佟林

（遼寧省自然資源事務(wù)服務(wù)中心 遼寧 沈陽 110032）

數(shù)字化測圖指利用全站儀、GPS等測量儀器結(jié)合掌上電腦等記錄設(shè)備，在外業(yè)測量圖形時(shí)把空間坐標(biāo)等信息以數(shù)字的形式記錄在存儲(chǔ)設(shè)備上，內(nèi)業(yè)工作把數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，利用相應(yīng)的成圖軟件編輯處理，成為數(shù)字地圖的測量成圖方式。GIS數(shù)據(jù)源，這里指的是GIS系統(tǒng)中的空間圖形數(shù)據(jù)獲取的來源，它主要有幾種類型：原有的數(shù)字化地圖，航空攝影測量數(shù)據(jù)，遙感圖像測量數(shù)據(jù)和野外測量數(shù)據(jù)。目前測繪技術(shù)的發(fā)展很快，電子信息技術(shù)在測繪領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。

一、數(shù)據(jù)采集方式

1.全站儀采集方式

先設(shè)定測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)或設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。當(dāng)設(shè)定后視點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算后視方向的方位角，并設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角。再設(shè)置棱鏡常數(shù)量，儀器高、棱鏡高并輸入全站儀。照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡后，全站儀開始測距并計(jì)算顯示測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

這種方式的優(yōu)點(diǎn)是野外操作作業(yè)簡單方便，利用全站儀內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)采集是一個(gè)可行有效的方法[2]。在減少人員和工序、提高效率等方面都有明顯的優(yōu)勢；數(shù)據(jù)的安全可靠性有了很大的提高，也提高了外業(yè)采集數(shù)據(jù)的速度，不需要帶外業(yè)記錄手簿，不需要每站的電纜連接，能夠節(jié)省人力物力。但缺點(diǎn)是由于全站儀的微處理器程序簡單，存儲(chǔ)的坐標(biāo)信息單一，不夠靈活，需要繪制草圖輔助內(nèi)業(yè)成圖。

2.GPS數(shù)據(jù)采集方式

利用GPS接收機(jī)配合相應(yīng)的記錄設(shè)備和軟件進(jìn)行快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測量也可以進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的采集。

綜合考慮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量與作業(yè)效率，動(dòng)態(tài)GPS測量無疑是最適合的作業(yè)方式。動(dòng)態(tài)GPS測量一般包括3種方式：單機(jī)定位、事后差分、實(shí)時(shí)差分（RTD）與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位。本文介紹實(shí)時(shí)差分（RTD）與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位的方式，此方式對接收機(jī)的要求相對較高，一方面需要接收機(jī)對RTD/RTK功能的支持，另一方面需要額外的數(shù)據(jù)鏈設(shè)備。RTD的精度與事后差分的精度相當(dāng)，RTK的精度可以達(dá)到厘米級。二者在作業(yè)時(shí)都需要基準(zhǔn)站，其最大優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)時(shí)性，可以在野外得到定位結(jié)果乃至成圖。數(shù)據(jù)鏈對環(huán)境的要求是限制其應(yīng)用的主要因素，RTD/RTK適用于實(shí)時(shí)性要求較高或工期要求較緊的應(yīng)用。其中RTK更適用于大比例尺成圖的應(yīng)用。

二、數(shù)字化測圖簡介

數(shù)字化測圖不同于模擬法測圖，數(shù)字化測圖具有其自身的特點(diǎn)，下面從數(shù)字化測圖的外業(yè)工作、內(nèi)業(yè)工作、測量成果表現(xiàn)形式和質(zhì)量評價(jià)方面進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.數(shù)字化測圖外業(yè)工作的特點(diǎn)

（1）自動(dòng)化程度高

模擬法測圖在外業(yè)基本完成地形圖的繪制，外業(yè)工作內(nèi)容較多，手工記錄，手工計(jì)算，自動(dòng)化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。數(shù)字化測圖在外業(yè)主要完成數(shù)據(jù)的采集，繪圖工作主要在內(nèi)業(yè)繪圖軟件完成，數(shù)字化測圖采用先進(jìn)的電子儀器，自動(dòng)記錄，自動(dòng)計(jì)算，自動(dòng)存貯，自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度較小。

（2）作業(yè)周期短

模擬法測圖必須嚴(yán)格遵循“先控制后碎部”的原則。數(shù)字化測圖則允許圖根控制測量，即采用“一步測量法”，即使在未知點(diǎn)上設(shè)站也可以采用“自由設(shè)站”方法，利用電子手簿的計(jì)算功能進(jìn)行測圖工作。這樣便于同時(shí)大面積展開測圖工作，縮短作業(yè)周期。

