1.2　数字测图概述

1.2.1　数字测图的概念

随着电子技术和计算机技术日新月异的发展及其在测绘领域的广泛应用，20世纪80年代产生了全站型电子速测仪、电子数据终端，并逐步构成了野外数据采集系统，将其与计算机辅助制图系统相结合，形成了一套从野外数据采集到内业制图实现了全过程数字化和自动化的测量制图系统，人们通常将这种测图方式称为数字化测图，简称数字测图。近些年，随着电子全站仪和GNSS-RTK等先进测量仪器和技术的普及，数字测图得到了突飞猛进的发展，并逐步取代了白纸测图方法。

数字化测图实质上是一种全解析计算机辅助测图的方法，它使得地形测量成果不再仅仅是绘制在纸上的地形图，而是以计算机存储介质为载体的，可供计算机传输、处理、多用户共享的数字地形信息。数字地形信息以其存储与传输方便、精度与比例尺无关、不存在变形及损耗，能方便、及时地进行局部修测更新，便于保持地形图现势性的巨大优势，极大地提高了地形测量资料的应用范围，使其能在经济建设各部门发挥出更大的作用。另外，利用数字地图可以生成电子地图和数字地面模型（DTM），以数学描述和图像描述的数字地形表达方式，可实现对客观世界的三维描述。而且，数字地形信息作为地理空间数据的基本信息之一，已成为地理信息系统（GIS）的重要组成部分。所以，数字化测图的出现，标志着地形测量理论与实践的革命性进步。

广义地讲，制作以数字形式表示的地图的方法和过程就是数字测图，主要包括：全野外数字化测图（地面数字测图）、地图数字化成图、数字摄影测量和遥感数字测图。狭义的数字测图指全野外数字化测图，本书主要介绍全野外数字化测图。

1.2.2　数字测图与白纸测图的区别

数字测图是在白纸测图的基础上发展起来的，但数字测图外业采用了电子全站仪、GNSS-RTK等先进测量仪器，内业采用计算机辅助制图，它实质上是一种全解析、全数字的测图方法。所以，数字测图与白纸测图相比，具有无可比拟的优越性。

1.测图、用图的自动化

白纸测图主要是手工作业，外业测量人工记录计算，人工绘制地形图；用图时在图上人工量算坐标、距离和面积等。数字测图则使野外测量自动记录、自动解算，使内业数据自动处理、自动绘图、自动成图；用图时，向用图者提供可处理的数字地图，用户可自动提取所需要的图数信息。数字测图实现了测图、用图的自动化。

2.图形数字化

用计算机存储介质保存的数字地图，存储了图中具有特定意义的数字、文字、符号等各类数据信息，可方便地进行传输、处理和供多用户共享。数字地图不仅可以自动提取点位坐标、两点距离、方位，自动计算面积、土方，自动绘制纵横断面图，还可以方便地将其传输到AutoCAD、MAPGIS等软件设计系统中，供工程设计部门进行计算机辅助设计和供地理信息系统建库使用。数字地图的管理，既节省空间，操作又十分方便。

3.点位精度高

平板仪白纸测图，地物点平面位置的误差主要受解析图根点的测定误差和展绘误差、测定地物点的视距误差和方向误差、地形图上地物点的展点误差等影响，综合影响使地物点平面位置的测定误差图上约为±0.5mm（1：1000）。经纬仪视距法测定地形点高程时，即使在较平坦地区（0°～6°）、视距为150m，地形点高程测定误差也达±0.06m，而且随着倾斜角的增大，高程测定误差会急剧增加。

用全站仪采集数据，测定地物点距离在450m内的误差约为±22mm，测定地形点的高程误差约为±21mm；若距离在300m以内，则测定地物点误差约为±15mm，测定地形点的高程误差约为±18mm。在数字测图中野外采集的数据精度毫无损失，并与测图比例尺无关。数字测图的高精度为地籍测量、管线测量、房产测量、工程规划设计等工作提供了保障。

4.便于成果更新

数字测图的成果是以点的定位信息和属性信息存入计算机，当实地有变化时，只需输入变化信息的坐标、编码，经过编辑处理，很快便可以得到更新的地图，从而可以确保地图的现势性和可靠性，可谓“一劳永逸”。

5.避免因图纸伸缩带来的各种误差

白纸测图图形信息表示在图纸上，随着时间的推移，会因图纸的伸缩变形而产生误差。数字测图的成果以数字形式保存，摆脱了对图纸的依赖性。

6.能以各种形式输出成果

数字测图成果可以直接输出在显示器或投影仪上，甚至可以在显示器上观看不同视角的立体图，输出立体景观；计算机与打印机联机时，可以打印各种需要的资料信息，如打印数据表格、当图形精度要求不高时可以直接打印图形；计算机与绘图仪联机，可以输出各种不同比例尺的地形图、专题图等，以满足不同用户的需要。

7.方便成果的深加工利用

数字测图不同的数据分层存放，数字地图可以存储海量的地面信息，这是白纸测图无法比拟的。不受图面负载量的限制，从而便于成果的深加工利用，拓宽测绘工作的服务面。比如CASS软件中定义了26个层（用户可以根据需要定义新层），控制点、房屋、道路、交通设施、管线设施、水系设施、地貌土质、植被园林等均存放于不同的层中。通过关闭层、打开层等操作来提取相关信息，可方便地得到所需要的测区内各类专题图、综合图，如路网图、电网图、水系图、地形图等。又如在数字地籍图的基础上，可以综合相关内容，补充加工成不同用户所需的城市规划用图、城市建设用图、房地产图以及各种管理用图和工程建设用图。

