1、2022-4-231内容提要 4.1 野外数据采集4.2 碎部点坐标测算方法及数学原理 2022-4-2324.1 野外数据采集n4.1.1 测图前的准备工作n1 控制测量 n2 仪器器材与资料准备 n4.1.2 野外数据采集 n1 测记法施测 n2 电子平板法施测 n3 一步测量法 n4.1.3 测量硬件2022-4-233野外数据采集概述n数据采集就是采集供自动绘图用的绘图信息，是数字测图的一项重要工作。不同的数据源、不同的作业模式有不同的数据采集方式，有内业数据采集与外业数据采集之分，有手工输入、半自动输入、自动输入之分。一个优秀的数字测图系统通常支持多种数据采集方式。目前大比例尺野外数
2、字测图主要使用全站仪采集数据，故本书主要介绍使用全站仪实施野外数据采集的方法。 2022-4-234n如果测量的目的只为获得地面物体水平投影的位置，则称这种测量为地物测量。n如果测量的目的既要获得地面物体的水平投影位置又要获得其高程，则这种测量就是地形测量。 2022-4-235n在野外用仪器将碎部点与控制点的关系(包括距离、方向和高差)测定，并将这些数据记录下来，再在室内进行绘图，这就是一般称为的测记法。n这种方法工作时受气候影响小，但在室内绘图无法与实地对照进行，有错误不易发觉，又不能及时改正。2022-4-236n在野外根据图解的原理当时就把碎部点的位置确定下来，绘图工作是在野外进行的，
3、这种方法一般称为测绘法，也是最常用的方法。n由于实物较小，按比例缩小后无法在图纸上给出。这时可不按比例而用规定的符号表示其位置。n地貌一般是用表示高程的等值线即等高线(就是在同一条等高线上的点的高程相同)表示的。等高线既能表示出地形的高低起伏情况，也能表示其水平投影的位置。有的地貌用等高线表示有困难，也可用规定的符号来表示。 2022-4-237n有些是在野外进行的，称为外业；有些是在室内进行的，称为内业。外业工作主要是获得必要的数据，如点与点之间的距离，边与边之间夹角的水平投影 (水平角等)；内业工作主要是计算与绘图。 2022-4-238测量原则n必须遵循“先整体后局部”，即“先控制后碎部
4、”的原则；n为了保证成果的质量，必须坚持随时检查的原则。 2022-4-2394.1.1 测图前的准备工作n1 控制测量 n2 仪器器材与资料准备 2022-4-23101 控制测量n控制测量和地形特征点（碎部点）采集。 2022-4-23112 仪器器材与资料准备n实施数字测图前，应准备好仪器、器材、控制成果和技术资料。仪器、器材主要包括：全站仪、对讲机、电子手簿或便携机、备用电池、通讯电缆（若使用全站仪的内存或内插式记录磁卡，不用此电缆）、花杆、反光棱镜、皮尺或钢尺等。全站仪、对讲机应提前充电。在数字测图中，由于测站到镜站距离比较远，配备对讲机是必要的。 n在野外采集数据之前，通常要对测区
5、进行“作业区”划分。 n在数据采集之前，最好提前将测区的全部已知成果输入电子手簿或便携机，以方便调用。 2022-4-23124.1.2 野外数据采集n使用全站仪实施大比例尺野外数字测图，作业方式可区分为n 测记法n 电子平板法n 一步测量法2022-4-23131 测记法施测n测记法数据采集，每作业组一般需:n 仪器观测员（兼记录员）1名n 绘草图领镜（尺）员1名n 立镜（尺）员12名n其中绘草图领镜员是作业组的指挥者，需技术全面的人担任。 2022-4-23142022-4-23152 电子平板法施测n电子平板法测图时，作业人员一般配置为：n 观测员1名n 电子平板（便携机）操作人员1名n
