第一章绪论第一节数字化测图概述一、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，用规定的图示符号绘制成的正射投影图。地物是指地面天然或人工形成的各种固体物质，如河流、森林、房屋、道路、农田等，在地形图中是用图式符号加注记表示的。地貌是指地表面高低起伏形态，如高山、丘陵、平原、洼地等，在地形图中一般是用等高线表示的。地形是地物和地貌的总称。传统的地形测量是以图解形式按图式符号和比例尺将地形测绘到白纸（绘图纸或聚酶膜）上，所以又称白纸测图或模拟法测图。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。数字地形图在计算机屏幕上是以“电子地图”的形式显示的。电子地图是数字地形图符号化处理后的数据集合，是显示在屏幕上的地形图，也称屏幕地图。数字地形图是电子地图的基础。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，而是适合与计算机存储的软盘、硬盘和光盘等。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。3），数字地形图是以数字形式储存的1：1的数字地形图，没有比例尺的限定和固定的图幅大小。4）.数字地形图以数字形式表示地形图的内容。地形图的内容由地形图图形和文字注记两部分组成，地形图图形可以分解为点、线、面三种图形元素，而点是最基本的图形元素。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合、说明注记和地理名称注记。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，只要将地形图变更的部分输入计算机，通过数据处理即可对原有的数字图和有关的信息作相应的更新，使地形图有良好的现势性。6）数字地形图的比例尺由于数字地形图是以数字形式储存的1：1的数字地形图，所以，根据用户的需要，在一定比例尺范围内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。1
1 第一章 绪 论 第一节 数字化测图概述 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，用规定的图示符号绘制成的正射投影图。 地物是指地面天然或人工形成的各种固体物质，如河流、森林、房屋、道路、农田等， 在地形图中是用图式符号加注记表示的。 地貌是指地表面高低起伏形态，如高山、丘陵、平原、洼地等，在地形图中一般是用 等高线表示的。地形是地物和地貌的总称。 传统的地形测量是以图解形式按图式符号和比例尺将地形测绘到白纸（绘图纸或聚酶 膜）上，所以又称白纸测图或模拟法测图。 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。 数字地形图在计算机屏幕上是以“电子地图”的形式显示的。电子地图是数字地形图 符号化处理后的数据集合，是显示在屏幕上的地形图，也称屏幕地图。数字地形图是电子 地图的基础。 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，而是适合与计算机存储的软盘、硬盘和光盘等。 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。 3）．数字地形图是以数字形式储存的 1：1 的数字地形图，没有比例尺的限定和固定的 图幅大小。 4）．数字地形图以数字形式表示地形图的内容。地形图的内容由地形图图形和文字注 记两部分组成，地形图图形可以分解为点、线、面三种图形元素，而点是最基本的图形元 素。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合、说明 注记和地理名称注记。 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，只要将地形图变更的部分输入计算机，通过数据 处理即可对原有的数字图和有关的信息作相应的更新，使地形图有良好的现势性。 6）数字地形图的比例尺 由于数字地形图是以数字形式储存的 1：1 的数字地形图，所以，根据用户的需要，在 一定比例尺范围内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
7）数字地形图的精度高传统地形图的精度，图上地物点相对于邻近图根点的点位中误差为图上0.5mm，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。8）数字地形图是地理信息系统的数据源为了建立城市地理信息系统，必须以数字地形图为基础。数字地形图是城市地理信息系统主要数据源。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，主要研究内容包括：1.数字测图系统的构成数字化测图技术首先研究如何利用这些现代化测绘仪器和计算机设备构成一个完整的数字测图系统，包括为了连接这些设备而进行的软、硬件开发工作以及研究与数字测图系统相适应的工作模式和工作方法。2.