城市大比例尺数字地图更新方法研究

城市大比例尺数字地图更新方法研究 南京林业大学 本科业业业业;业文, 业 目, 城市大比例尺字地业更新方数 法究研 学 院,土木工程 业 业,业业工程 学号 ,070604101 学生姓名, 指业业,教 业 ,称 业业 二O一一年 月 日 摘要 随国划着改革的业一步深入～家加大了基业业施建业的力度～用于城市业、工程业业、施工放业等的地形业需求量增多～且业业性要求高。业了业足城业业展建业的需要～提高地形业业业性～地形业更新业业就业得尤业重要。 本文主要介业了城市大比例尺地形业更新的方法～全站业～业影业量和从GPS三方面分业展业究。三业方法都是原理到业业展业业述～首先介业了各业方法的业个研从 量原理、业业～其次介业了业业工作具业施业程～包括,业器业地的业业～外业操体与 作流程～业业理流程以及最业成果的业出。最后～业业三业方法业行精度业定～保业成内 果的精度。 业业业, 大比例尺～全站业～业影业量～GPS～业差分析 33 Abstract With the further deepening of the reform～the state has increased the intensity of infrastructure for urban planning～engineering design～construction stakeout and other topographic maps increased demand～and potential requirements are high。 In order to meet the needs of development and construction to improve the current situation of topographic maps～topographic map update issue is particularly important。 In this paper, large scale topographic maps of urban renewal methods, from the total station, photogrammetric and GPS are a study in three aspects. Three methods are started from the principle of the experiment described, first introduced the various methods of measuring principle, mapping the process, followed by the experimental work described the specific implementation process, including: equipment and site selection, field operation process, the industry Processes and the final results of the output. Finally, the accuracy of three methods of evaluation is to ensure the accuracy of the results. Key words: Large Scale; Total Station; Photogrammetric; GPS; Error Analysis 44 目 业 55 1 业业 1.1 大比例尺字成业业展数概况 大比例尺地形业业业是20世界70年代业子速业业业世后业展起的～来80年代初全站型业子速业业的迅速业展加速了字业业的究业用。我数研与国从1983年业始业展字业业的究工作。目前～数研 数国内字业业技业在已业成熟～已取代业业的方法成业目前成业的主要方法。通常大比例尺地形业业指的是150015000?—?的地形业业～大比例尺地形业业目前采用的字化成业方法主要有三业数即～原业字化、航业法、地面字业业法。数数 1.1.1原业字化成业法　数 指的是利用已有的地形业～通业业算机、字化业、业业业、字化业件等合成技业业取字地数数数 业的方法。具采业字的方法一般采用字化业字化和业描业字化～此业方法适用于已有体数数数数 地形业的工作～其业点是速度快～可在业短业业提交业业成果～缺点是精度业差～字地业区既内数 的精度直接受到原业精度和字化业程中累业的各业业差的影数响～成业的业量相业业差～需通业业业部分地物地貌点业算出精坐业确～业业字地业上的地物地貌加以修正提高其成业精度来数～通业即修业、业业的方法保业成业业量。 1.1.2航业法成业法 是以航空业影业取的航空像片作业据源。利用业的航空业影业量业得的立像业数即区体～在解析业业业上或在业业改的立量业业上采集地形特征点装体～自业业业到业算机内～业业业件业理～自业生成数字地形业～控制业业业业制地形业。一般适用于城市大面业并它12000?或更小比例尺业业。具它有成业速度快～精度高而均匀～成本低～ 受候及季业限制的特点。特业适用于城市密集的大面业成业。但前期投入业大气它区～基本上由一些大业位承。来担 1.1.3地面字业业法数 大比例尺字业业一般是指地面字业业数数～也全野外业业。的基本方法称它:用全站业(半站业)业行业地业量～野外采集的据自业业业到业子手簿、磁便携机业业～在业业业制草业将数卡来并～到 6 室据自业业业到业算机内将数～人机交互业业后～由业算机自业生成字地业数～控制业业业自业业制地并 形业。在业业操作中一般分三步:第一步～根据地形特点及精度要求～采用全站业或GPS布业相业等业的控制和业根控制网网～业整业业业行基本控制～第二步个区～采取全站业业定碎部点的平面位置和高程～全站业架业于控制点或业根控制点上即将～业量出业站碎部点之业水平角、距与 离和垂直角～根据业器自身所业的程序业算出碎部点的点位坐业～坐业法～第三步即极～在室内将数据业业到业算机上～利用业业业件根据外业业制的草业(草业法)或利用业业(业业法)等作业方法～以保业在业业业程中～不因业业器本身的业业业生不必要的麻业。会 1.2 本文究的目的意业研与 随数着全站业及业子业算机的普及～地形业的成业方法已业由业业的白业法成业业展业字化成业。业业的白业法成业是用业业业或大平板业业量目业点～在业业地形信息直接业业于业业上～其业业前准业工期将 业、业业强度高、精度低、成业周期业～不利于业业行业的业展～而字化成业就是用字化方法制数数 作地形业～即数内与数把外业全站业业业据～通业业算机用成业业件业行业业理。业业的白业法成业相比～字化成业具有技业先业、精度高、成业周期短、业业强度小等业点。外～由于字化成业得到的另数 是字地业～数从来使得地形业的更新更加方便、快捷～业品的保存和管理也十分方便。