6、 跑尺员12名n 其中电子平板操作员为测图小组的指挥。 2022-4-23162022-4-23172022-4-23183 一步测量法n利用电子平板测图，除了可按传统的作业程序进行施测以外，还可以采用图根导线与碎部测量同时作业的“一步测量法”。n即在一个测站上，先测导线的数据，接着就测碎部点。这是一种少安置一轮仪器、少跑一轮路，大大提高外业工作效率的测量方法。2022-4-2319n电子手簿n数字化仪n扫描仪n数控绘图仪4.1.3 测量其它硬件2022-4-2320电子手簿1、 在地面数字测图系统中，野外测量数据的采集与存储设备习惯上称为电子手簿。2、有的只具有记录功能，有的不仅具有记录功能
7、，还有处理数据的功能。2022-4-2321电子手簿3、 1）仪器内藏的存储模块或插入式磁卡2）仪器厂家生产的与全站仪相配套的专用电子手簿3）以通用的袖珍计算机或掌上电脑为依托开发的电子手簿4、1）固有程序型进行各种野外测量，都按电子手簿中事先编好的操作程序一步一步地进行，并能同时得到点的坐标和高程。2）可编程序型除具有获取存储观测值的功能外，还具有编程语言模块，用户可根据需要自行编制测量程序，测量时选择调用。2）复合型2022-4-2322电子手簿n主要功能（以NFSB电子手簿为例）1）接收处理全站仪观测数据2）接收处理采用其它测量方法得到的观测数据3）与微机通讯4）把绘图仪当作数字化仪使用
8、5）可随时进行反算和检测6）快速放样7）平差计算8）面积量算9）土方量算10）驱动功能11）展绘功能12）计算道路曲线2022-4-2323数字化仪从图纸上获取数据的过程称为图数转换或模数转换，也称数字化。实现这种转换的仪器称为数字化仪。1）按自动化程度：手扶跟踪式、半自动跟踪式和自动扫描式数字化仪2）按数据格式：矢量式和栅格式数字化仪3）按数字化台面形状：平台式和滚筒式数字化仪2022-4-2324数字化仪手扶跟踪数字化仪对原图的清晰度要求不高，可对要素有选择地进行数字化，数据处理较简单，但工作量比较大，时间稍长就容易引起作业员研究疲劳。若图面清晰（反差大），数字化要素较多时，可利用自动扫描
9、数字化仪（简称扫描仪）进行数字化。扫描仪可以将图形、图象（黑白或彩色）快速、高精度地数字化后输入计算机。2022-4-2325扫描仪n扫描类型 Lineart(二值)：线划图 Grayscale(灰度)：彩色图n数据格式 Lineart(二值)：Tiff,BMP等 Grayscale(灰度)：Tiff及JPEG等n分辨率 一般扫描线划图选用分辨率大于等于400dpi的，扫描图象则选用分辨率大于等于300dpi的。2022-4-2326数控绘图仪一、概述 数控绘图仪是机助成图系统常用的图形输出设备。数控绘图仪（亦称自动绘图仪，简称绘图仪）的基本功能是将计算机绘制的数字地图实现数图的转换。数控绘图
10、仪近年来发展异常迅速，它已成为一种重要的工具。它不仅在测绘行业，而且在飞机、造船、建筑等各工业部门以及气象、地理等各专用部门都有广泛应用。2022-4-2327数控绘图仪二、分类 1）按外形：滚筒式绘图仪和平台式（平板式）绘图仪； 2）按驱动方式：步进电机绘图仪、伺服电机绘图仪和平面电机绘图仪； 3）按绘图效果：笔式、光学式、静电式、喷墨式等； 4）按绘图方式：矢量式绘图仪、栅格式绘图仪、打印机绘图仪等。2022-4-2328绘图仪的性能指标1、精度 矢量绘图仪精度包括：定位精度、重复精度、动态精度和总精度，通常以误差的大小来描述精度的高低。 1）定位误差 如图，当绘图笔从A点绘到B点，由于系
