数字化测图第一章绪论

《数字化测图第一章绪论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字化测图第一章绪论（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第一章,绪论,一、地形图与数字化地形图 1 地形图概念 地形图是利用测量仪器将地球表面局部区域内各种地物、地貌的空间位置和几何形状，按一定的比例尺，用规定的图式符号绘制成的正射投影图。,2-1 数字化测图概述,2 数字地形图概念 数字地形图是用数字形式存储全部地形图信息的地图。是用数字形式描述地形图要素的属性、定位和关系信息的数据集合，是存储在具有直接存取性能的介质（磁盘、硬盘和光盘）上的关联数据文件。,一、地形图与数字化地形图,一、地形图与数字化地形图,3 数字地形图与传统地形图的差异主要体现在以下几个方面 1）数字地形图的载体不是纸张，而是适合于计算机存储的软盘、硬盘和光盘等。,一、地形图

2、与数字化地形图,3 数字地形图与传统地形图的差异主要体现在以下几个方面 2）传统地形图是以线划、颜色、符号、注记来表示地物类别和地形，数字地形图是以可识别的数字代码反映地表各类地理属性特征。,一、地形图与数字化地形图,3 数字地形图与传统地形图的差异主要体现在以下几个方面 3）数字地形图是以数字形式储存的1：1的数字地形图，没有固定的图幅大小。,一、地形图与数字化地形图,3 数字地形图与传统地形图的差异主要体现在以下几个方面 4）数字地形图以数字形式表示地形图的内容。数字地形图以数字坐标表示地物和地貌的空间位置，以数字代码表示地形符号、说明注记和地理名称注记。,一、地形图与数字化地形图,3 数

3、字地形图与传统地形图的差异主要体现在以下几个方面 5）数字地形图的现势性 数字地形图具有更新地形图的优势，使地形图有良好的现势性。,一、地形图与数字化地形图,3 数字地形图与传统地形图的差异主要体现在以下几个方面 6）数字地形图的比例尺 可以输出不同比例尺和不同图幅大小的地形图，输出各种分层叠合的专用地图。,一、地形图与数字化地形图,3 数字地形图与传统地形图的差异主要体现在以下几个方面 7）数字地形图的精度高 数字测图，在野外采用全站仪测量，地物点相对于邻近控制点的位置，精度达到5cm是不困难的。,一、地形图与数字化地形图,3 数字地形图与传统地形图的差异主要体现在以下几个方面 8）数字地形

4、图是地理信息系统的数据源,二、数字化测图技术的研究内容 数字化测图技术的主要研究对象是制图对象信息的获取（采集）、加工（处理）、传输、系统分析、图形显示与存储的技术手段和方法,二、数字化测图技术的研究内容 1.数字测图系统的构成 2.数字地形图的数据采集设备与方法 3.数字地形图的表示方法和存储结构 4.数字地形图的计算机处理和图形编辑 5.数字地形图的输出设备与方法,二、数字化测图技术的研究内容 6.数字地形图质量评价 7.数字化成图软件的开发 8.数字地形图的管理与应用 9.数字化成图与地理信息系统的关系,三、数字化测图技术的特点 1.精度高 2.自动化程度高、劳动强度较小 3.更新方便、

5、快捷 4.便于保存与管理 5.便于应用 6.易于发布和实现远程传输,2-2数字测图系统的构成,一、数字测图系统的硬件 1 计算机 计算机是数字测图系统中不可替代的主体设备。它的主要作用是运行数字化成图软件，连接数字测图系统中的各种输入输出设备。,2 全站仪 全站仪是由测距仪、电子经纬仪和微处理器组成的一个智能性测量仪器。,一、数字测图系统的硬件,3 数字化仪 数字化仪是数字测图系统中的一种图形录入设备。它的主要功能是将图形转化为数据，所以，有时它又被称为图数转换设备。,一、数字测图系统的硬件,4 扫描仪 扫描仪是以“栅格方式”实现图数转换的设备。所谓栅格方式就是以一个虚拟的格网对图形进行划分，