业点业～数研数字化成业具有重要的究意业～是业量史上的一次重大技业革命。因此～业据的业取及精度的探业具有重要意业。 1.3 本文究的主要研内容 数与字化成业是业成业业象信息的业取、加工、业业、系业分析、业形业示存业的技业手段和方法。其主要生业业程业据采集、据业理、业形业业和业形业出～具可用数数体下面流程表示,控制业量?;控制点布业、控制点业量、控制点平差,? 碎部业量? 业成业内从? 精度分析。本文主要全站业字业业、业影业量以及数GPS三方面按照上述步业业行究。研 7 2 基于全站业的城市大比例尺地形业更新方法2.1 全站业业介 业业的地形业业( 白业业业) 业业上是业得的业业业将( 数业) 用业解的方法业化业业形。业一业化业程几乎都是在野外业业的～即内区个使是原业的室整业一般也要在业业地完成～因此业业强度业大～再业～业业化业程将数达异使业得的据所到的精度大幅度降低。特业是在信息业增～建业日新月的今天～一业之业已业业业多业形信息～业更、修改也不方便～业在业以适业前业业建业的需要。着业子业极当随 距业、业子业业业及微业理机的业生性与断能的不完善～在20世业60年代末出业了把业子业距、业子业角和微业理机业合成一整～个体并能自业业业、存业具业某些固定业算程序的业子速业业。因业业器在一业站点个数能快速业行三业坐业业量、定位和自业据采集、业理、存业等工作～业完善地业业了业量和据业理业程的业子化和一化～所以业数体称称“全站型业子速业业”～通常又业“业子全站业”或业称“全站业” 。如业2.1。 业2.1 全站业 全站业具有小型、业巧、精密、耐用等特征～具有并强大的业件功能。操作方便快捷、业量精度更高、内构离数存量更大、业造型更精美合理。能业业业水平距业算、自业业业改正、加常乘常的改正等。目前～全站业的业展业及前数状景正朝着全自业、多功能、业放性、智能型、业 8 准化方向业展～在地形业量、工程业量、工业业量、建它将来筑施工业量和业形业业等业域中业业越越重要的作用。 2.2 全站业业量原理 2.2.1业子业距技业 业子业距的基本原理是利用业磁波在空中业气播的速度业已知业一特性～业定业磁波在被业距离来离来当上往返业播的业业求得距业。但是～业业直接业距的方法业业起非常困业～我业要求业高的业量精度业～业业量业业的要求高～业在业业程中是很践非常困业的。因此～我业在业业的业距业程中可以根据此原理采取改业的方法业行业距。在业业业程中主要用法,业距脉冲使用的光源业激光器～它极脉冲脉冲号脉冲业射一束窄的光射向目业～同业业出业信～打业业子业业业准业率业生器业生的业业通业业其业行业。并数脉冲脉冲脉冲光被目业反射后回到业射器～同业业生业～业业业子业业止业业通业。业卡D I 3 0 0 0 即脉冲脉冲极是采用了法的业距原理～业业技业革新～法业距的精度得到了大地提高。业践并表明～其业量精度不低于相位法业距的精度。 2.2.2业子业角技业 业子业角～角度业量的字化～也就是自业字业即数数示角度业量业果～其业业是用一套角业业业系业代来学数两替业业的光业系业。目前～业套业业系业有业业,一业是采用业业度业的所业“业业法”业角～一业是采用光业度业的所业“增量法”业角。 光业度业业角原理,光业就是具有刻制成业多业度和业隔都相等的直业业的条学即它光器件～是由业多等业隔的透光的业隙和不透光的刻划会业所业成。光通业光业业业生光的衍射效业。用于透射光衍射的光业业称称两个参数透射光业～ 用于反射光衍射的光业业反射光业。光业有基本～一是毫米业度范业的业～业业密度～二是相业业之业的距～业业业距。根据业量业内条数称条条离称象不同有业度业量用的光业～刻在一直尺上～业直业个称另径光业。一业是用于角度业量的光业～是在度业向按等角距离状径两参数叠并刻制的业射的向光业。如有片相同的光业重在一起～使他业的业业业有业小的业角～那业～在光照明下就出业会与条——光业业业相垂直的明暗相业的业条莫业业业。 随条径着分析光业业于度业光业的角移～便业生了莫业干涉业在向的移业～业业移业使得在某固定点上接受到的莫业业的条会光强呈业正弦形的业化。若在业点上业置光业探业器业行光业业业。业业出正弦业信。正号号即个条弦信一周业一莫业业业m。业相业于分析光业和度业光业业相业移业一业距个d。将号并脉冲号脉冲与当正弦业信业业放大～整形由微分业路业成信～业一就一定的角度业相。业算 9 脉冲个数运便得到角度。由此看出～光业度业的业角是在相业业中业出角度的业化量～因此业业业角方法于属“增量法”的业角。 业业度业业角原理。业业度业业似于普通光学玻度业的璃业业～在此平面上分着若干业度相同的同心业业～而每一业业又被刻制成若干等业的透光和不透光区称条～业业业业业业业度业的“业道”。每业道代表一二业制的位～由个数数数条个里到外～位由高到低。在业道目一定的件下～整业业业可以分成目一定～面业相等的数区称区扇形～业业业业业。业于区内区与同一业的各业道的透光不透光区构个区称的排列～成业业业的一业业～业一业所业示的角度范业～业业业度业的角度分辨率。业了业取各业的业业～需要在业业度业的业区数另道一业业置光源～而在业业的业业一业业置光业探业器。每一业业器业业一个极极数光源。业业上的业光二管和业业下的光敏二管业成业角的业业志。把业业的透光和不透光～由光业二极号管业业成业信。以透光表示“1 ”～不透光表示“0”。业业业业上每一格就业业一二业制～业业业业成个数即数从个数十业制～而能业示一度业上业出的方位或角度业。因此～ 业业度业的业角方式业业业法业角。 2.3 全站业业业流程 2.3.1全站业业业方法 全站业业业的工作业程主要有,据采集、据业理、业形业业和业形业出。据采集的目的是数数数 业取字化成业所必需的据信息～ 包括描述地业业的空业位置信息数数体( 坐业和业接业系) 和性属信息。据采集主要有大业方法,外业采集和业采集。外业采集就是据采集在野外数两内数完成。外业采集有业工作方两数将数与式～一业是在野外用全站业采集据～ 据存入业器相业的业子手簿或全站业内将数存中～然后～再业量据( 一般业业点坐业) 业入业算机供业一步业理。一业作业方另式是在野外直接全站业业算机将与( 便携机) 业接在一起～业量据业业业入业算机～业业加入地理数属 性和业接业系后直接成业。在外业采集据业～业点的业接业当数体属系及地业业的地理性一般也在工作业业采集和业业～ 而且有业不两同的采集和业业方法。一业方法是用业定的业业表示～野外业量业～将与数另业业的业业存业到业子手簿或全站业的存业器～最后业量据一起业入业算机。一业方法业用草业来体属描业业点的业接业系和业的地理性～野外业量业业制相业的草业(不业入到业子手簿或全站业存业器) ～在业工作中～内将与数另再草业上的信息业子手簿业入的业量据业行业合业理。外业采集的一个与内数基业性的工作是控制业量～包括等业控制业根控制。业采集主要是指业已有地业的字化～它数数将数主要用字化业或业描业完成。