11、统误差的存在，使绘图笔不到B点，而是落在C点或D点，其偏差BC或BD定义为绘图仪的定位误差。目前绘图仪的定位精度达到0.10.001mm。ACBD2022-4-2329绘图仪的性能指标2）重复误差 如下图，当绘图笔以A点绘直线段到B点，再由B点返回到A点，绘图笔尖不能准确地回到A点，而是C点，则AC定义为绘图仪的重复误差，通常在0.02mm以下。3）动态误差 一般用所画直线的抖动、起调量以及圆的椭圆度来衡量。在绘图仪的所有误差中，以动态误差占的比重最大。4）总精度 在图台全长移动的积累误差。ACB2022-4-2330绘图仪的性能指标2、速度和加速度 速度主要是指绘图头作直线运动时能达到的最高
12、速度，它取决于运动部件的质量和电机驱动功率。3、分辨率 对于矢量绘图仪，分辨率为绘图笔一次移动的步距。步距越小，所绘图形的曲线在视觉上越显得光滑。步距的范围常在0.0010.1mm之间。对于栅格和喷墨绘图仪，分辨率为象元大小，用dpi或每毫米象元数表示。栅格：40dot/mm(0.025mm)72dot/mm(0.014mm)， 即在1000dpi以上。 喷墨：300dpi和600dpi两种。4、幅面 指绘图仪最大有效绘图面积，它是反映绘图仪大小的指标。厂家标称幅面一般用最大绘图长宽尺寸表示，如日本DPX-330绘图仪最大绘图尺寸为864mm594mm。通常人们又用纸张的标号来表示绘图仪的大小
13、（A0/A1/A2/A3)。2022-4-2331n观看 碎部测量2022-4-23324.2 碎部点坐标测算方法及数学原理 n4.2.1 全仪器法n4.2.2 半仪器法（方向交会法）n4.2.3 勘丈法n4.2.4 计算法 2022-4-2333测算法 n碎部点坐标“测算法”的基本思想是：在野外数据采集时，利用全站仪适当用极坐标法或照准偏心法测定一些“基本碎部点”，再用半仪器法（只测方向）、勘丈法（只丈量距离）测定一部分碎部点的位置（坐标），最后充分利用直线、直角、平行、对称、全等等几何特征，在室内（或现场）计算出所有碎部点的坐标。事实上，只要用几何作图法能够确定出位置的点，都可以用“测算法
14、”求出点的坐标。“基本碎部点”指能满足各种测定碎部点方法（除极坐标法）的必要起算点，如本节图中的A，B，C，D等点就是基本碎部点。在数字化测图中，只要灵活应用各种碎部点测算法，需要测定的基本碎部点并不很多，对于较规则的市区更是如此。 2022-4-23344.2.1全仪器法n1 南方全站仪提供的测量功能n2 极坐标法 n3 照准偏心法n 延长偏心法 距离偏心法 角度偏心法 2022-4-23351 南方全站仪提供的测量功能 2022-4-2336三维坐标测量 2022-4-2337悬高测量 2022-4-2338距离放样 鄂州大学建筑工程系 杨国根39ABBAABBAABBAABBAABBAB
15、A坐标方位角：坐标方位角： 由坐标纵轴的北端顺时针量到直线位置时所夹的水平角称为方位角；0o360o。鄂州大学建筑工程系 杨国根40象限角由纵线的北端或南端顺时针或逆时针量到直线位置时所夹的水平锐角；用R表示 090。RABBYAXRABBYAXABABRABBYAXRABBYAXABAB第一象限: = R= R第二象限: + R = 180+ R = 180第三象限: - R = 180 - R = 180第四象限: + R = 360+ R = 3602022-4-23411 极坐标法 n Xi = Xz+Dicos(Lzi) Yi = Yz Disin(Lzi)n Hi = Hz Dic