数字地形图的数据采集设备与方法数字地形图的数据采集设备应该能直接得到数字化结果，如电子经纬仪、全站仪等，即使不能在野外得到数字化结果，也必须在进入数字测图系统前加以转换，如用数字化仪或扫描仪进行数字化处理。3.数字地形图的表示方法和存储结构数字地形图是以数字形式来表示和存储地理属性特征的，这就要求研究地理属性特征的数学化表示方法。数字化成图的存储结构（地形图数据库）中，制图实体的属性是以代码来表示的，而在可视化输出（如屏幕显示和绘图仪输出纸质地形图）时，又必须采用与传统地形图相同的符号来表示。这就既要研究科学的代码体系又要研究地形图符号的生成方法。4.数字地形图的计算机处理和图形编辑野外或室内采集的地形图实体的数字化信息必须经过适当的处理（例如图幅的裁剪与拼接、采集误差的处理及必要的代码和文件格式转换等），才能满足数字化成图的要求。采集的数据也可能存在差错与遗漏，有必要对其进行编辑修改。5.数字地形图的输出设备与方法主要是指输出设备的选择及接口软件的开发。另外，为了实现数字地形图产品的共享，还应该考虑输出到共享文件（又称为接口文件）的方法及共享文件的结构。6.数字地形图质量评价数字地形图有着与传统地形图不同的表示方法，其应用领域也更为广泛，人们对数字地形图的要求也不同于传统地形图。因此，在数字化测图技术中必须研究数字地形图的质量评价问题，包括衡量数字地形图的质量的指标体系、质量评价方法及质量控制方法。7.数字化成图软件的开发数字化成图软件是一种规模较大的综合性应用软件，它具有数据较大、算法复杂、涉及的外部设备紧多等特点。因此，必须选用合适的开发平台进行数学化成图软件的开发。2
2 7）数字地形图的精度高 传统地形图的精度，图上地物点相对于邻近图根点的点位中误差为图上 0.5mm，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。 8）数字地形图是地理信息系统的数据源 为了建立城市地理信息系统，必须以数字地形图为基础。数字地形图是城市地理信息 系统主要数据源。 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，主要研究内容包括： 1.数字测图系统的构成 数字化测图技术首先研究如何利用这些现代化测绘仪器和计算机设备构成一个完整的 数字测图系统，包括为了连接这些设备而进行的软、硬件开发工作以及研究与数字测图系 统相适应的工作模式和工作方法。 2.数字地形图的数据采集设备与方法 数字地形图的数据采集设备应该能直接得到数字化结果，如电子经纬仪、全站仪等， 即使不能在野外得到数字化结果，也必须在进入数字测图系统前加以转换，如用数字化仪 或扫描仪进行数字化处理。 3.数字地形图的表示方法和存储结构 数字地形图是以数字形式来表示和存储地理属性特征的，这就要求研究地理属性特征 的数字化表示方法。 数字化成图的存储结构（地形图数据库）中，制图实体的属性是以代码来表示的，而 在可视化输出（如屏幕显示和绘图仪输出纸质地形图）时，又必须采用与传统地形图相同 的符号来表示。这就既要研究科学的代码体系又要研究地形图符号的生成方法。 4.数字地形图的计算机处理和图形编辑 野外或室内采集的地形图实体的数字化信息必须经过适当的处理（例如图幅的裁剪与 拼接、采集误差的处理及必要的代码和文件格式转换等），才能满足数字化成图的要求。采 集的数据也可能存在差错与遗漏，有必要对其进行编辑修改。 5.数字地形图的输出设备与方法 主要是指输出设备的选择及接口软件的开发。另外，为了实现数字地形图产品的共享， 还应该考虑输出到共享文件（又称为接口文件）的方法及共享文件的结构。 6.数字地形图质量评价 数字地形图有着与传统地形图不同的表示方法，其应用领域也更为广泛，人们对数字 地形图的要求也不同于传统地形图。因此，在数字化测图技术中必须研究数字地形图的质 量评价问题，包括衡量数字地形图的质量的指标体系、质量评价方法及质量控制方法。 7.数字化成图软件的开发 数字化成图软件是一种规模较大的综合性应用软件，它具有数据较大、算法复杂、涉 及的外部设备繁多等特点。因此，必须选用合适的开发平台进行数字化成图软件的开发
8.数学地形图的管理与应用数字化测图的目的是按照一定的规范要求生产便手管理与应用的数字地形图或其它各种形式的地形图产品。因此，数字化测图技术必须研究数字地形图的管理与应用问题，以便更好地适应人们对数字地形图产品的要求。9.数字化成图与地理信息系统的关系地理信息系统起源于数字化成图，数字地形图是GIS理想的数据源。因此，为了使数字地形图更好的满足GIS的要求，必须进一步研究GIS对数字地形图的要求及数字化成图的成果如何顺利地导入GIS之中等问题。三、数字化测图技术的特点数字化测图技术与传统测图技术相比较，具有以下几方面的优势：1.精度高当采用草图法数字测记模式作业时，全部碎部点均用全站仪测量，控制层次也相对减少，精度损失相对小，另外，由于数字地形图不存在图纸变形，因此，成图精度比传统成图方法要高许多。2.自动化程度高、劳动强度较小在传统测图中，（1)大量的测绘工作集中在外业（2)地形原图在野外手工绘制，劳动强度大，自动化程度低。而数字化测图将工作转到室内，在计算机上以人机交互的方式绘制地形图，提高了测图效率。3.更新方便、快捷数字化测图工作得到的是数字地形图一一以某种格式存放的地形图数据文件。其调用、显示都十分方便。利用“图形编辑”功能进行原有数字化地形图的修、补测是十分方便的。