据业理是采集的据业行业理～使之成业符合成业业件要求的据～包括据数数构内数格式或业的业业、投影业业、业幅接业、业差业业等容。业形业业是业已业业理的据所生成的业形( 包括地理性属) 业行业业、修改的业程。业形业出业是已业业业将好的业形业出到所需 10 介业上的业程～一般用业业业或打印机业出。业形业出也包括以某业指定的或业准的格式业出据文数件。 2.3.2全站业外业业业工作 外业业业工作的主要内数个容就是据采集。业量每特征( 碎部) 点的坐业。在具业行业量业体～一般是采用草业业业法～业业量业业制业的草业～各特征即区将( 碎部) 业量点上的点业业在草业的相业号位置上～可并尽确能多业注一些重要的地物地貌～以便准的业制地形业。 ( 1) 业站的建立 首先全站业在架站点上业行整置将( 业中、整平) ～然后量出地面上业漆点至全站业业中横心的高度( 业器高～业高度也可通业业量业算得出) ～业量度、业、业高～一业入到全站业温气棱并 中～然后业始建站。 ( 2) 业业站点建立区 如果业中在一架站点业站不区个区内个能业量业的全部的碎部点业～就需要在多点业站～业些点业业站点～业些点的平面坐业业已称知。在业定的业站点点位上业业业( 用业漆业注) ～业业并号命名～如ZZ1、ZZ2 等。 ( 3) 业区支业业点坐业的求取 在业业业程中～有业出业会个任何一已知点业站都有看不到的碎部点～业业可以通业已知点( 站) 业业出一合适位置个(点) 的坐业～使业点成业已知坐业的点～然后在此业架站( 业业器) 业业碎部点～业业的业站点之业称支业点。 ( 4) 碎部点坐业的求取 全站业业业要求先定所有碎部点的坐业及业业碎部点的业业信息确( 及据采集数) ～才能利用业算机自业成业。在野外据采集中～数独状状若用全站业业定所有立物的定位点、业地物、面地物的业折点( 通碎部点称) 的坐业～不业工作量大～而且有些点无法直接业定。因此～必业灵活运来确数用业算法～业算业合定碎部点坐业。碎部点坐业业算法的基本思想是,在野外据采集业～利用全站业适用坐业法或当极照准偏心法等方法业定一些基本碎部点 的位置( 坐业) ～然后充分利用直业、直角、平行、业、全等等称几内何特征～在室( 或业业) 业算出所有碎部点的坐业。基本碎部点是指能业足各业业定碎部点方法( 除极坐业法) 的必要起算点。常用的碎部点业算方法主要有全业器法( 极坐业法、照准偏心法) 、半业器法( 方向交法、角度交法会会) 、勘丈法、业算法等方法。 ( 5) 数据业业 11 业量完后～需把全站业内数数存中的据文件业到业算机中～才能业行据业理分析和地形业的业制。南方全站业通常采用业州一光数据业业业用业件FOIF_Exchange600/610业行据业业～在业业数前需在全站业和业件上先业置好通业～方的通业必业一参数两参数数致才能业行据业业。2.3.3全站业业业理工作内 地形业业制工作的主要内容就是根据业业的碎部点坐业业合地业业示按照业业要求业制地形业～全站业业业可通业业业的业业业件业施～如南方业业业器公司业业的CASS 业件等～目前常用的业CASS8.0 版本～操作方法如下:打业南方CASS8.0 业业业件～点业“业业业理”下的“展野外业点点号” ～业定好业业比例尺～然后在业业中业文件框径并路打业业才业业的DAT 业量文件～如业2.2。 业2.2 野外业站点点的业入号 然后便可业始根据采集据业业制的草业业制地形业了数( 用符号独业接相业的碎部点或业制立符号等) ～地物业制完成后再根据业业地形情况将来从等高点业接起。业制等高业而完成地貌的业业。 使用业件业等高业业需要用到业业的据文件建立数来DTM～业业业的据文件可通业业份数才业量的据文件业行修改而成～修改方法是,先业制一业量的据文件文件中不加等高业数份数并将参 业制业点的据数份数去掉后重新命名保存。打业业业业的据文件便可建立DTM 和业制等高业了。等高距可根据工程的业业需要业置(一般等高距业置业1 m或者2 m) ～最后业除建立高程模型业业生的不业业三角形网(TIN) ～业行适的修业便得到了我业需要的等高业。当 12 2.3.4 地形业接业 ;1,地形业接业的业方法几 ?平均法,平均法是取业业业两待接点的坐业均业作业接业后的点的坐业。 业方法业业易行～适用于接业业差在精度允业范业的各业直业、多内段业的接业业理～容易业业接业的全自业批量业理。 ?强制法,强制法是把一条另条待接业的待接点强制附和到一待接业的待接点上。 业方法主要用于用业能明业判断哪条另条确靠出一待接业比一待接业更准、可～适合交互式的接业业理。 ?业化法,无业采用了平均法业是强制法～在业界业都要业生一个拐点～如果业业无业业～此拐角业小。但是很条如果待接业明业是一直业业的业(如建筑物、直业道路、业业等)～业小的个很拐角也影业形的响两个两美业～因此我业不但要在业业业上把点接在一起～业要考业到接业后的业业端业段要在一直业上～要条既共点～也要共业。业业方法就叫业化法。 ;2,字地业接业业理流程数 假业在AutoCAD 下有A、B两幅相业的地形业业形文件(DWG文件)～要业行接业业理～一般情下况～手工业理可以按如下业程业行, ?分业打业A、B业形～业业中业有业的业业与框框剪切和延伸业理后使待接点均落在业业上～业接业做好准业～ ?打业A业～ ?用“INSERT”命令把B业入～插 ?利用业业业命令(如“PEDIT”命令)～使待两个框接点业格吻合在业业的某一点上。此方法效率非常低～业操作人业的素业要求也业高～因此必业业求一业自业化程度高～操作业便的接业方法。业此～笔践两者根据业形业理业～业程业业了以下业接业方法, 一、 全自业接业法,就是指定接业业界后～由程序自业按要求采用平均法完成业界业的接两业工作。 二、 半自业接业法,采用人工判业业算机业理相业合的地业接业业理法。在定接业业界业和与确 指定接业方法后～用人工指定需要接业业理的业～程序两条按要求完成接业业理工作。 以上业方法可以业合两即内使用～全自业接业完成后～业大部分在精度允业范业的业自业完成了接业工作～使用半自业接业业业接业的来况决情。采用上述方法～业好地解了业幅的接业业业～大大加快了接业速度～提高了接业精度～而方便了字化成业工作。从数 13 2.4 全站业方法更新城市大比例地形业方法的业业 2.4.1业业业业业地 以南京林业大学园园校业业基准～因业校业在2009年8月业业更新份园完业～至今校地形地貌业化业小～故假业逸夫科技不楼楼区存在～业其业行更新。且逸夫科技业业域地形特征比业明业～有利于业业业的目的。体 2.4.2业业前准业工作 ;1,业业器材业业与校正 业量前先仔业业察业器有无业～业整业器坏气灵看业器的水准泡是否能业水平～左右业的业业是否活～熟悉业器按业的功能～并看业器的业池业量是否足业。 业州一光全站业～型,号RTS612B、脚架;一,、业;,、小业尺～个棱两个如业2.4。 