算机程序设计语言中，只有根本的图形语句，例如在BASIC与C语言中有直线段、折线、圆弧与圆等图形语句。因此对于复杂的地图符号通过程序设计，将其分解为根本图形的组合。例如曲线可以分成许多连续的短直线段表示，虚线可分成规那么间隔的直线段表示。在计算机屏幕上显示一幅完整的地图图形受到屏幕幅面大小的限制而只能缩小表示。因此需要进展局部图形的放大，将编辑的某一局部图形

44、放大显示在屏幕上，分块进展编辑。在人机交互方式下的地图编辑，主要包括删除错误的图形与不需要表示的图形，修正不合理的符号表示，增添植被、土壤等配置符号以及进展地图注记。编辑过程中，在屏幕上的图形修改会对相应的图块文件作出修改，形成新的图块文件。人机交互编辑必须根据测量的地形点与草图进展修改。在编辑中发现的问题应按地形测量标准合理解决，必要时要通过外业复查后修改。图块文件经过人机交互编辑形成数字地图的图形文件。图形文件根据数字地图的用途不同有不同的要求。为满足计算机制图的大比例尺数字地图文件，就是编辑后的新的图块文件。这种图形文件按一幅图为单元贮存，用于绘制某一规定比例尺的地图。而满足大比例尺数字

45、地图数据库的图形文件还需要在上述图形文件的根底上作进一步处理。例如，地物分层处理、闭与图块处理、图形属性处理以及数字地面模型的处理等。进入数字地图数据库的图形文件与图块文件有很大的差异，它是按地图数据库的要求来建立的。三、地图与测量成果报表的输出人机交互编辑形成的数字地图图形文件可以用磁盘贮存与通过自动绘图仪绘制地图。微机制图一般采用联机方式，将计算机与绘图仪直接连接，计算机将处理后的数据与绘图指令送往绘图仪绘图。绘图过程中，计算机的数据处理与图形的屏幕显示处理根本一样。但由于绘图仪有它本身的坐标系与绘图单位，因此需将图形文件中的测量坐标转换成绘图仪的坐标。驱动绘图仪绘图可以利用绘图仪的根本图

46、形指令，如抬笔、落笔、绘直线段、折线与圆弧等指令。打印机是测量成果报表的输出设备。此外，打印机也可以打印图形，这时将打印机设置为图形工作方式。打印机绘制的图形精度低，仅是一种粗略的图解显示，也可绘制工作图，用于核对检查。本 章 小 结通过本章的学习，学生应重点理解与掌握以下根本知识及技能：一、电子水准仪1构造及工作原理。2条码水准尺。3技术操作方法。二、电子经纬仪1电子经纬仪的测角原理。2WILD T2000型电子经纬仪简介。三、GPS定位技术1GPS技术系统。2GPS定位测量原理。3GPS接收机的根本构造。4GPS技术在道路工程测量中的应用。四、航测在路线测量中的应用1什么是航测？2采用航测方法进展路线勘测有明显的优点？(1)可以提高勘测质量；(2)可以改善勘测工作的劳动条件；(3)可以提高勘测速度，有利于实现勘测工作的现代化。3路线勘测中应用航测及其他工程中应用航测比较，具有以下特点：(1)路线航测要求及路线勘测设计的阶段与作业程序密切配合。(2)路线总是呈弯曲转折的线状，所以航空摄影、外