6、然后对每个格网内的图形按一定的规则进行量化。,一、数字测图系统的硬件,5 绘图仪 绘图仪是数字测图系统中一种重要的图形输出设备。,一、数字测图系统的硬件,6.GPS接收机 GPS是Global Position System缩写。该系统是美国国防部自20世纪70年代开始研制的新一代导航和定位系统。,一、数字测图系统的硬件,7.电子手薄 电子手薄的主要作用是：在外业与全站仪连接，记录观测数据并作必要的处理，在内业与计算机连接，将记录数据传入计算机，供进一步处理。,一、数字测图系统的硬件,二、数字测图系统的软件 1、系统软件（如操作系统：Windows）,2、支撑软件（如计算机辅助设计软件Auto

7、CAD）,二、数字测图系统的软件,3、应用软件或者叫专用软件（如南方测绘仪器公司的CASS成图软件）,二、数字测图系统的软件,三、数字测图系统的人员与数据 数字测图系统的人员是指参与完成数字化成图任务的所有工作与管理人员。 数字测图系统中的数据主要指系统运行过程中的数据流，它包括：采集（原始）数据；处理（过渡）数据；数字地形图（产品）数据。,2-3数字化测图的工作过程与作业模式,一、数字化测图的工作过程 数字化测图的工作过程主要有： 数据采集、数据处理、图形编辑和图形输出,地形数据采集 （硬件、软件）,数据处理与编辑 （硬件、软件）,绘图与输出 （硬件、软件）,1.数据采集 数据采集的目的是获

8、取数字化成图所必需的数据信息，包括描述地形图实体的空间位置、连接方式及地理属性。 数据采集主要有两大类方法：外业采集和内业采集。,一、数字化测图的工作过程,（1）外业采集 外业采集主要用测量仪器在野外进行（全站仪、GPS等），借助电子手薄、PC卡进行数据存储，之后传入计算机供进一步处理。,1.数据采集,（1）外业采集 测点的连接关系及地形实体的地理属性有三种不同的采集和记录方法： 用约定的编码表示地形实体的地理属性和测点的连接关系。 用草图来描述测点的连接关系和实体的地理属性。 在野外直接将全站仪与笔记本电脑或掌上电脑连接在一起，测量数据实时传入笔记本电脑或掌上电脑，不需要记忆和输入编码，现场

9、加入地理属性和连接关系后直接成图。,1.数据采集,（2）内业采集 主要是指对已有地形图的数字化。内业采集主要用数字化仪或扫描仪完成。,1.数据采集,2.数据处理 数据处理是指将采集数据处理成成图所需数据的过程，包括数据格式或结构的转换、投影变换、图幅处理、误差检验等内容。 数据处理分为数据预处理、地物点的图形处理和地貌点的等高线处理。,一、数字化测图的工作过程,（1）数据预处理是对原始记录数据作检查 删除已作废标记的记录和删去与图形生成无关的记录，补充碎部点的坐标计算和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和点的坐标。,2.

10、数据处理,（2）根据点文件形成图块文件，将与地物有关的点记录生成地物图块文件，与等高线有关的点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、圆弧和曲线）码。,2.数据处理,（3）等高线处理是将表示地貌的离散点在考虑性线、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，形成一条等高线的图块记录。,2.数据处理,3.图形编辑 图块文件生成后可进

11、行人机交互方式下的地形图编辑。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。屏幕显示区域只是某一限定的范围， 人机交互方式下的地形图编辑，主要包括删除错误的图形和不需要表示的图形，修正不合理的符号表示，增添植被、土壤等配置符号以及地形图注记。,一、数字化测图的工作过程,4.图形输出 图块文件经过人机交互编辑生成数字地形图的图形文件。图形文件根据数字地形图的用途不同有不同的要求。,一、数字化测图的工作过程,2-3数字化测图的工作过程与作业模式,二、数字化测图的作业模式 数字化测图在实际工作中主要有如下几种不同的作业模式：数字测记模式、电子平板测绘模式和内业数字