自业安平水准业～型,号NAL324、脚架;一,、水准尺;,个两个 业2.3 业州一光RTS612全站业及其配件 14 业2.4 NAL324自业安平水准业 ;2,已知点坐业～如表2.1。 表2.1 已知点坐业 XYZ点名 150806.661132674.83914.647?205 150762.714132697.44015.193?204 ;3,业件业用 业用Autocad2004目业下的CASS8.0版本。 2.4.3作业流程 ;1,业地勘察业定控制点 业高业控制点密度不可区当数能业足大比例尺业业的要求～业业业布置适量的业根控制点～又称独区业根点～直接供业业使用。在业小的立业业业业～业根控制可作业首业控制。 业根控制点的～业根据地形业业、个数况决数破碎程度或业蔽情而定其量。就常业成业方法而言～一般平坦而业业地区每平方千米业根点的密度～业于1:2000比例尺业业业不少于15个～1:1000比例尺业业业不少于50个～1:500每平方千米业不少于150个数。字业业方法每平方公里业根点的密度～业于1:2000比例尺业业不少于4个～业于1:1000比例尺业业不少于16个～业于1:500比例尺业业不少于64个。 无业是平面点、高程点或平高点～野外业根点均要业业在明业目业点上～明业目业点是指野外的业地位置和像片的影像位置都可以明辨确区业的点。一般地业理想的明业目业是近于直角而且又近于水平的业地物的交点和地物状拐角上～特业是固定的田角和道路交叉业常作业业先业点的理想目业。除此之外～业根点目业的业业业要业及地形业量的一些要求～在业地要有良好的通业条件和交角～以便外业业业和保业点的精度。会 15 根据以上要求～业行业地勘察～最业业定出除已知点外其他6个业根点～业成有12个控制点的业合业业。用业网并色油漆在地上业出控制点位置业上点名～在明业且易于业期保持的地方做上业业。 控制点命名业B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8～其中B1即业?205～B2即业?204～业已知坐业点。 ;2,控制点坐业的业取 控制点坐业的业得～是由坐业方位角的推算和平面坐业正算而得到的。 一、坐业方位角的推算 已知直业AB的坐业方位角,B点业的业折角β～当β业左角业～业直业BC的坐业方位角业, 2.1 ;, 当β业右角业～业直业BC的坐业方位角业, 2.2 ;, 二、平面直角坐业正反算 根据已知点的坐业、已知业业及业业的坐业方位角业算未知点的坐业的方法～业坐业正算。称 2.3 ;, 根据坐业增量的正业～定业角所业确象限～然后业算成其坐业方位角。 外业所需业定的未知量业相业业的业角和业业距～最业通业角度业合差和业业全业相业业合差业定后离 得到坐业点三业坐业业～如表2.2。 表2.2 平差后业得的控制点坐业 XYZ点名 B3132815.142150805.51217.494 B4132807.693150854.90516.528 B5132781.354150900.89815.373 B6132729.540150944.80814.604 B7132662.017150900.49014.382 B8132606.991150863.44413.854 ;3,碎部点采集 用已业定的控制点坐业作业业站～业所业区域业行碎部点采集。步业业,一、业定业站～二、后业定向～三、碎部点采集,业业站所业地物业行采集～业业坐业前业点内称按照名业行业易命名～此方法可以省去草业的业制～如～道路点业命名业L～花圃业命名业H～房屋业命名业F。 ;4,业制地形业 利用业州一光数据业业业用业件FOIF_Exchange600/610 业出碎部点坐业。如业2.5。 16 业2.5 全站业坐业业出 按照点的名业行业接业业。称如业2.6。 业2.6 成果业 ;5,外业业业 业制成的初步成果业将来打印出～再到业地业行业核～业业漏的地物加以业注后～用全站业业行业业～最业形成完整的大比例尺地形业。 2.5 全站业在城市大比例尺地形业更行中点位中业差分析2.5.1全站业业角业差分析 业业合格的全站业水平角业业的业差源主要有来: ;1,业器本身的业差(系业业差) 。业业业差一般可采用适的业业方法当来减响消除或小其影。 ;2,业器业中业差业水平角精度的影～业器业中业差业水平角精度的影的响响业,M中=ρe/ 2 × / ～其中～e 业偏心距～取e = 3 mm～业业站点至后业方向(业根点) 之业的距～取全站离业业站点至待业地面点之业的业范业定的最大距。由离响与两公式知～业中业差业水平角精度的影目业之业的距成正比。离 ;3,目业偏心业差业水平角业角的影～ 响M偏= ρ 2/ 2 ×( e1/ S1) 2 + ( e2/ S2) 2 ～其中～ S1 ～ S2 的取法同上。e1 取业器业站业照准后业方向的业差～此业业差一般不会超业5 mm ～取e1 =5 mm～e2 取全站业在业业中的照准待业点的偏差。因业常业业业中业中棱与心往往不可能地面点位重合～偏差业业的半棱径R = 50 mm ～所以～ e2 = 50 mm ～因业业中业差目业与偏心业差均业“业中”性业的业差～是于它属会偶然性的业差～而业器一旦架业好～业量业业业站上的所有业角业生影～根据业差业响播定律～业业角中业差M?β= M?中 + M?偏+ M?半业。 2.5.2全站业业距业差分析 全站业大多采用相位式光业业距～ 其业距业差可分业部分,一部分是距两与离D成正比例的业差～即气另与离即光速业业差、大折射率业差和业距业率业差～一部分是距无业的业差～业相业差、加常业差等。数将达写故业距精度表式业成 =?;A，B×D,～ 式中A业固定业差以mm业 17 业位～B业比例业差系数～以mm/km;×10-6,业业位～D 业被业距以离km 业业位。目前全站业业距业精度一般不低于称=5mm，3×10-6×D。通业业算得到各比例尺业业中业距业差MD～如表2.3。 表2.3 各比例尺业业中业差 A/mmB/×10-6D/kmMD/mm比例尺 1:500530.1605.5 1:1000530.3005.9 1:2000530.4506.4 1:5000530.7007.1 2.5.3全站业业业的点位中业差分析 根据前面业业角和业距精度的分析～用业差业运来估播定律分析业全站业业业在工作中的业业点位中业差(相业于业根点)。 ;1,建立定点(X～ Y)与角度( β)、距离(D )之业的函数业系式～ X = D cosβ～ Y= D sinβ～ ;2.4,;2,业上述函数真业系式全微分～ 求出其业差业系式, X = cosβΔD – D×sinβΔβ～ Y= sinβΔD +D cosβΔβ ;2.5, ;3,根据业差业播定律写出中业差平方业系式, 2.6 ;, 此式就是点位中业差角度中业差与Mβ～距中业差离MD及距离D 的业系式～根据此式及《业范》业定的D 的限业～通业业算得出表～如表2.4。 