（3）測站覆蓋范圍大

數(shù)字化測圖采用全站儀，能自動(dòng)地同時(shí)測定角度和邊長，所以一般用“極坐標(biāo)法”測定地形碎部點(diǎn)。由于全站儀具有很高的測距精度，因此在通視良好、定向邊較長的情況下，可以放寬測站點(diǎn)到碎部點(diǎn)間的距離，擴(kuò)大測站點(diǎn)的覆蓋范圍。模擬法測圖由于受到測距精度和成圖方法的限制，測站點(diǎn)的測量范圍較小。

（4）工作范圍易于劃分

模擬法測圖是以圖板為工具，以圖幅為單元進(jìn)行組織測量。數(shù)字化測圖的外業(yè)而是以自然界線（河流、道路等）來劃分作業(yè)組的工作范圍。這樣便可自然地組織施測工作，更為重要的是可以減少地物接邊問題帶來的麻煩。

（5）對測點(diǎn)依賴性強(qiáng)

模擬法測圖的外業(yè)工作可以較多地溶入人的經(jīng)驗(yàn)，例如線狀地物的轉(zhuǎn)折和地形起伏方面，可以利用人的觀察和判斷來減少碎部點(diǎn)個(gè)數(shù)。數(shù)字化測圖則不然，它完全依賴所觀測的點(diǎn)數(shù)。因此，一般情況下，數(shù)字化測圖比常規(guī)測圖需要較多的觀測點(diǎn)數(shù)和較好的點(diǎn)位分布。

（6）對記錄要求高

數(shù)字化測圖所獲得的有關(guān)地物、地貌的數(shù)字信息，無法顯示圖形信息及其相互關(guān)系，直觀性較差；對于一些有關(guān)實(shí)體的屬性（如地理名稱、房屋結(jié)構(gòu)與用途等）也無法在野外注記。因此，碎部點(diǎn)記錄要準(zhǔn)確記錄觀測點(diǎn)點(diǎn)號、連線關(guān)系與地物屬性信息。在復(fù)雜測區(qū)，通常采用野外繪制草圖和地物屬性注記的方法來進(jìn)行內(nèi)業(yè)注記和圖形及相對關(guān)系的檢查。

（7）測量精度高

數(shù)字化測圖一般采用全站儀或電子速測儀進(jìn)行碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，由于采用光電測距技術(shù)，距離測量精度高，因此碎部點(diǎn)測量具有較高的精度。模擬法測圖采用視距測量的方法測量距離，由于視距測量的精度只有1／300，不僅影響測站測量覆蓋的范圍，而且碎部點(diǎn)的測量精度較低。

2.數(shù)字化測圖內(nèi)業(yè)工作的特點(diǎn)

數(shù)字化測圖內(nèi)業(yè)工作主要依靠計(jì)算機(jī)及成圖軟件，其內(nèi)業(yè)工作與模擬法測圖方法相比也有其顯著的特點(diǎn)。

（1）成圖周期短

數(shù)字化測圖在內(nèi)業(yè)工作中充分利用現(xiàn)代技術(shù)手段，利用計(jì)算機(jī)和地形圖成圖軟件對野外測量采集的數(shù)據(jù)與地形信息進(jìn)行處理，提高了內(nèi)業(yè)成圖的速度，縮短了成圖周期。模擬法測圖的內(nèi)業(yè)工作主要是利用三角尺、圓規(guī)等工具，手工對外業(yè)繪制的白紙圖進(jìn)行清繪、整飾、拼接，相對數(shù)字化測圖，內(nèi)業(yè)處理速度較慢，勞動(dòng)強(qiáng)度高。

（2）成圖規(guī)范化

數(shù)字化測圖的內(nèi)業(yè)處理使用的繪圖軟件，能夠使繪制的地形圖的點(diǎn)、線、符號、文字注記等規(guī)范美觀，符合國家地形圖的成圖規(guī)范。模擬法測圖內(nèi)業(yè)處理是手工繪制地形圖的點(diǎn)、線、符號，及文字注記，顯然線條難以均勻，繪制的符號難以規(guī)范，文字注記即手寫字體更難以規(guī)范化。

（2）成圖精度高

數(shù)字化測圖的內(nèi)業(yè)處理是依據(jù)外業(yè)測量的點(diǎn)位信息和地形的屬性信息進(jìn)行圖形的編輯，可以利用軟件的功能對量取的幾何圖形進(jìn)行精確的繪制，精度上無損失，成圖的精度高。模擬法測圖的內(nèi)業(yè)處理，不僅難以做到點(diǎn)、線、符號和文字注記等地形圖圖面信息的規(guī)范化，而且會(huì)造成點(diǎn)位精度的損失，降低地形圖的質(zhì)量。

