任务2.2　全站仪数据采集

2.2.1　碎部点数据采集原理

2.2.1.1　碎部点坐标测算方法

对碎部点进行坐标测算，目的是要获得点的定位信息。在数字测图中，由于设备和成图方法的局限，一般不能像白纸测图那样在现场对地物、地貌进行模拟绘制，而需测量大量的碎部点供绘图使用。如果用全站仪测量全部碎部点，工作量太大，而且有些点无法直接测定。因此要灵活运用各种方法，提高碎部点测量的工作效率。

这种结合数字测图设备特点，充分运用图形几何关系的碎部点测量方法通常称为碎部点坐标“测算法”。其基本思路：一是用全站仪极坐标法测定一些基本碎部点，作为对其它碎部点进行定位的依据；二是用半仪器法（比如方向法、勘丈法）推定一些碎部点；三是充分利用直线、直角、平行、对称、全等等几何特征推求一些碎部点。

数字测图软件一般都能很方便地利用半仪器法、勘丈法获取的数据进行绘图。可以说，只要用几何作图方法能够确定位置的点都可以用“测算法”求出点的坐标。

下面介绍几种常用的碎部点坐标测算方法的原理及应用特点。

1.仪器测量法

（1）极坐标法。极坐标法是测量碎部点最常用的方法。用全站仪极坐标法进行数据采集，具有速度快、精度高的优点，对于需要采集的碎部点，应尽量用此方法测量。

如图2.35所示，Z为测站点，O为定向点，Pi为待求点。在Z点安置仪器，量取仪器高I，照准O点，配置定向点O的方向值αO（即ZO方位角），然后照准待求点Pi，量取觇标高（反射镜高）Vi，读取方向值αi（方位角），再测量出Z至Pi点间的水平距离Di和竖直角Ai，则待定点坐标和高程可由式（2.7）求得

（2）照准偏心法。当待求点与测站不通视或无法立镜时，可使用照准偏心法间接测定碎部点的点位。该法包括直线延长偏心法、距离偏心法、角度偏心法。

1）直线延长偏心法。如图2.36所示，Z为测站点，在测得A点坐标后，欲测定B点，但Z、B间不通视。此时可在地物边线方向找到B′或B″点作为辅助点，先用极坐标法测定其坐标，再用钢尺量取BB′（或BB″）的距离D1（或D2），即可按式（2.8）求出B点坐标：

内业作图时，只要以AB′（或AB″）为方向，B′（或B″）为起点，延长D1（或缩短D2）即可画出B点。

2）距离偏心法。如图2.37所示，欲测定B点，但B点不能立标尺或棱镜，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ΔSi，即可求出目标点B的坐标。当偏心点位于目标点的左边或右边时有

在选择Bi点位安置反射棱镜时，应注意使ZBi⊥BiB。

当偏心点位于目标点的前方或后方，即偏心点在测站和目标点的连线上（B3或B4）时，目标点B的坐标可由式（2.10）求出：

内业作图时，只要过Bi做ZBi的垂线，在垂线上以Bi为起点，截一距离为ΔSi，即可找到B点位置。

3）角度偏心法。如图2.38所示，欲测定目标点B，由于B点无法达到或无法立镜，将棱镜安置在以ZB为半径的圆弧上的Bi处，先照准棱镜测距（DZBi），再照准目标B测量方向值αZB，则B点的坐标可由式（2.11）计算出：

内业作图时，只要以Z为圆心，DZBi为半径，αZB为方位角，就可找到B点位置。

2.勘测丈量法

在局部、隐蔽的地方，可用钢尺量距，并利用已测定的碎部点和直线、直角特性确定其它碎部点的位置。这种方法称勘测丈量法，简称勘丈法。

（1）直角坐标法。直角坐标法又称为正交法，它是借助测线和垂直短边支距测定目标点的方法。正交法使用钢尺量距离，配以直角棱镜作业。支距长度不得超过一个尺长。

如图2.39所示，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，就可以求得碎部点i的位置。

（2）距离交会法。如图2.40所示，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D1，D2，即可求得P点的坐标。

先根据已知边DAB和D1，D2求出角α、β：

再根据戎格公式即可求得XP、YP：

内业作图时，只要分别以A、B为圆心，D1、D2为半径作圆弧，相交的其中一个点，就是所要求的P点。

2.2.1.2　数据编码

野外数据采集仅测定碎部点的位置（坐标）是不能满足计算机自动成图要求的，还必须将地物点的连接关系和地物属性信息记录下来。一般用一定规则构成的符号串来表示地物属性和连接关系等信息，这种有一定规则的符号串称为数据编码。数字测图中的数据编码要考虑的问题很多，如要满足计算机成图的需要，要简单、易记，还要便于成果资料的管理与开发。数据编码的基本内容包括：地物要素编码（或称地物特征码、地物属性码、地物代码）、连接关系码（点号连接、连接顺序、连接线型）、面状地物填充码等。数字测图系统内的数据编码一般在6～11位，有的全部用数字表示，有的用字符、数字混合表示。编码设计得好坏直接影响到外业数据采集的难易、效率和质量，而且对后续地形（地籍）资料的交换、管理、使用和建立地理信息资料库等都会产生很大的影响。