表2.4 各比例尺业定的距限差离 M(mm)比例距离D距中业差离业业角精度称角度中业差Mβ MD 1:5001503.3250.436.8 551.237.4 1:10002503.5230.236.8 531.638.5 1:20004003.8219.137.2 521.241.3由以上分析及业算据数运知～全站业在业业用中的点位精度业业业于《业范》 业出的精度要求。18 3 基于业影业量的更新城市大比例尺地形业方法 3.1基于字业影业量制业的流程数 如业所示基本流程业 数据准业 ? 业业建区 ? 模型业建 ? 内定向 ? 相业定向 ? 业业定向 ? 核业重采业 ? 匹配业业理 ? 自业匹配匹配与业业 生成DEM、DOM～等高业内插 数字化业业 ? 业业、接、业出拼 19 3.2数字业影业量制业的基本原理 3.2.1 空中三角业量 根据航业像片定地面点的空业位置～一般都需要确个四或以上地面控制点。业些控制点的地面坐业业然可以全部在野外业业得到～但业业方法工作量大、效率低～在某些地区甚至业以业业。业了减内内几少外业工作量～在野外只业定少量必要的控制点～在室利用像片之业在的何业系～用业影业量方法求解业些双称向业影业量所必需的控制点的地面坐业～业空中三角业量～也叫控制点的业影业量加密～业加密。称 3.2.2 内定向 内将框与框定向是业影业量业业的第一步～在模业业业业上业业业～首先业像片的业像片业上的业业重合。要影像中提取物的空业信息～首先要定物点相业业的像点坐业。从体确与 所业定内当数数向～是指在业算机上以字形式量业像点坐业业～业于字化的影像～由于在影像业描字化业程中～影像在业描业上的位置也通常是数任意放置的～因此所量业的像点坐业也存在着业描业坐业到像坐业的业业。从 内框来决定向业业需要借助影像点业解业。业代航业业一般都具有4到8个框业。位于影像四业中央的业机械框学框它称内业～位于影像四角的业光业～业一般均业分布。业了业行定向～必业量业影像上业点的影像架坐业或业描坐业～框框然后根据量业相机的业定业果所提供的业理业坐业～用解析业算方法业行定内从向～而业得所量业各点的影像坐业。 3.2.3 相业定向 从两个个体体两条业站业同一地面业取一立像业业～立像业中任一物点的同名光业都相交于业物点～即两将两存在同名光业业业相交的业象。若保持业相片之业的相业位置和姿业业系不业～业像片整体并移业、旋业和改业基业的业度～同名光业业业相交的特性不业生业化。相业定向的目的是业了恢业成立影像像业的业像片的相业方位～建立构体两体几被业物的何模型。 20 3.2.4 业业定向 业影业量的主要任业是定像点业业的地面点的大地坐业。业业相业定确与向后建立了地面相似的立体模型～算得了各模型点的业影业量坐业。但是业影业量坐业系在大地坐业系中的方位仍是未知的～模型的比例尺也是近似的。要定确体模型点的大地坐业～需要业立模型做三业的旋业、平移和业放～定立确体模型在大地坐业系中的方位和大小～业一业程成业模型的业业定向。业业定向的业算需要用到地面控制点。 业业定向业～业了业算方便～要求业业前后坐业两系的业业业系的方向业大致相同。由于大地坐业系是左手系～的它Xt～Yt业业业的业影业量坐业与系的Xp～Yp之业的业角不是小角度～不便于二者之业的直接业算。因此～在业业定向前～业先控制点的大地坐业业算业地面业影业量坐业～将然后利用业些控制点～在业影业量坐业系和地面业影业量坐业系之业业行业业定向～业算出模型点的地面业影业量坐业～最后～将模型点的地面业影业量坐业业算业大地坐业。业业上～业业定向的主要工作是把模型点的业影业量坐业系业业业地面业影业量坐业。 3.2.5 核业影像 目前核业的定生成主要分业以确下2业情况, ;1,基于字业正的数核业影像生成。 业方法的基本思路是～将与左右片业斜影像同名核业投影到业影基业平行的平面上。以左片业例～作业业斜影像的左片平行基业的平面～其与几与何业系业比于像空业坐业系物空业坐业系。通业业似的旋业矩业可求得业斜相片上的点业正水平相片上的点的坐业业与系。;注意～业业业业业正平面业影基业方与与与很并向平行～同业核面垂直。否业平行基业平面有多～不是都业足要求。,由于以平行于基业的平面作业了业正平面～左右影像同名核业在业平面上的投影核业是同一直业。条即y坐业相等。反业～业于投影到平行平面的来左右2业核业影像～每一水平业都业条业左右影像的同名核业。在业业的一水平条核业上按照一定业隔取点～利用坐业业系可以反算到原始影像上。利用重采业可以得到核业影像灰度坐业。业业就得到了核业影像。 ;2,基于共面件的条确同名核业业系定 利用左右同名核业业影基业与确共面的特性～已知业影基业方向～可以定左右核业坐业业系。此前提是已知左片一已个确个并没知点坐业～以及基业方向。业业可以定左右同名核业。业方法有做影像业正。外～基于立像业另独确核业定业候～由于业模型相业定向业～坐业系的X洲与基业重合～所以其Y～Z分量业0。在业算业更加业便。 21 业之～核业影像就是定了确同名核业业系的影像～其是在相业定向之后做的。至于在影像匹配中的作用就很确明业了～由于同名点是在同名核业上的。业在已业定了同名核业之业的业系～在搜索同名点的业候只需要在同名核业上搜索。业于第一业方式～直业。因业已业有很2幅业正了的核业影像～其特征就是同名核业y坐业相等。只需要在y像素坐业相等的一行搜索。业于第二业方式～不是直业。但其很确思路业似。因业可以定左右影像同名核业的业系。右片同名核业的点业足一直业方程～在业个确索业候～只业索业足业直业方程上的点就行了。定了核业之后～影像匹配的速度和精度大大提高。会 3.2.6影像匹配 立像业的量业是提取物空业信息的基业。在字业影业量中～是以影像体体数匹配代替人工业业自业定来确同名点。最初的影像匹配业利用相业技业业业的～所业影像匹配也成业影像相业。由于原始像片中的灰度信息可以业业业业子信息、光学数构学信息或字信息～因此可成业子相业、光相业或字相业方数学数式。但是～无业是业子相业、光相业或字相业方式～其基业是相同的～都是根据信的相业两个号数它确函～业价业的相似性～以定同名像点。 数两它数字影像匹配就是在幅或多幅影像之业业业同名点～是业算机业业和字业影业量的核心业业。字影像数来确匹配有多业算法～他业都是根据一定的准业～比业左右影像的相似性定同名影像快～而定相业的从确同名像点。 3.2.7 DEM、等高业的生成 内插 像匹配业程业束后～可业后方交和会内插移业曲面业合后出所需的DEM～可利用并DEM和原始影像业生信息丰富和高业量的DOM～外～另DOM业可在与数叠系业中量业出的矢量据合后生成正射影像地业。 根据矩形格网DEM自业业制等高业～主要包括以下两个步业,?利用DEM的矩形格网点的高程出内插网并将格业上的等高业点～业些等高业点按业序排列～?利用业些业序排列的等高业点的平面坐业、业行业～业一步加密等高业点业制成插即并即光滑的曲业;等高业的光滑,。 ;1,等高业跟踪 在字地面数网内插并很来两模型格业上排列等高业点的方法多～但业的业可以分业业方式,一是业每条内插另内插等高业业业排序～一业方式是业同一高程点等高业先出所有等高业点～再逐一排列每条等高业的点。 22 此外～地形特征业是表示地貌形业、特征的重要业业。构若在等高业业制业程中不考业地形特征业～就不能正地确达表示地貌形业、降低精度～就不能完整地表山脊山谷的走向及地貌的业部。因此～必业在DTM数个据采集、建立及业用的整业程中考业地形特征业。 ;2,等高业光滑;曲业,内插 由上面步业业得的是一系列散离即与的等高业点～等高业DTM格网业及特征业的交点～业然～若将离条业些散点依次相业～只能业得一不光滑的由一系列折业业成的“等高业”。～业了业得一条离插插很来光滑的等高业～在业些散的等高业点之业业必业业;加密,。业的方法多～一般业～业于业的方法有以插下的要求, ?曲业业通业已知的等高业点;常业业点,～称 ?曲业在业点业光滑～其一业业;或二业业,是业业的～即数数 ?相业业点业的两个没曲业有多余的业业～ ?同一等高业自身不能相交。 目前～常用的一些业方法都插条两个条能业格业足上述的件?和?～业后面件业不能完全保业～特业是业点分布不均或业当匀条数插稀疏业～业业更业突出。“业力业”函的业方法主要是业业解决来数网离曲业的多余业业而提出的。但是～由于字地形模型的格业密～散等高业点分布比业均～而且比业密集～因此～一般业利用分匀来插两个条段三次多业式业方法也能业足后件。 业业上述的等高业跟与即将屏踪光滑业理～可等高业业业示在业算机幕上。 3.3数字业影业量方法更新城市大比例尺地形业的业业 3.3.1 业业器业业 区与 ;1,业业业区 业业原业,周业少有障碍物阻业业业～通光透业良好～地形业业平坦～人流量业流量不多～适宜用全站业业行量业。 业合以上因素～业定,业至老业业业～西至逸夫楼楼～南至足球业～北至生物科技大。 ;2,业器业业与校业 业业业器,业州一光RTS612B全站业一台、配置脚架一、业、业尺一业。个棱两个个 业器校业,仔业业察业器有无业～业整业器坏气看业器的水准泡是否能业水平～左右业的业业是否灵活。 (3)业件业业 23 业用全字业影业量数系业;VirtuoZo,～字业影业量数装与系业主要由,影像业取置成果业出业业和一台业算机或工作站、字业影业量业件及其外业业业部分业成。数它两 3.3.2 外业业量工作 ;1,相片判业业定外业像控点 像控点业业足以下要求, ?航外像片控制点一般业布业在像片重方位。叠内 ?航外像片控制点距像片业业不小于1厘米～业合法成业的控制点距航向业业不小于上述业定的1/2。 ?航外像片控制点距像片的业平业和各业业志不小于1厘米。 ?控制点业业在旁向重中业叠离离附近～业方位业的距业大于3厘米～当叠离旁向重大～业方位业的距业大于离2厘米～否业业分业布点。 ?控制点在相业航业上不能公用点业～要分业布点。 ?位于不同布点区确并域业的控制点～业保精度高的布点方案能控制其相业的面业～尽量公用～否业按不同的要求分业布点。 按照上述要求业定六个像控点～分业以xk1～xk2～xk3～xk4～xk5～xk6命名～用业在并像片上刺孔～准地业确内明像片控制点在像片上的位置～业业提供判业量业的业志。如业3.1。 业3.1 刺点位置 ;2,像控点坐业业定 利用学校已知点坐业～用全站业业定像控点坐业。如～已知 I22(150630.754～132476.108)、 I23(150747.268～132445.501)两点坐业～可业出XK4点坐业;150630.0891～132481.5210,～高程业12.015m。用相同方法业出其点坐业～它如表3.1。 表3.1 像控点坐业 像控点名 像控点坐业 高程H X Y XK1 150776.2504 24 132404.9334 12.295 XK2 150938.2158 132500.8410 12.827 XK3 150944.9467 132723.4453 11.831 XK4 150724.1324 132706.8682 12.015 XK5 150637.6182 132708.6885 12.748 XK6 150616.7853 132408.6344 12.709 3.3.3 内业业理工作 ;1,业置业区 如果业已区区区框存在～点业主界面的菜业【文件】【打业业】～在打业业业业业中业业后业名业“blk”的业文件可区即区打业业。 如果业不区区区区框存在～业要新建业～在【文件】【打业业】～在打业測业业业中业入后业名业“blk”的业文件名～可新建业～区即区区参数区参数然后点业菜业【业置】【业】～业置业～其中包括业业后业名业“cmr”的相机文件～以及后业名业参数“ctl”或“pas”的控制点文件和加密点文件;如业示,。然后点业主界面上的“相机参数参数”菜业业～业置相业的相机;注意,相机参数得按照象限业置～如1号参数点业置～因业1号点在第3象限～故X～Y都业业业。如业示,业置业区注目业业E:\nanlin～如业3.2。 25 业3.2 业的业置相机业置区与参数 ;2,模型的建立 模型的建立与区参数打业业似于业的建立和打业～不同之业业模型的业置～包括,模型目业业置、业业文件目业、业品目业业置和左右影像业业。模型建立后～在指定的模型目业下生成一个模型文件业～以保存基于模型的一系列数据～如业3.3和3.4。 业3.3 像片格式业业 业3.4 模型的目业业置与参数 ;3,空中三角业量 在系业版面上业业【空中三角业量】【影像列表业】～系业业出业业～根据可修改或建立框当 前业区下的航业信息和影像信息。 在点业系业版面【空中三角业量】【内内框定向】菜业～系业业出自业定向业业～根据用业所需业业影像～建立业框模板。 在点业系业版面【空中三角业量】【航业业偏移量】菜业业～根据所需要业整工具业的影像～确定航业业同名点。 在点业菜业业【空中三角业量】【业接点布局】～系业业出业接点布局业示窗框口业业～可在每业影像靠近像主点的垂直业上业业3至14个点位～每一点位附近可业1至9个。 做完以上工作之后～业业【空中三角业量】【业接点提取】菜业业～自业提取业接点。 下面业入业接点的交互业业～【空中三角业量】【交互式业业】菜业业～业入业业界面～用业根据所需业整业接点点位。 最后业加密成果的据整理～自业点业果文件数格式业tpc格式～定内向业果文件格式业iop格式～业业菜业业【空中三角业量】【平差业算】【业平差业算】～在点业【剔除粗差】菜业业～自业剔除粗差业大的点。得出加密点的地面坐业后～生成的控制点文件保存在“业目业区下”。最后业业【空中三角业量】【业出到】菜业业。 ;4,定内向 点业主界面菜业【业理】【模型定向】【内内框与定向】～业入定向界面～通业表自业业业定位～快速恢业像片方位内元素。 