4.便于保存与管理数字地形图产品以数字形式存储于计算机的存储介质上，仅占很少的空间。另外，数字地形图产品也没有纸质地形图产品保存过程中的霉烂、变形等问题。数字地形图产品不仅便于保存，而且管理也十分方便。5.便于应用目前，随着计算机应用的日益普及，工程设计与规划部门大都采用了计算机辅助设计系统，这些系统都要求采用数字化地形图作为规划设计的工作底图。目前在各个行业与地理有关的信息管理，正在迅速发展和使用GIS技术，数字地形图产品可以是GIS的一种理想的数据源。6.易手发布和实现远程传输对于传统地形图来说，实时发布和远程传输是难以实现的。然而，对于数字地形图产品，随着网络技术和通信技术的不断发展以及网上地形图发布系统的逐步完善，通过计算机网络实现地形图产品的实时发布和远程传输已经成为可能。n
3 8.数字地形图的管理与应用 数字化测图的目的是按照一定的规范要求生产便于管理与应用的数字地形图或其它各 种形式的地形图产品。因此，数字化测图技术必须研究数字地形图的管理与应用问题，以 便更好地适应人们对数字地形图产品的要求。 9.数字化成图与地理信息系统的关系 地理信息系统起源于数字化成图，数字地形图是 GIS 理想的数据源。因此，为了使数 字地形图更好的满足 GIS 的要求，必须进一步研究 GIS 对数字地形图的要求及数字化成图 的成果如何顺利地导入 GIS 之中等问题。 三、数字化测图技术的特点 数字化测图技术与传统测图技术相比较，具有以下几方面的优势： 1.精度高 当采用草图法数字测记模式作业时，全部碎部点均用全站仪测量，控制层次也相对减 少，精度损失相对小，另外，由于数字地形图不存在图纸变形，因此，成图精度比传统成 图方法要高许多。 2.自动化程度高、劳动强度较小 在传统测图中，⑴大量的测绘工作集中在外业⑵地形原图在野外手工绘制，劳动强度 大，自动化程度低。而数字化测图将工作转到室内，在计算机上以人机交互的方式绘制地 形图，提高了测图效率。 3.更新方便、快捷 数字化测图工作得到的是数字地形图——以某种格式存放的地形图数据文件。其调用、 显示都十分方便。利用 “图形编辑”功能进行原有数字化地形图的修、补测是十分方便的。 4.便于保存与管理 数字地形图产品以数字形式存储于计算机的存储介质上，仅占很少的空间。另外，数 字地形图产品也没有纸质地形图产品保存过程中的霉烂、变形等问题。数字地形图产品不 仅便于保存，而且管理也十分方便。 5.便于应用 目前，随着计算机应用的日益普及，工程设计与规划部门大都采用了计算机辅助设计 系统，这些系统都要求采用数字化地形图作为规划设计的工作底图。目前在各个行业与地 理有关的信息管理，正在迅速发展和使用 GIS 技术，数字地形图产品可以是 GIS 的一种理 想的数据源。 6.易于发布和实现远程传输 对于传统地形图来说，实时发布和远程传输是难以实现的。然而，对于数字地形图产 品，随着网络技术和通信技术的不断发展以及网上地形图发布系统的逐步完善，通过计算 机网络实现地形图产品的实时发布和远程传输已经成为可能
第二节数字测图系统的构成数字测图系统是指实现数字化测图功能的所有因素的集合。广义地讲，数字测图系统是硬件、软件、人员和数据的总和。一、数字测图系统的硬件数字测图系统的硬件主要有两大类：测绘类硬件和计算机类硬件。前者主要指用于外业数据采集的各种测绘仪器，如全站仪：后者包括用于内业处理的计算机及其标准外设，如显示器、打印机、数字化仪、扫描仪和绘图仪等。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。全站仪的基本功能是在仪器照准自标后，通过微处理器的控制自动地完成距离、水平方向和天顶距的观测、显示与存储。除这些基本功能外，不同类型的全站仪一般还具有一些各自独特的功能，如平距、高差和目标点坐标的计算等。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。在数字化成图工作中，对于已经用传统方法施测过地形图的地区，只要已有地形图的精度和比例尺能满足要求，就可以利用数字化仪将已有的地形图输入到计算机中，经编辑、修补后生成相应的数字地形图。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，然后对每个格网内的图形按一定的规则进行量化。每一个格网叫做一个“像元”或”“像素”。所以栅格方式数字化实际上就是先将图形分解为像元，然后图1-1（a）示的图形对应得栅格矩阵如图1-1(b)示。(a)8图 1-1(a)图 1-1(b)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。测图系统中，尽管能得到数字地形图，且数字地形图具有很多优良的特性，但纸质地形图仍然是不可替代的。因此，在数4