（4）分幅、接邊方便

內(nèi)業(yè)數(shù)字化測圖首先進(jìn)行圖形編輯，將編輯好的圖形按坐標(biāo)拼接一體，然后可以根據(jù)國家地形圖分幅標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一分幅，這種方法分幅方便、規(guī)范，精度高。模擬法測圖一般是先分幅，然后逐幅測量，圖幅接邊不方便，相對數(shù)字化測圖精度低，尤其白紙測圖更不方便。

（5）易于修改和更新

數(shù)字化測圖內(nèi)業(yè)處理是將處理結(jié)果儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)存上，對圖形編輯中出現(xiàn)的問題易于修改和更新。模擬法測圖方法的內(nèi)業(yè)處理結(jié)果體現(xiàn)在圖紙上，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤必須擦掉，重新繪制，修改很不方便。

（6）對外業(yè)記錄依賴性強(qiáng)

數(shù)字化測圖的內(nèi)業(yè)處理是根據(jù)外業(yè)測量的地形信息進(jìn)行圖形編輯、地物定性。如果外業(yè)采集的地形信息不全面，內(nèi)業(yè)編輯時(shí)就得分析地形、地貌，邊繪圖、邊注記，內(nèi)業(yè)只進(jìn)行定位處理。因此，數(shù)字化測圖內(nèi)業(yè)完成后，一般要輸出到圖紙上，到野外檢查、核對。模擬法測圖是在外業(yè)完成地形圖的繪制，繪圖員可以邊地物定位邊定性，模擬法測圖的內(nèi)業(yè)處理只是在外業(yè)成圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行整飾、清繪，技術(shù)要求相對較低。

3.數(shù)字化測圖成果形式的特點(diǎn)

數(shù)字化測圖的成果是數(shù)字地圖，它是用數(shù)字形式（而不是在紙上或其它介質(zhì)上以圖解形式）存貯全部地圖信息的“地圖”。它是用數(shù)字形式描述地圖要素的屬性、定位和關(guān)系信息的數(shù)據(jù)集合，是存貯在具有直接存取性能介質(zhì)上的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)文件。數(shù)字化測圖與模擬法測圖相比，從測量成果的形式和應(yīng)用上也有明顯的差異，經(jīng)對比分析有如下特點(diǎn)：

（1）信息的載體不同

數(shù)字化測圖的成果即數(shù)字地圖的載體不是紙張，而是適合于計(jì)算機(jī)存取的磁帶、磁盤和光盤；數(shù)字地圖永不變形。模擬法測圖的成果體現(xiàn)在白紙或聚脂薄膜上，存在圖紙變形等問題。

（2）信息的表達(dá)形式不同

數(shù)字地圖不像傳統(tǒng)地圖那樣以線劃、顏色、符號、注記來表示地物類別和地形信息，而是以一定的計(jì)算機(jī)可識別的數(shù)字代碼系統(tǒng)來反映地表各類地理屬性特征。

（3）比例尺概念的內(nèi)涵不同

數(shù)字地圖所記錄的地表地理信息，雖往往能滿足一定的地圖投影關(guān)系，并經(jīng)過一定的制圖綜合處理可以得到所需大小的地形圖，但沒有比例尺的限定。而白紙圖的比例尺是固定的，信息綜合處理和比例尺更改不方便。

（4）信息管理方式不同

數(shù)字地圖的地圖要素實(shí)現(xiàn)了分層管理，地圖信息顏色豐富、層次分明，為工程使用與設(shè)計(jì)提供了方便。而白紙圖是白紙黑字，所有信息在一個(gè)層面上，無法分層管理，使用不方便。

（5）信息的使用手段不同

數(shù)字地圖的使用必須借助于計(jì)算機(jī)及其配套的外部設(shè)備，而白紙圖只能借助于圖紙與常規(guī)計(jì)算工具。

（6）信息的使用范圍不同

數(shù)字地圖不僅要滿足工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)，而且是GIS數(shù)據(jù)庫信息的重要來源，是國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)智能化管理的基礎(chǔ)信息。而要想使白紙圖滿足GIS應(yīng)用的需要，必須進(jìn)行數(shù)字化處理。

（7）應(yīng)用時(shí)精度無損失

數(shù)字地圖的使用必須借助于計(jì)算機(jī)及其配套的外部設(shè)備，在使用上精度無損失；而白紙圖需要使用圓規(guī)和三角板在圖紙上量取點(diǎn)的坐標(biāo)、直線的長度、區(qū)域的面積，由于存在量取誤差，造成地形圖精度有損失。