《大比例尺地形图机助制图规范》（GB 14912—1994）规定，野外数据采集编码的总形式为地形码＋信息码。地形码是表示地形图要素的代码，可采用GB 14804—1993中相应的代码，也可采用汉语拼音速写码、键盘菜单以及混合编码等。GB 14804—1993规定的地形图要素代码由四位数字码组成，共分为九个大类，并依次细分为小类、一级和二级。信息码是表示某一地形要素测点之间的连接关系。随着数据采集的方式不同，其信息编码的方法各不相同。无论采用何种信息编码，应遵循有利于计算机对所采集的数据进行处理和尽量减少中间文件的原则。

目前，国内开发的测图软件已经有很多，一般都是根据各自的需要、作业习惯、仪器设备及数据处理方法等设计自己的数据编码方案，还没有形成固定的标准。目前数据编码从结构和输入方法上区分，主要有全要素编码、块结构编码、简编码和二维编码。

1.全要素编码方案

全要素编码要求对每个碎部点都要进行详细的说明。全要素编码通常是由若干个十进制数组成。其中每一位数字都按层次分，都具有特定的含义。首先参考图式符号，将地形要素分类。如1代表测量控制点；2代表居民地；3代表独立地物；4代表道路；5代表管线和垣栅；6代表水系；7代表境界；8代表地貌；9代表植被。然后，再在每一类中进行次分类，如居民地又分为：01代表一般房屋；02代表简单房屋；03代表特种房屋……。另外，再加上类序号（测区内同类地物的序号）、特征点序号（同一地物中特征点连接序号）。如某碎部点的编码为20101503，各数字的含义如下：

第一位数字“2”表示地形要素分类。

第二、第三位数字“01”表示地形要素次分类。

第四、第五、第六位数字“015”表示类序号。

第七、第八位数字“03”表示特征点序号。

这种编码方式的优点是各点编码具有唯一性，计算机易识别与处理，但外业编码输入较困难，目前很少使用。

2.块结构编码方案

块结构编码将整个编码分成几大部分，如分为点号、地形编码、连接点和连接线型四部分，分别输入。地形编码是参考地形图式的分类，用3位整数将地形要素分类编码。如100代表测量控制点类的天文点、105代表导线点、200代表居民地类的一般房屋、209代表特种房屋。点号表示测量的先后顺序，用4位数字表示。连接点是记录与碎部点相连接的点号。连接线型是记录碎部点与连接点之间的线型，用一位数字表示。

清华山维的EPSW电子平板系统就是采用块结构编码方案。它分块输入，操作简单。下面结合EPSW系统简单介绍块结构编码方案。

（1）地形编码。地形图的地形要素很多，《国家基本比例尺地形图第一部分：1：500　1：1000　1：2000地形图图式》（GB/T 20257.1—2007）已将它们总结归类为以下10类。

1）测量控制点。

2）居民地。

3）工矿企业建筑物和公共设施。

4）独立地物。

5）道路及附属设施。

6）管线及坦栅。

7）水系及附属设施。

8）境界。

9）地貌与土质。

10）植被。

EPSW电子平板系统用3位数来表示每大类中的地形元素，第一位为类别号，代表上述十大类；第二、第三位为顺序号，即地物符号在某大类中的序号。例如，编码为105的地物，1为大类（即控制点类）、05为图式符号中顺序为5的控制点（即导线点）；106为埋石图根点。又如201为居民地类的一般房屋中的混凝土房。由于每一大类中的符号编码不能多于99个，而符号最多的第七类（水系及附属设施）却有130多个，符号最少的第一类（控制点）只有9个，因此EPSW系统在上述十大类的基础上作适当的调整。将水系及附属设施的编码分为两段，由700～799和850～899表示；将植被也放在第一类编码中，编码为120～189；将绘制符号的图元放在0类。这样每个地物符号都对应一个3位地形编码（简称编码）。

作业人员将3位地形编码全部记住是很困难的，EPSW系统采用了“无记忆编码”输入法，即将每一个地物和它的图式符号及汉字说明都编写在一个图块里，形成一个图式符号编码表（分主次页），存储在便携机内，只要按一下键，编码表就可以显示出来；用光笔或鼠标点中所要的符号，其编码将自动送入测量记录中。所以无需记忆编码，随时可以查找。实际上，对于一些常用的编码，像导线点105、一般房屋点200等，多用几次也就记熟了。

（2）连接信息。连接信息可分解为连接点和连接线型。

当测点是独立地物时，只要用地形编码来表明它的属性，即知道这个地物是什么，应该用什么样的符号来表示。如果测的是一个线状或面状地物，这时需要明确本测点与哪个点相连，以什么线型相连，才能形成一个地物。所谓线型是指直线、曲线或圆弧线等。如图2.41所示大厅，第2测点须与1点以直线相连，3点须与2点直线相连，5点与4点、4点与3点则以圆弧相连（圆弧至少需要测3个点才能绘出），5点与1点以直线相连。有了点位、编码，再加上连接信息，就可以正确地绘出大厅了。