16、os(Ti) I Rnazi=az0+Li（aij为坐标方位角） nDzi = Szisin(Ti) n若使用视距法，设视距间距为l，则Dzi=klsin2(Ti)，其k=100 极坐标法如图所示，A为测站点，B为定向点，已知A（160，100，50），仪器高 ， 棱镜高 ， 方位角 ， 测得水平角 ， A点测得P点的竖直角 ，Z平面距离 ，求P点坐标。 mi6.1mr5.130AB3045mDAP200第一步：计算 第二步：求 ， AP603030ABAPPxPymDxxAPAPAP26060cos200160cosmDyyAPAPAP2 .27360sin200100sin第三步：求P点坐
17、标为（260，273.2，250.1） PhmriDzhAPPP1 .2505 . 16 . 145tan20050tan2022-4-2345测量算法算例1：极坐标当前测站 B点坐标为（0，10），后视点A坐标为（0，0），仪器高和标杆高均为1米，测得4点的水平角为135.0000度，平距为15.000米，测得19点的水平角为152.0821度，平距为11.997米求4点和19点的坐标。2022-4-23462 照准偏心法 n延长偏心法、距离偏心法、角度偏心法。 n直线延长偏心法 nZ为测站点，欲测定B点，但Z，B间不通规。此时可在地物边线方向找B(或B“)点作为辅助点，先用极坐标法测定其坐
18、标，再用钢尺量取BB（或BB”）的距离DBB，即可求出B点的坐标： cosABBBBBDXXsinABBBBBDYY2022-4-2347距离偏心法n欲测定B点，但B点不能立标尺或反光镜，可先用极坐标法测定偏心点Bi（水平角读数为Li，水平距离为SZBi），再丈量偏心点Bi到目标点B的距离Si，即可求出目标点B的坐标。 BiBiBiBBiBiBiBSYYSXXsincos2022-4-2348角度偏心法n欲测定目标点B，由于B点无法到达或B点无法立镜，将棱镜安置在离仪器到目标B相同水平距离的另一个合适的目标点Bi上进行测量，先测定至棱镜的距离(DZB =DZBi)，然后转动望远镜照准待测目标点
19、Bi，读取水平角LB，则测得B点坐标为： ZBZBZBZBZBZBDYYDXXsincos2022-4-23494.2.2 半仪器法（方向交会法） n1方向直线交会法 n2方向直角交会法 2022-4-23501方向直线交会法 nA，B为已知点，欲测定i点，照准i点，读取方向值Li，用戎格公式可计算出i点坐标， cotcotcotcotcotcotcotcotZAZAiZAZAiXXYYYYYXXX2022-4-23512方向直角交会法 n测出两个房角点A、B后，只要连续照准角点1，2，3，分别读取方向值Li，就可连续求出照准点的坐标。 ZBZOBAZBaLaa190cotcotcotcotc
20、otcotcotcot11ZBZBZBZBXXYYYYYXXX2022-4-23524.2.3 勘丈法 n1 直角坐标法 n2 距离交会法 n3 距离直线交会法 n4 直线内插法 n5 定向直角拆线法 n6 无定向直角拆线法 2022-4-23531 直角坐标法 n已知A、B两点，欲测碎部点i，则以AB为轴线，自碎部点i向轴线作垂线（由直角棱镜定垂足）。假设以A为原点，只要量测得到原点A至垂足di的距离ai和垂线的长度bi，就可求得碎部点I的位置。 iiAiiiAiaDYYaDXXsincos22iiidaDiiABidbaaarctan直角坐标法 如图，已知A（0，0），B（100，173.