（8）便于傳輸與共享

數(shù)字地形圖實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，數(shù)字化測圖的地形圖信息易于保存、復(fù)制、傳輸與共享；而白紙圖復(fù)制困難，無法實(shí)現(xiàn)信息的傳輸與共享。

可見，數(shù)字化測圖無論在外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)編輯成圖，還是在測量成果的表現(xiàn)形式上，都與模擬法測圖有較大不同。數(shù)字地圖改變了人們對地圖本質(zhì)、地圖功能、成圖方法以及成圖工藝等諸多方面的認(rèn)識，為地圖制圖領(lǐng)域帶來了新的生機(jī)。

三、數(shù)字測圖數(shù)據(jù)源與其他GIS數(shù)據(jù)源的比較

1.地圖掃描矢量化

按照地圖數(shù)字化的方式又分為手扶跟蹤式地圖數(shù)字化和自動(dòng)掃描地圖數(shù)字化兩種。

手扶跟蹤式地圖數(shù)字化是指對已有地形圖借助數(shù)字化儀，用手扶跟蹤的方法對地圖要素的特征點(diǎn)逐個(gè)進(jìn)行采集的方法。一般數(shù)字化板的分辨率可以達(dá)到0.123mm，手扶跟蹤精度一般在0.15mm左右，輸入時(shí)如果采用薄膜底圖則與圖紙伸縮率相比較小，對精度影響不大，

自動(dòng)掃描地圖數(shù)字化，是利用掃描儀根據(jù)圖紙情況確定范圍（圖紙的長和寬）、色度類型值（二值、灰度和彩色）、亮度和對比度、分辨率后對地圖進(jìn)行掃描獲取柵格形式的數(shù)字化地圖，然后利用適當(dāng)?shù)氖噶炕浖闹刑崛”匾氖噶炕目臻g數(shù)據(jù)信息。這種方法與手扶跟蹤式地圖數(shù)字化方法相比，成圖的速度與精度都有所提高，因?yàn)樗梢詫呙璜@取的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正、定向，使用的數(shù)字化軟件自動(dòng)化程度高。

2.航空攝影數(shù)字化成圖

是利用航空像片解析為GIS圖形數(shù)據(jù)的方法，也是傳統(tǒng)地圖制圖的主要手段。目前，大多數(shù)測繪工作者都采用航測數(shù)字化成圖的方法獲取數(shù)字化成圖，它的優(yōu)勢在于成圖速度快，現(xiàn)勢性好，精度高，省錢省力。更重要的是可以獲取三維空間數(shù)據(jù)，是以后數(shù)字化成圖發(fā)展的方向。

它的成圖方法與手段是對航片進(jìn)行掃描，獲取*.tif文件，通過外業(yè)控制測量、內(nèi)業(yè)加密、建立立體模型，在全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站上對地物、地貌全方位的三維立體采集。再進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪，內(nèi)業(yè)編輯，提供最終的GIS圖形數(shù)據(jù)。

3.遙感圖像

遙感圖像是以衛(wèi)星遙感得到的地面影像作為數(shù)據(jù)源。由于衛(wèi)星遙感觀測范圍大，重復(fù)周期短，可以取得現(xiàn)勢性很高的地面數(shù)字圖像。但這種數(shù)字圖像也是柵格圖像，要獲得GIS常用的矢量圖形也需要進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，或是直接以柵格數(shù)據(jù)與其他的矢量數(shù)據(jù)源進(jìn)行疊加運(yùn)用。目前只能作為區(qū)域GIS 的數(shù)據(jù)源。

4.全野外數(shù)字化測圖成果

全野外數(shù)字化測圖是專業(yè)測繪單位目前經(jīng)常使用的主要方法，它利用全站儀、GPS接收機(jī)、掌上電腦和筆記本電腦等設(shè)備直接在野外采集各種控制成果、地物、地形的特征點(diǎn)等，以編碼加坐標(biāo)的形式記錄，經(jīng)編輯處理直接生成GIS空間數(shù)據(jù)，取代了平板儀等常規(guī)儀器的模擬測圖方式。這種方法精度高、速度快，尤其適用于大比例尺地圖測量及各種工程測量或局部修測等，

四、結(jié)語

隨著地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的普及，對數(shù)據(jù)源的要求越來越廣泛，對數(shù)據(jù)源的精度和實(shí)效性要求也越來越高。而數(shù)字化測圖技術(shù)的不斷提高，其空間圖形數(shù)據(jù)采集的效率越來越高，和GIS的接口技術(shù)也趨于完善，數(shù)字化測圖必然會(huì)在GIS數(shù)據(jù)源中占有重要的地位。