在 VirtuoZo 主界面上业业【业理】【模型定向】【内框定向】菜业业～系业业出建立业模板界面～如业3.5。 26 左业的定内向/近似业窗当框框口业示了前模型的左影像～其四角或四业上的业被小白业住。右业的基准业示窗框口业示了某业的放大影像。 若小白有业框没框框框将框框住业～业可在业上业业～小白自业业住业。业整小白的位置～尽框框当框框量使业位于小白的中心位置。所有的业均位于小白的中心后～业业接受按业～系业自业业业业行定位。此业～框内框系业业出定向界面～如业～在此界面中业业定位业行业整～直至所有的业定位准～框确将框然后～业业保存退出按业～系业自业生成业模板文件“\bin\MASK.DIR\<相机名>_msk并内参数保存业影像的定向。 业3.5 业形定内向 ;5,相业定向与业业定向 在 VirtuoZo 主界面上～业业【业理】【模型定向】【相业定向】菜业业～系业业入前当模型的左右影像据。业入相业定数向界面～如业。在相业定向界面的业像上点业鼠业右业～在业出的快捷菜业中点业【自业相业定向】～系业利用影像自业将与匹配技业～自业完成相业定向同名点的业业相业定向业算。 在相业定像界面的左右影像上分业业业控制点;大业取概120个,～如业;若业业业取的点业差业大～就业除,准定位控制点后～业入控制点的点～确号确然后点业定按业。量取所需控制点后～在相业定向界面中的影像上点业鼠业右业～在业出的快捷菜业中点业【业业定向】【普通方式】或【立方体确并式】;本次业业的是普通方式的业业定向,～业业业定向点业行精业整同业业算业业定和差。点业定业作业～参数残区区鼠业右业业取作业范业～如业3.6和3.7中业业所示。 业3.6 业形相业定向 业3.7 业形的业业定向 ;6,制作核业影像 当达业业定向到要求的精度后～可点业主界面菜业【业理】【核业重采业】【水平核业】～自业生成核影～响如业3.8。 业3.8 制作核业影像业 ;7,匹配业果业业 生成核影像以后～点业主界面菜业【业理】【影像匹配】～系业自业将完成影像匹配。匹配后～点业主界面菜业【业理】【匹配业果的业业】～业入匹配业果业业界面。窗个口分业三部分～左上方业功能按业面板～排列着各业业业功能按业。左下方业全局业业窗当口～业示前模型的左核业 27 影像窗窗黄框内口～放大业示全局业业口中色矩形的影像～用业在此业行匹配业果的业业～如业3.9。 业3.9 匹配业业界面 ;8,生成DEM、DOM～等高业内插 点业主界面菜业【业品】【生成DEM】【DEM】～自业生成将DEM～ 点业主界面菜业【业品】【生成等高业】～自业生成等高业～将 点业主界面菜业【业品】【等高业合正叠将与响叠射影像】～等高业正射影合～ 如业3.10。 业3.10 生成DEM、DOM、正射影像等 ;9,字化业业数 点业主界面菜业【业业】【IGS数数字化业业】～业入字化业业界面。如果“XYZ”文件尚未建立～业首先在业业界面中点业业业界面菜业【文件】【新建XYZ文件】～新建一个“XYZ”文件～用以保存业业的矢量据。数如果“XYZ”文件上次已业建立～业只要点业业业界面菜业【文件】【打业】～打业已有的“XYZ”文件。然后在【装体业】菜业里点业【立模型】或【正射影像】～打业业像窗口～作业业业的依据～如业3.11。 业3.11 数字化业业界面 业业业～可点业工具按业“Sh”,添加新的矢量业业～分业业制各业地物。外～可点业另菜业业【工具】【业业】～配置手业脚业及其业业工具～它如业3.12。 业3.12 业制地形业 ;注意,先要打业菜业业中的文件业置～自业——参数将会区捕业作业域坐业～业照右业正射影像业作地形业～如果业出画画框将会声响数左业业色界限的业业～业业系业业出～提醒作业出界,最业业制成字化地形业。 28 3.3.4 外业业业 像片业业除了业像片影像业将来没清晰示的信息判业描业出外～业于影像有业示或者影像不业而地形业又需要表示的地物地貌要素～业需要按其形位置业业在像片上。业些要业业的地物可状 能是业影到业业期业地面出业的新业地物～或者是由于比例尺业小而无法直接判业的业小物～也体可能是被云影、业影所遮盖而业成像的地物。像片有的或将没清晰者影像不的地物按比例尺业小描业在像片相业的位置上～业一工作即使像片业业中新增地物的业业。 新增地物业业方法有业易业业一起业业。新增地物与当零散分布或者业业面业范业业小业～可以根据周业地物的明业影像～判业交出新增加地物在像片的位置～业就是业会当易业业法。新增地物面业业大～四周又无明业地物影像业～业需要采用野外一起业业。 业易业业有比业法、截距法、距交法、直角坐业法等。比业法是根据地物的位置业离会系在业地通业目定估内插来确状待业地物位置的一业最常业的比业业便的业业方法。截距法是沿业地物在业地量业业业点到明业地物点业距的业定方法。业地如果量业三地物点到个离并将待业地物点的距～量业业按像比例尺业小在像片上就能交出会称离会横待业地物点的像片位置～业距交法。按业距离确当定业业点位置的方法业直角坐业法。大面业业业业～可采用业业业或全站业业业。3.4 业影业量在城市大比例尺地形业更新中的业量控制3.4.1 数来据的业差源 DEM的业业精度主要由原始据的采集业差和高程业差方面定的。所数内插两决众周知～不管采用何业业量方法～业量据业包数会数来含各业各业的业差。据采集业差自,;1,原始业料的业差～;2,采点业业业差～;3,人业业差～;4,坐业业业业差。 业于使用业影业量方法采集的DEM数来数据业～原始据的业差主要表业业航片的业差;包含航业的各业业差的业合,、定向点业差～采点业业业差;包括业业业的业差和业算机业算有效位,～人数业业差;包括业业切地面的业差采用字影像相业业影像的相业业差,～坐业业业业差;包括相业定即数向和业业定向的业差,。 DEM的一业业差源另来内插当哪内插存在于高程的业程中～因业不管采用业方法～点内插的业算高程业业量业高程之业业与内插数学存在差业。高程的业差一方面和业用的方法(内插算法)有业～一方面和采点的方另来网式有业。一般业～沿等高业采集稀疏高程点;或沿一定的格或断内插面采集高程点,加上采集其他特征点;如山脊点、山谷点等,是一般的业算方法～ 29 如多业次加法、最小二叠从乘配置法、有限元法、移业曲面法和三角剖分法等常用方法。定量角度考业～DEM的业差可表示业, ;3.1, 其中～业DEM的业差～业高程业差～和业内插数系～业原始业料的高程业差, ;3.2, 式中业平均坡度～M业一常～数Templin提出在用业业函数内插内插法描述业差业～业差的系数和分业业1和4/9～可参数使用下式业行业算, ;3.3, 业使用地形业等高业等要素生成DEM来数业～业字化业或业描业业差～业地形业原始业料的业差～业字化人业业差～业业业业差。业地形业业～数来除去地业业合引起的等高业位移之外～点位平面业差,控制点业0.1mm～其他点位0.2mm～最大不大于0.3mm～业业业差,字化业精度一般业数 0.1mm～如采用业描字化～数若业描业业300dpi～业业描业差业0.08mm～手扶数字化业～人工业点精度一般由等高业业度所定～坐业业业业差业字化业坐业业业到大地坐业业的业差。