浅谈野外数字化测图在航道测量中的应用
多年来，航道工程图的野外测量一直沿用平板仪作业方法。这种方法野外时间长、工作量大、精度低、成本高，对工程进度、工程质量以及经济效益等都有不同程度的影响。目前，数字化测图已广泛应用于各个测绘领域，我省航道系统也在逐步推广使用。它具有精度高、时间短、操作简便易学等优点，简化了传统的作业方法，大大缩短了作业时间，减少了野外劳动强度，对于提高作业速度和成果精度具有广泛的应用前景。其高度灵活、自动化程度高等优点，是传统的作业方法无法比拟的。
1997年，我站在淮沭新河口门疏浚工程中，在野外采用数字化测图的方法测绘该工程的工程图，收到了十分明显的效果。
1 方法和步骤
(1)根据需要首先在测区内布设导线点或控制点，当测图比例为1∶1000时，按规范规定，导线点、控制点的个数每km?2不少于40个，每幅图50×50cm不少于10个。用全站仪(无全站仪也可用2″级经纬仪，3030型红外测距仪配合使用)，分别测出各导线点所需水平角、垂直角、斜距，量取仪器高、觇标高，按规范要求进行闭合。
(2)在导线点(控制点)上架设仪器，用同样方法测出所需各地物点、高程注记点、碎部点的角度和距离。
(3)实地绘出草图，标注导线点、断面点、图根点以及地物地貌、特征点的相关位置和主要特征。
(4)内业计算，将野外测得的已知数据(角度、距离)输入计算器或微机，对导线点进行平差改正(方位角闭合差、边长闭合差、高程闭合差必须满足《内河航道测量规范》的要求方可进行平差)，分别求出各导线点的平面位置和高程。
(5)用极坐标法求出各控制点、地物点、特征点等所需点位的坐标和高程。
(6)将计算出的平面位置用展点器精确地展绘到聚脂薄膜上。
(7)参照草图绘出一底图。
(8)通过一底图到实地检核，防止遗漏，确保准确、逼真。
(9)清绘晒蓝(印刷)。
其方法和步骤的流程图见图1。
2 两种测图方法的精度比较
野外大比例尺数字化测图的全过程几乎都是用解析法进行的。虽然最后成果仍表现为图解的线划图，但与传统的平板仪测图相比，有着本质的差别。数字化测图不仅在效率上有很大提高，而且大大减轻了野外的劳动强度，更为突出的是地形图数学精度的提高。现对平板仪测图与野外数字化测图测站点、地物点的平面位置及高程精度进行分析比较。
2.1 平板仪测图
(1)以1∶1000比例尺为例，平板仪测图地物点、测站点的平面位置主要取决于测站、视距、描绘方向、刺点等方面的误差来源：?
①测站点误差：±0.18mm；
②视距误差：±0.2mm；
③描绘方向误差：±0.1mm；
④刺点误差：±0.14mm。
根据以上误差来源，按照公式计算求得地物点的平面位置中误差为±0.32mm。
(2)平板仪高程精度主要取决于测量高程时的测量误差，主要有：
①视距误差：±0.2mm(当视距为100m时)；
②垂直角观测误差：±1′；
③仪器高觇标高的量测误差：±0.01m。
在不考虑起始点高程误差的情况下，根据公式可求得各高程点的中误差为±0.04m。
2.2 数字化测图
(1)由于红外测距仪和全站仪等高精度仪器的逐步应用，使外业的所有测站点、地物点全部采用经纬仪导线方法完成。在已知等级点的控制下，只要布设两级导线即可满足测图的要求。假如各级导线都采用直线等边附合导线的形式施测，根据有关规范和实际作业中的最不利情况，按点位中误差估算公式计算出测站点的点位中误差为±0.03mm。
(2)地物点的平面位置野外测量方法有极坐标法、导线法、对称点法，而在实际工作中采用极坐标法测设地物点比较方便，一般是将经纬仪(全站仪)设置于测站点A上，对置于地物点上的楼镜进行水平角和距离的测定，如图2所示。