12、化。,1）.数字测记模式 是一种描述记录连接关系和地形图实体的地理属性的作业模式，又可以进一步分为有码作业和无码作业。这种作业模式的特点是精度高、内外业分工明确，便于人员分配，从而具有较高的成图效率。,二、数字化测图的作业模式,2）.电子平板 是一种基本上将所有工作放在外业完成的数字化成图方法，它用笔记本电脑模拟测图平板，将其与全站仪连接在一起，实现数据采集、数据处理、图形编辑现场同步完成。这种作业模式的特点是精度高、现场成图实现了“所见即所测”，从而具有较高的可靠性。,二、数字化测图的作业模式,3）.内业数字化 是指用数字化仪或扫描仪在室内采集数据。这种作业模式的特点是工作较简单、效率较高，

13、但精度较低，且必须有较完整的满足要求的纸基地形图可供利用。当采用扫描仪数字化时，还必须进行矢量化处理。,二、数字化测图的作业模式,2-4数字化测图技术的理论基础,一、坐标变换 在数字测图系统中，图形显示设备（显示器）、图形输出设备（绘图仪、打印机）和图形录入设备（数字化仪、扫描仪等），这些设备都具有都涉及坐标系的概念。都使用与测量坐标系（一般称为用户坐标系）不同的设备坐标系，这就导致在利用这些设备录入、显示或输出图形时需要进行不同坐标系之间的变换。 坐标变换问题的实质是分析、求解不同坐标系之间的关系，建立坐标变换的数学模型。,1.坐标系的概念 测量坐标系 大比例尺数字化成图中的测量坐标系是以x

14、轴为纵坐标表示南北方向，以y轴为横轴表示东西方向。测量和绘制地形图时使用测量坐标系。,一、坐标变换,1.坐标系的概念 设备坐标系 数字测图系统中的计算机显示器和绘图仪，使用的是屏幕坐标系和绘图仪坐标系，成图软件也有自己的坐标系，一般采用数学中的笛卡儿坐标系。,一、坐标变换,2.测量坐标系到屏幕坐标系的变换,一、坐标变换,.测量坐标系到绘图仪坐标系的变换,2-4数字化测图技术的理论基础,二、曲线的平滑处理,1.线性迭代法 线性迭代法又称为抹角法，是用反复的线性迭代产生的加密的折线，对等高线进行光滑处理。,二、曲线的平滑处理,2.分段三次多项式（五点光滑法） 这种方法是在等高线上每两个点之间（即每

15、条折线线段上）建立起一条三次曲线，在整条曲线上具有连续的一阶导数。每一点上的一阶导数是以该点为中心，加上前后各相邻的两个点（共五个点）共同确定的，所以又称为五点光滑法。,二、曲线的平滑处理,2.分段三次多项式（五点光滑法）,二、曲线的平滑处理,3. 抛物线加权平均曲线光滑 根据给定的曲线特征点顺序，每相邻三点作一条抛物线，而每相邻两点之间前后两条抛物线弧的重合部分用加权平均曲线作为最终的插值光滑曲线。,二、曲线的平滑处理,3. 抛物线加权平均曲线光滑 (1)正轴抛物线加权平均法,二、曲线的平滑处理,3. 抛物线加权平均曲线光滑 (2)斜轴抛物线加权平均法,二、曲线的平滑处理,4.张力样条函数插

16、值法 对样条曲线进行数学模拟得出的函数叫做样条函数，其中分段三次样条曲线，次数低，便于计算，不但能保证曲线上各点的切线斜率连续变化，而且能保证曲率连续变化，因而得到广泛的应用。,二、曲线的平滑处理,2-4数字化测图技术的理论基础,三、数字地面模型 1.数字地面模型 数字地面模型是地表形态的一种数字描述，简称DTM， DTM是描述地面诸特性空间分布的有序数字阵列，在最通常的情况下，所描述的地面特性是地面点的高程Z，它们的空间分布由X，Y水平坐标系来描述，也可以用经度和纬度来描述。,2.数字高程模型 当DTM中地面特性为高程时就是数字高程模型DEM。DEM是数字的形式按一定的结构组织在一起，表示实际地形特征的空间分布，也就是地形形状大小和起伏的数字描述。,三、数字地面模型,3.应用 通过DTM可得到有关区域中任一点的地形情况，计算出任一点的高程并获得等高线。DTM的应用极其广泛，计算区域面积，划分土地，计算土方工程量，获取地形断面和坡度信息等，同时也是数字地形图和地理信息系统的一种基础性资料，更确切地说本身就是数字地形图中描述地