2　基础知识

2.1　数字测图的基本原理

2.1.1　数字测图的基本思想

白纸测图实质上是将测得的观测值（数值）用图解的方法转化为图形。这一转化过程几乎都是在野外实现的，即使是原图的室内整饰一般也要在测区驻地完成，因此劳动强调较大；再则，这个转化过程将使测得的数据所达到的精度大幅度降低。特别是在信息剧增，建设日新月异的今天，一纸之图已难载诸多图形信息；变更、修改也极不方便，实在难以适应当前经济建设的需要。

数字测图就是要实现丰富的地形信息和地理信息数字化和作业过程的自动化或半自动化。它希望尽可能缩短野外测图时间，减轻野外劳动强度，而将大部分作业内容安排到室内去完成。与此同时，将大量手工作业转化为电子计算机控制下的机械操作，这样不仅能减轻劳动强度，而且不会降低观测精度。

数字测图的基本思想：数字测图就是将采集的各种有关的地物和地貌信息（模拟量）转化为数字形式，通过数据接口传输给计算机进行处理，得到内容丰富的电子地图，需要时由电子计算机的图形输出设备（如显示器、绘图仪）绘出地形图或各种专题地图。将模拟量转化为数字形式这一过程通常称为数据采集。目前数据采集方法主要有野外数据采集、航片（卫片）数据采集、地图数字化法采集。数字测图的基本思想和过程如图1所示。

数字测图就是通过采集有关的绘图信息并及时记录在数据终端（或直接传输给便携机），然后在室内通过数据接口将采集的数据传输给计算机，并由计算机对数据进行处理，再经过人机交互的屏幕编辑，形成绘图数据文件。最后由计算机控制绘图仪自动绘制所需的地形图，最终由磁盘等存储介质保存电子地图。数字测图虽然生产产品仍然以提供图解地形图为主，但是它以数字形式保存着地形模型及地理信息。

2.1.2　数字测图的图形描述

一切地图图形都可以分解为点、线、面三种图形要素，其中点是最基本的图形要素。这是因为一组有序的点可连成线，而线可以围成面。但要准确地表示地图图形上点、线、面的具体内容，还要借助一些特殊符号、注记来表示。独立地物可以由地物定位点及其符号表示，线状地物、面状地物由各种线划、符号或注记表示，等高线由高程值表达其意义。

测量的基本工作是测定点位。传统方法是用仪器测得点的三维坐标，或者测量水平角、竖直角及距离来确定点位，然后绘图员按坐标（或角度与距离）将点展绘到图纸上。跑尺员根据实际地形向绘图员报告测的是什么点（如房角点），这个（房角）点应该与哪个（房角）点连接等，绘图员则当场依据展绘的点位按图式符号将地物（房屋）描绘出来。就这样一点一点地测和绘，一幅地形图也就生成了。

数字测图是经过计算机软件自动处理（自动计算、自动识别、自动连接、自动调用图式符号等），自动绘制地形图。因此数字测图野外测绘时除测定点位的三维坐标外，还必须采集点位的连接信息和描述其性质的属性信息。

点位的三维坐标是定位信息亦称点位信息，使用全站仪观测并自动计算存储在内存或电子手簿中，各个点之间以点号区别；连接信息是指测点的关联关系，它包括相邻连接点号和连接线型，绘图系统据此方可将相关的点连接成一个地形符号。点位信息和连接信息合称为图形信息，又称为几何信息，据此可以绘制房屋、道路、河流、地类界、等高线、陡坎等线性图形。

属性信息又称为非几何信息，包括定性信息和定量信息。属性的定性信息用来描述地图图形要素的分类或对地图图形要素进行标名，一般用拟定的符号和文字表示，如植被类型、地名、河流名等。属性的定量信息是说明地图要素的性质、特征或强度的，例如面积、楼层、人口、产量、流速等，一般用数字表示。

连接信息与属性信息只能靠观测员实地观察确定，没有准确、完整的连接与属性信息，点位信息作为孤立的点，是没有价值的。所以，对于大比例尺数字化测图而言，观察与记录连接与属性信息，是细致、复杂的工作，需要观测员具有良好的地形表现能力和专业素质。

所以，进行数字测图时不仅要测定地形点的位置（点位信息），还要知道是什么点（属性信息），是道路还是房屋，当场记下该测点的编码和连接信息，显示成图时，利用测图系统中的图式符号库，只要知道编码，就可以直接从库中调出与该编码对应的图式符号成图。

2.1.3　数字测图的数据格式

地图图形要素按照数据获取和成图方法的不同，可区分为矢量数据和栅格数据两种数据格式。矢量数据采用定位信息（x，y）的有序集合，来描述点、线、面等三种基本类型的图形元素，并结合属性信息实现地形元素的表述；栅格数据结构是将整个绘图区域划分成一系列大小一致的栅格，形成栅格数据矩阵，按照地理实体是否通过或包含某个栅格，使其以不同的灰度值表示，从而形成不同的图像。由野外直接采集、解析测图仪获得或手扶跟踪数字化仪采集的数据是矢量数据；由扫描仪和遥感方法获得的数据是栅格数据。矢量数据结构是人们最熟悉的图形数据结构，从测定地形特征点位置到线划地形图中各类地物的表示以及各类数字图的工程应用基本上都使用矢量格式数字图。而栅格格式的数字图，存在不能编辑修改、不便于工程量算、放大输出时图形不美观等问题，而且一般情况下，同样大小的区域，栅格格式的地形图数据量比矢量数据量大得多，所以，对于量角、距离换算、展点、绘图等众多环节出错几率大，使得地形图成果质量难以保证。因此数字测图通常采用矢量数据格式，若采集的数据是栅格数据，必须将其转换为矢量数据。而且，由计算机控制输出的矢量图形不仅美观，而且更新方便，应用非常广泛。

2.1.4　数字测图解决的问题

归纳起来，数字测图所要解决的问题如下：

（1）使采集的图形信息和属性信息为计算机识别。

（2）由计算机按照一定的要求对这些信息进行一系列的处理。

（3）将经过处理的数据和文字信息转换成图形，由屏幕输出或绘图仪输出各种所需的图形。

（4）按照一定的要求自动实现图形数据的应用问题。

自动绘制地图图形是数字测图的首要任务，但这只是最基本的任务。数字测图还解决电子地图应用问题，尤其要使数字测图成果满足地理信息系统的需要。数字测图的最终目的是实现测图与设计和管理一体化、自动化。