21、2），P点到AB的距离，A点到O点的距离，求P点坐标。 mDPO32.17mDAO30第一步：计算方位角第二步：计算方位角AB60010002 .173arctanarctanABABABxxyyAP303032.17arctan60arctanAOPOABAPSS第三步：求A、B间距离第四步：求PASmDDDPOAOA641.3432.17302222PPPyx , mDxxAPAAP999.29866. 0641.340cosPmDyyAPAAP321.1730sin641.340sinP2022-4-23572 距离交会法 n已知碎部点A，B，欲测碎部点P，则可分别量取P至A，B点的距离
22、D1，D2，即可求得P点的坐标。 n再根据戎格公式即可求得XP、YP。 2212221222122arccos2arccosDDDDDDDDDDABABABAB2022-4-23583 距离直线交会法 nA，B，C为已知碎部点，欲测1，2，3，i各点，量取C至各待测点的距离D1，D2，D3，Di即可求出各点的坐标： ABAiABAidYYdXXsincosADDADdACiAC222sincos2022-4-23594 直线内插法 n已知A，B两点，欲测定AB直线上1，2，3，i各点，可分别量取相邻点间的距离DA1，D12，D23等，从而求出各内插点的坐标。nDAi= DA1+ D12+ D2
23、3+Di-1,i ABAiAiABAiAiaDYYaDXXsincos直线内插法 如图，已知点A（10，10），B（500，500），点1，2，i在直线AB上。分别测得距离， ， 求点1，2，i的坐标。 mDA151mD512第一步：计算方位角 AB451050010500arctanarctanABABABxxyy第二步：计算距离 mDA151mDDDAA205151212iiAAiDDDD,1121第三步：求待定点坐标 mDxxABAA605.2045cos1510cos11mDyyABAA605.2045cos1510sin11mDxxABAA14.2445cos2010cos22mDy
24、yABAA14.2445cos2010sin22ABAiAiDxxcosABAiAiDyysin2022-4-23645 定向直角拆线法 n已知A，B两点，欲求1，2，3，i各点，可分别量取各边边长D1，D2，Di即可依次推出各点坐标： iiiiiiiiDYYDXXsincos11AAyAAxYYfXXfiyYiixXiDDfVDDfV定向直角拆线法 如图，已知A（0，0），B（0，10），测得距离，求点1，2，3，4，的坐标。 mD51mD52mD53mD154mD08.105第一步：计算方位角 90AB)3600( ,360901,00,11,iiiiii01B90120232703418
25、045第二步：求观测值的改正数 mDDDfx08. 0558 .1031501551042DDDfABymDDDDx08.208 .1055531mDDDDABy301551042iyyyiixxxiDDfvDDfv04. 0,02. 0,02. 0531vvv0, 042vvmD04.1004. 008.105mDD02. 531mDmD15,542第三步：求坐标根据公式（1）计算1，2，3，4的坐标 (1)（5.02 ，10） （5.02，15） （10.04，15） （10.04，0） iiiiiiiiiiDyyDxx, 11, 11sincos2022-4-2369测量算法算例：定向直
26、角拆线法已知B点坐标为（0，10），A坐标为（0，0），量测得B点到20点的长度为5.00米，20点到21点坐标为7.00米，21点到22点坐标为5.00米求20点、21点、22点的坐标。2022-4-23706 无定向直角拆线法 n已知碎部点A，B，求其它房角点，只要丈量出各边的边长，即可求出各角点的坐标。n假设同方向的边长代数和分别为a， b，其中a为1， 3， 5， 7， 9各边的代数和； b为2， 4， 6， 8， 10各边的代数和，则2022-4-2371iiiiiiiiaQDYYaQDXXsincos1110864257931DDDbDDbDDDaDDa或或22baDQAB90ar