8.可作为地理信息系统（GIS）的重要信息源

地理信息系统（GIS）具有强大的空间信息查询检索功能、空间分析功能以及辅助决策功能，在国防建设、城市规划、交通管理以及人们的日常生活中得到了广泛的应用。数据采集是建立地理信息系统最基础的工作，而且建立一个地理信息系统，花在数据采集上的时间和精力约占整个工作量的80%。地理信息系统欲发挥辅助决策功能，必然需要现势性强的地理信息基础数据。数字测图能提供现势性强的地理基础信息，经过一定的格式转换，其成果即可进入地理信息系统数据库并更新数据库。一个好的数字测图系统应该是地理信息系统的一个子系统。

1.2.3　数字测图的发展与展望

数字测图首先是由机助地图制图开始的。机助地图制图技术酝酿于20世纪50年代。到70年代末和80年代初自动制图主要包括数字化仪、扫描仪、计算机及显示系统四部分，数字化仪数字化成图成为主要的自动成图方法。20世纪50年代末，航空摄影测量都是使用立体测图仪及机械连动坐标绘图仪，采用模拟法测图原理，利用航测像对测绘出线划地形图。到60年代就有了解析测图仪。80年代末、90年代初，又出现了全数字摄影测量系统。全数字摄影测量系统在我国迅速推广和普及，目前已基本取代了解析摄影测量。

作为数字化测图方法之一的航空摄影测量，起源于20世纪50年代末期，当时的航空摄影测量都是使用立体测图仪及机械连动坐标绘图仪，采用模拟法测图原理，利用航测像对测绘出线划地形图。到60年代出现了解析测图仪，它是由精密立体坐标仪、电子计算机和数控绘图仪等三个部分组成，将模拟测图创新为解析测图，其成果依然是图解地图80年代初，为了满足数字测图的需要，我国在生产、使用解析绘图仪的同时，对原有模拟立体量测仪和立体坐标量测仪，逐渐的改装成数字绘图仪。将量测的模拟信息经过编码器转换为数字信息，由计算机接受并处理，最终输出数字地形图。80年代末、90年代初，又出现了全数字摄影测量系统。全数字摄影测量系统大致作业过程如下：将影像扫描数字化，利用立体观测系统观测立体模型（计算机视觉），利用系统提供的扫描数据处理、测量数据管理、数字定向、立体显示、地物采集、自动提取DTM、自动生成正射影像等一系列量测软件，使量测过程自动化。全数字摄影测量系统在我国迅速推广和普及，目前已基本取代了解析摄影测量。

大比例尺地面数字测图，是20世纪70年代在轻小型、自动化、多功能的电子速测仪问世后，在机助制图系统的基础上发展起来的。80年代初到1987年为第一阶段，主要是引进外国大比例尺测图系统的应用与开发及研究阶段。1988—1991年为第二阶段，这一阶段研制成功了数十套大比例尺数字化测图系统，并都在生产中得到应用。1991—1997年为总结、优化和应用推广阶段，提出了一些新的数字化测图方法。1997年后为数字测图技术全面成熟阶段，数字测图系统成为GIS（地理信息系统）的一个子系统。我国测绘事业开始进入数字测图时代。目前我国地面数字测图（全野外数字化测图）主要采用全站仪数字测记模式，即全站仪外业采集数据，绘制草图或编制编码，内业成图。也有采用“全站仪＋便携机（笔记本电脑）”的电子平板测绘模式，即利用笔记本电脑的屏幕模拟测板在野外直接观测，把全站仪测得的数据直接展绘在计算机屏幕上，用软件的绘图功能边测边绘。近些年，随着GNSSS技术的日臻成熟，GNSSS RTK数字测记模式已被广泛地应用于数据采集。GNSS-RTK数字测记模式采用GNSS实时动态地位技术，实地测定地形点的三维坐标，并自动记录定位信息。GNSS-RTK技术的出现，提高了数字测图的效率，GNSS-RTK数字测图将成为开阔地区数字化测图的主要方法。而且，随着俄罗斯GLONASS卫星定位系统的逐步完善、欧盟的伽利略全球定位系统和我国的北斗导航卫星定位系统的建立，几种全球定位系统必将联合应用，到那时GNSS-RTK数字测图在城镇测量中也将起到巨大的作用。

今后数字化测图的发展方向应该是一种无点号、无编码的镜站遥控电子平板测图系统。镜站遥控电子平板作业可形成单人测图系统，只要一名测绘员在镜站立对中杆，遥控测站上带伺服马达的全站仪瞄准镜站反光镜，并将测站上测得的三维坐标用无线电传输到电子平板（便携机），自动展点和注记高程，绘图员实时地把展点的空间关系在电子平板上描述出来。这种测图模式需要数据无线通信设备及带伺服马达的全站仪，对设备要求太高，但无疑是今后的一种发展方向。

近几年又出现了视频全站仪和三维激光扫描仪等快速数据采集设备，快速测绘数字景观图成为可能。通过在全站仪上安装数字相机（视频全站仪）的方法，可在对被测目标进行摄影的同时，测定相机的摄影姿态，经过计算机对数字影像处理，得到数字地形图或数字景观图；利用三维激光扫描仪，通过空中或地面激光扫描获取高精度地表及构筑物三维坐标，经过计算机实时或事后对三维坐标及几何关系的处理，得到数字地形图或数字景观图。这种快速测绘数字景观的成图模式可能成为今后建立数字城市的主要手段。