为了便于计算机的自动识别和输入，EPSW规定：1为直线；2为曲线；3为圆弧；空为独立点。连接线型只有4种，一般是容易区别和记忆的。有时圆或曲线不容易分辨，均可以曲线处理，对绘图影响不大。

3.简编码输入方案

简编码就是在野外作业时仅输入简单的提示性编码，内业中经计算机识别后自动转换为程序内部码。或简编码一般由类别码、关系码和独立符号码3种组成，每种只有1～3位字符。其形式简单、规律性强，无需特别记忆，并能同时采集测点的地物要素和拓扑关系码。它也能够适应多人跑尺（镜）、交叉观测不同地物等复杂情况。

CASS系统的野外操作码（也称为简码或简编码）是由类别码、关系码和独立地物符号码3种组成，每种只有1～3位字符。其形式简单、规律性强，无需特别记忆，并能同时采集测点的地物要素和拓扑关系码。它也能够适应多人跑尺（镜）、交叉观测不同地物等复杂情况。

（1）类别码。类别码亦称地物代码，见表2.31。它是按一定的规律设计的，不需要特别记忆。如代码F0、F1、F2、…、F6分别表示特种房（坚固房）、普通房、一般房、……、简易房。F取“房”字拼音首字母，0～6表示房屋类型由“主”到“次”。又如代码D0、D1、D2、D3分别表示电线塔、高压线、低压线、通讯线等。另外，K0表示直折线型的陡坎，U0表示曲线型的陡坎；X1表示直折线型内部道路，Q1表示曲线型内部道路。由U、Q的外形很容易让我们想象到曲线。

（2）关系码。关系码亦称连接关系码，见表2.32。共有4种符号：“＋”“－”“A＄”和“p”配合简单数字来描述测点间的连接关系。其中“＋”表示连线依测点顺序进行；“—”表示连线依测点相反顺序进行；“p”表示绘平行体；“A＄”表示断点标识符。

（3）独立地物符号码。对于只有一个定位点的独立地物，用A××表示（表2.33），如A42表示普通电杆，A50表示阔叶独立树等。

数据采集时现场对照实地输入野外操作码，图2.42中点号旁的括号内容为输入结果。

4.二维编码方案

GB 14804—1993规定的地形图要素代码只能满足制图的需要，不能满足GIS图形分析的需要。因此有些测图系统在GB 14804—1993规定的地形要素代码的基础上进行扩充，以反映图形的框架线、轴线、骨架线、标识点（Label点）等。二维编码（亦称主附编码）对地形要素进行了更详细的描述，一般由6～7位代码组成。下面以开思创力的SCSG2000测图系统为例，介绍二维编码方案。

SCSG2000系统的二维编码由5位主编码和2位附编码组成。主编码前4位为GB 14804—1993规定的地形要素代码，GB 14804—1993不足4位的，用“0”补齐为整形码；主编码后1位代码为在GB 14804—1993的基础上进一步细分类的码，无细分类时，用“0”补齐。附编码（第二维）为景观、图形数据分类代码。二维编码具体定义如下：

（1）中间注有不依比例尺独立符号的依比例尺地物，其独立符号用“主编码＋00”表示，范围边界用“主编码＋01”表示。

（2）带有辅助设施的复杂符号，其特征定位线的编码为“主编码＋00”，辅助设施符号编码为“主编码＋02”。

（3）带有辅助描述符的复杂符号，其特征定位线的编码为“主编码＋00”，辅助描述符编码为“主编码＋03”。

（4）用于表示某地物方向的箭头符号（如水流方向），其编码为“相应需表示方向的地物的主编码＋04”。

（5）为便于GIS作为网络分析，表示地物连通性的“双向轴线”（如道路准中心线）的编码为“轴线所描述地物的主编码＋05”；表示地物连通性的“单向轴线”（如单行道的准中心线）的编码为“轴线所描述地物的主编码＋06”。

（6）Label点（标识点）均以一点在相应多边形区域中标示，其编码为“所描述多边形的主编码＋07”；Label点标示的多边形将自动提至Label层（原多边形不变），其编码与Label点一致（其区别为：一个是点符，一个是线或面符）。

（7）为描述非封闭性面状地物的外形特征（骨架线），程序生成该地物的框架线的编码为“描述对象的主编码＋08”。

（8）有些线状符号本身不能描述其特征线（骨架线），程序将生成该符号的骨架线，骨架线的编码为“骨架线描述的地物的主编码＋09”，符号本身视为辅助描述符。

（9）所有直接用线形描述的符号（该线即为符号的骨架线），其编码为“主编码＋00”。

（10）所有点符号（独立地物）编码为“主编码＋00”。

（11）文字注记的编码为“该文字说明的符号的主编码＋99”。

（12）框架线、轴线、骨架线、Label点分别作为一个图层管理，见表2.34。

二维编码没有包含连接信息，连接信息码由绘图操作顺序反映，二维编码位数多，观测员很难记住这些编码，故SCSG2000测图系统的电子平板采用无码作业。测图时对照实地现场利用屏幕菜单和绘图专用工具或用鼠标提取地物属性编码，绘制图形。