27、ctan11iiABaaabAAaa90arctan9011iiABaabaAaa2022-4-23724.2.4计算法 n1 矩形计算法 n2 垂足计算法 n3 直线相交法 n4 平行线法 n5 对称点法 n6 平移图形法 2022-4-23731 矩形计算法 n已知 A， B， C三个房角点，求第四个房角点， CBACBAYYYYXXXX442022-4-2374 CBACBAYYYYXXXX44四四 解析计算题解析计算题现进行房屋测量，假设测量点P的坐标表示方法为P（E/东，N/北）或者P（Y，X），现进行计算：（1）如图已知A(-30, 79.282)，B(10, 10)，C(96.6
28、03, 60)三个房角点坐标，求第四个房角点4的坐标（给出所用计算方法名称、计算公式及计算步骤）？（1）使用矩形计算法，计算公式如右： X4=Xa-Xb+Xc=79.282-10+60=129.282 Y4=Ya-Yb+Yc=-30-10+96.603=56.603即4(56.603,129.282)2022-4-23752 垂足计算法 n已知碎部点A，B，3，4，5，6，且33AB，44AB，55AB，66AB，求3，4，5，6各点，则可由式（321）计算得到其坐标：n k=(YB-YA)/(XB-XA)n 相对于纵坐标轴斜率n A 3 4 5 6 Bn 3 4 5 6n kXXYYkkkX
29、kXYYXAiAiiAAii)(1一般软件中表示2022-4-2376如图已知4点坐标为（-5.00，8.66），1点坐标为（0.00，0.00），5点坐标为（10.49，11.83），量测得5点到6点长度为5.00米，求2点、6点的坐标。n使用垂足计算法:n k=(Yb-Ya)/(Xb-Xa)=-(X4-X1)/(Y4-Y1)=-(8.66-0)/(-5.0-0)=1.732;nX2=(Y5-Y1+X1*k+X5/k)/(k+1/k)=(10.49-0+0+11.83/1.732) / (1.732+1/1.732) =7.50;nY2=Ya+(X2-Xa)*k=X2*k=7.50*1.73
30、2=12.99n所以2点坐标为（12.99，7.50），n使用定向直角拆线法，计算公式如下：n =(Y5-Y2)/(X5-X2)= (10.49-12.99)/(11.83-7.5) =-0.5773672na25=-30; na56=-30+90=60n或者 a56=a12=atan(Y2-Y1)/(X2-X1)=atan(12.99/7.5)=atan(1.732)=60nX6=X5+Di*cosai=7.5+5*cos60=11.83+5*1/2=11.83+2.5=14.33nY6=Y5+Di*Sinai=10.49+5*sin60=10.49+5*0.866=14.822022-4-
31、23772022-4-23783 直线相交法 nA，B，C，D为四个已知碎部点，且AB与CD相交于i，则交点i的坐标为： 1121)(2kXXYYkkkXkXYYXAiAiBAACi2022-4-2379测量算法：计算法-直线相交法（如图），5点为直线12和直线34的交点，求1点坐标1121)(2kXXYYkkkXkXYYXAiAiBAACiX5=(Y3-Y1+X1*k12-X2*k34)/(k12-k34) =(10-10+10*30/40-50*(-30/40)/(60/40) =30Y5=Y1+(X5-X1)*k12-k12=(Y2-Y1/(X2-X1) =10+(30-10)*30/4
32、0=252022-4-23804 平行线法 nA，B，C，D，E为曲线AE上的已知点，求与该线间距为R的曲线上1，2，3，4，5各点的坐标。 1111sincosaRYYaRXXAA3333sincosaRYYaRXXCC4444sincosaRYYaRXXDD2022-4-2381（2）如果已知B(10, 10)，C(38.284, 38.284) 两个房角点坐标，且已知4点到C点的距离为30米，此时再求A点和4点的坐标？2022-4-23825 对称点法 n一轴对称他物，测出1，2，3，7和A点后，再测出A点的对称点B，即可按式（327）分别求出各对称点1，2，3，7的坐标。 iiBiiiBiaDYYaDXXsincos22AiAiiYXD1802aiABiaaa2022-4-23836 平移图形法 n图形B与图形A全等且方位一致，若已知图形A上各点和图形B上一个点(如1)的坐标，就可根据下式求得图形B上各点的坐标： iiiiYYYYXXXX1 11 1