水平角观测一测回，故其测角中误差为5″，而测距误差由于棱镜比中杆的半径约大2cm左右，故使对中杆靠紧垂直地物点(房角、电杆等)位置的误差一般可达1.5～2cm，若考虑其他测距误差，则可取0.02m。以边长100m计算，根据计算公式可得出地物点的平面位置中误差为±0.02mm。
(3)高程点的测定和地物点的测定方法完全一样，垂直角只观测半测回。以距离100m为例，根据公式求出高程站点、地物点的高程测量中误差为±0.02m，按规范要求1∶1000测图时，高程注记点的中误差一般地原为±0.05m。另外，等高线(等深线)的高程精度，实际是数字高程横型插求点的高程中误差。一般认为影响数字高程模型主要因素有：地形类别、内插方法、采样点密度和采样方法、粗差剔除程度等4个方面。通过试验，其等高线精度通�？梢源锏�±0.3～±0.4m，可以满足1∶1000测图时的高程精度，即满足1/2～1/3基本等高距的要求。
野外数字化测图，最好采用增加高程注记点和缩短断面间距的办法，以提高整个图幅的高程精度，所需高程点可通过高程注记点和断面点内插求得。等高线(等深线)精度对工程质量、土方计算、工程预算有直接关系，务必慎重。综上所述，野外采取数字化测图的高程精度比规范规定有较大幅度的提高。
两种测图精度的分析结果见表。
项目 比例尺 测站点平面位置精度 (图上mm) 高程精度(m)
测图方法
平板仪测图 1：1000 ±0.5 ±0.4 ±0.04
数字化测图 1：1000 ±0.03 ±0.02 ±0.02
3 几点体会
经过对平板仪测图和数字化测图的精度比较，可以看出野外数字化测图具有以下优点：
(1)成图精度高：野外数字化测图比传统的平板仪测图，在平面、高程精度方面提高的幅度较大，其中测站点平面位置提高16倍，地物点提高20倍，高程精度提高50％，这对地图的使用具有重要价值，对航道工程测量同样有不可估量的作用。
(2)减少野外工程量，提高工作效率。过去使用平板仪测图需仪器设备多，而且笨重、操作繁琐，每台平板仪需6～7人配合才能工作。而野外采用数字化测图采用高精度仪器，虽然全站仪在航道系统尚不普及，但目前普遍使用的J2经纬仪和常州产的3030型红外测距仪精度高、体积小、重量轻、操作方便、速度快，仅3～4人就可工作。过去每逢夏季阴雨天就要停工，现在因外业时间少，利用雨停的间隙或短时间速战速决便可完成工作。笔者经过调查，平板仪1∶1000比例尺测图时，以苏北平坦地区(一般地区)为例，每km?2需30～40d/台才能完成，需资金1.4万元。野外采用数字化测图每km?2仅需20～30d/台就可完成，只需资金0.5万元左右；同时把大量的野外工作转移到室内来，野外工作量减少了1/3，每km?2可节约资金近万元。不仅降低了劳动强度，而且提高了工作效率，减少了成本，为提前完成工期打下了基础、赢得了时间。
(3)可任意制作不同比例尺地图。平板仪测图是根据比例尺在实地一次性完成，如比例尺不同则需野外重测；而野外数字化测图是利用野外采集的已知数据，由内业计算出各点的平面位置和高程，适合各种比例尺的需要。如比例尺更换，仅在室内重新展点绘制即可，无需野外重测，避免了重复劳动，缩短了成图周期。
(4)容易保存。我省航道系统微机已基本普及，野外采集的数据和计算成果，由内业编好程序输入微机，随时调用，便于档案管理，还可为建立数据库打下基础，不再保存原始手薄和用地图存档，一旦需要随时从微机中把数据调出，制版晒蓝即可。
4 结束语
野外大比例尺数字化测图对航道管理、养护、航道工程是最有效的手段，它不仅精度高、成图周期短，而且大大提高了工作效率和经济效益。数字化测图必将取代传统的测绘方式，为我省的航道建设提供更优质的服务。
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