4 第二节 数字测图系统的构成 数字测图系统是指实现数字化测图功能的所有因素的集合。广义地讲，数字测图系统 是硬件、软件、人员和数据的总和。 一、数字测图系统的硬件 数字测图系统的硬件主要有两大类：测绘类硬件和计算机类硬件。 前者主要指用于外业数据采集的各种测绘仪器，如全站仪； 后者包括用于内业处理的计算机及其标准外设，如显示器、打印机、数字化仪、扫描 仪和绘图仪等。 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。全站仪的基 本功能是在仪器照准目标后，通过微处理器的控制自动地完成距离、水平方向和天顶距的 观测、显示与存储。除这些基本功能外，不同类型的全站仪一般还具有一些各自独特的功 能，如平距、高差和目标点坐标的计算等。 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。 在数字化成图工作中，对于已经用传统方法施测过地形图的地区，只要已有地形图的 精度和比例尺能满足要求，就可以利用数字化仪将已有的地形图输入到计算机中，经编辑、 修补后生成相应的数字地形图。 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，然后对每个格网内的图形按一定的规则进行量化。每一个格网叫做一个 “像元”或’ “像素”。所以栅格方式数字化实际上就是先将图形分解为像元，然后图 1-1 （a）示的图形对应得栅格矩阵如图 1-1(b)示。 图 1-1(a) 图 1-1(b) 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。测图系统中，尽管能得到数字地 形图，且数字地形图具有很多优良的特性，但纸质地形图仍然是不可替代的。因此，在数
字地形图编辑好以后，一般都要在绘图仪上输出纸质地形图。6.GPS接收机GPS是全球定位系统（GlobalPositionSystem）的英文缩写。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。该系统能连续向地面发射信号，供地面或海陆空各种固定或移动接收机（天线）接收，从而实现任何地方任何时刻的自动定位。7.电子手薄电子手薄是数字测图系统中连接外业工作和内业工作的一道桥梁，它的主要作用是：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。电子手薄的功能直接影响到数字化成图的作业效率。二、数字测图系统的软件从一般意义上讲，数字测图系统的软件包括：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AutoCAD）。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）。目前，市场上比较成熟的数字化成图软件主要有如下几种：1.南方测绘仪器有限公司的“数字化地形地籍成图系统CASS”2.清华山维新技术开发公司的“GIS数据采集处理与管理系列软件”。3.武汉瑞得测绘自动化公司的“数字测图系统RDMS”。4.北京威远图公司的“CitoMap地理信息数据采集”。5.广州开恩测绘软件公司的“SCSGIS2000”。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：（1）采集（原始）数据；（2)处理（过渡）数据：（3)数字地形图（产品）数据。第三节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。1-3是数字测图系统的工作过程框图，图1-4时数字测图系统的流程示意图。地形数据采集数据处理与编辑绘图与输出（硬、软件）（硬、软件）（硬、软件）图1-3数字测图系统工作过程框图图1-3
5 字地形图编辑好以后，一般都要在绘图仪上输出纸质地形图。 6.GPS 接收机 GPS 是全球定位系统（GlobalPositionSystem）的英文缩写。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。该系统能连续向地面发射信号，供地面或 海陆空各种固定或移动接收机（天线）接收，从而实现任何地方任何时刻的自动定位。 7.电子手薄 电子手薄是数字测图系统中连接外业工作和内业工作的一道桥梁，它的主要作用是： 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。电子手薄的功能直接影响到数字化成图的作业效率。 二、数字测图系统的软件 从一般意义上讲，数字测图系统的软件包括： 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 AutoCAD）。 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）。 目前，市场上比较成熟的数字化成图软件主要有如下几种： 1.南方测绘仪器有限公司的“数字化地形地籍成图系统 CASS”。 2.清华山维新技术开发公司的“GIS 数据采集处理与管理系列软件”。 3.武汉瑞得测绘自动化公司的“数字测图系统 RDMS”。 4.北京威远图公司的“CitoMap 地理信息数据采集”。 5.广州开恩测绘软件公司的“SCSGIS2000”。 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：⑴采集（原始）数 据；⑵处理（过渡）数据；⑶数字地形图（产品）数据。 第三节 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。 1-3 是数字测图系统的工作过程框图，图 1-4 时数字测图系统的流程示意图。 图 图 1-3