通业决数式;3.2,和式;3.3,可得出因原始业料引起的业差。 DEM高程业差的定量业算和方法有业～业算方法有业业内插内插数数函和业方差函法等多业方法。 3.4.2 平面精度控制 在VirtuoZo 主菜业中～业业业业?IGS 数确字化业业菜业业～业入业业模业。新建业准业幅～准业入四角坐业～且四舍五入～保留小点后一位。数DLG 采集是在字立数体靠模型上～依外业业业片～业业不同要素分业用点、业、面描述其几并属数何特征～业予性～ 同业按要素分业分业若干据业～提供地理信息系业作空业业索、空业分析之用。在采集业程中～点要状素要求采集在地物中心点上～业要状状并属素要求采集在地物中心业上～面要素业格按业业采集～业性代业和业据的接数 业业行业业～防止地物的业漏。 3.4.3 高程精度控制 ;1,业量业业的内容 在DEM业量控制中～我业同业先业各方面业行业业。个尽管采用何业生业工业流程生业DEM和DEM的业量业业是密切相业的～不即会同的工业流程业致DEM的业量业业有大的不会很同～但业的来业～DEM的业量业业业包括业业一些当内容, 30 ?业业DEM原始的基业～数学 ?业业DEM数确据起止点坐业的正性～ ?业业DEM原始据的业量～数 ?业业DEM的高程业有效范业是区确否正～ ?业业生成DEM的内插模型～ ?业业生成的DEM业品的业量～ ?业业DEM的元数确据文件是否正。 业些内容中～业于DEM原始的据基业、数DEM数确据起止点坐业的正性、DEM高程业有效范业的正性、区确DEM元数确据文件的正性等业业的业业一般都比业容易～而业DEM原始数据的业量、生业DEM的内插模型及生业DEM业品的业量业业业比业困业～也是比业业业的。 ;2,业量业业的方法 一般有四业方法业DEM的业量业行业业～业是,它 ?野外业地业业法,业业方法成本高～业业操作困业～可以用来做首批业品的抽业。业业目的是业品的平面精度和高程精度～ ?室业业点的业业,业业点的业取可以加密业程中加业保密点～也可在比例尺业大的一业地内从 形业上业取～每幅业的业业点量业地形数况情而定～一般不少于20个。主要业业平面精度和高程精度的业业～外～也可采用已有业另即料的业业法～用更大比例尺的地形业做套合～业行同名点的业业。 ?目业业业,主要是由业算机生成DEM数断与据的可业化形式～由人工业行判业业。 ?业件自业业业,业业DEM的粗差、接业的正性、业确属数内漏～以及性据的容业业。 ?人机交互业业法,在全字业影业量及交互数式业影业量生业DEM的方法中～使用左、右正射影像零立业体DEM的业业手段也于业业方法。一般地～在业成熟的生业属DEM的业件中～业业人工交互的方法是多的。很 ?影像分析业业,DEM常常是一业用矩业形式表示的高程业～业业上业业格数它据。和其业格数来达据一业～可以用影像表和业业DEM高程业差。用影像业业来DEM的手段主要有业～两即灰度和彩色影像。 31 4 GPS( RTK) 在城市大比例尺地形业更新中的业用4.1 GPS业介 4.1.1 GPS 系业业成 GPS的系业业成主要包括三方面,空业业个星星座、地面业控站、用业业业。 ;1,空业部分—GPS业星星座 GPS的空业业星星座由21业工作业星～3业业用业星业成。业24业业星均的分布在匀6个业道面内个～每业道4业。业道面相业于业球赤道面的业角业业55?～各业道平面升交点的赤业相差60?～各业即与道面升交点春分点之业地心业角60?。在相业业道上～业星的升交距相差30?。业星业道平面平均高度业业地面离20200km～业星运行周期业11小业58分业～恒星业业12小业～业业～在同一业业站上～业业者每天将提前4分业业业到同一业业星。每业业星每天业有5小业在地平业以上～位于地平业以上的业星数随异目业业和地点而～最少的业候有4业～最多的业候业有11业。业业的业星空业星座的分布保障了在地球上任何业业、任何地点至少有4业业星被同业业业～且并业星信的业号与气响播接收不受天影～因此～GPS是一业全球性、全天候的业业立业即址系业。 ;2,地面部分地面业控—系业 地面业控部分包括1主控站、个3信息个注入站和5业个它星业控站。的主要任业是,?业业业星的行～运确?定GPS业业系业～各业站和GPS业星的原子业主控站的原子业比业～求出业差与～?踪跟并状数数业业业星星业和业星业业～?向每业业星的据存业器注入业星业航据。 ;3,用业业业部分—GPS信接号收机 用业业业通常业称GPS接收机～他是用业得以业业GPS定位目的的工具～主要由接收机硬件、数据业理业件以及微业理机及其业端业业业成。接收机硬件的主要功能是接收GPS业星业射的信号～用以业得业航和定位信息及业业量～业业业业的据业理～而业业业业业航和定位～业件部分业是业业得的数从 业业据业行精加工～以业得精密的定位业果。数 GPS接收机按用途分业可分业,业航型接收机、业地型接收机和授业型接收机。业航型接收机一般采用C/A业业距业量～业点立业即广运体址精度业低～但其价格便宜～被泛业用于业业业的业航～可以业业业出业的位置和速度。业地型接体收机主要采用业波相位业业业业行相业定位～相业定位精度高～主要用于精密大地业量和精密工程业量。授业型接收机主要利用GPS业星提供的高精度业业业准业行授业～常用于天文台及无业业通信中的业业同步。 32 4.1.2 GPS 定位原理 GPS业星将号业距信和业航业文业射业GPS接收机～业航业文中含有业星的位置信息～用业用GPS接收机在某一业刻同业接收4业以上的GPS业星信～业量出业站距业些业号离并星的距～解算出业业刻GPS业星的空业坐 ～利用距交法解算出业站点的位置。离会 4.1.3 差分GPS定位原理 差分的目的是消除公共业差～提高定位精度。差分GPS定位技业的原理是一将台GPS接收机安置在基准站上业行业业～根据基准站已知的精密坐 ～业算基准站到业星的距改正、坐离数 或相位改正～由基准站业改正业业的业数将数送出去。用业接收机在业行GPS业业的同业～接收到基准站业出的改正～业定位业果业行改正～而提高定位精度。根据差分数并从GPS基准站业送信息的方式可以差分将GPS定位分业三业,位置差分、业距差分和业即波相位差分。4.2 差分GPS的分业 4.2.1 位置差分原理 位置差分是一业最业业的差分方法。假业基准站的精密坐 已知～业～在基准站上的GPS接收机业出的坐业业～其中包含了各业业差～如业道业差、业业业差、大影、多气响径它数路效业及其业差。按下式求出其坐业改正。 ;4.1, 基准站通业据业的形数将数数式～业些改正业送出去～用业接收机在解算业加上以上的改正～业得 ;4.2, 上式中～ 业用业接收机的自身业业业果～ 业业业改正后的坐 。业及用业接收机位置改正业的瞬业业化～公式4.2可以业一步成写 ;4.3, 式中业校正的有效业刻。 业业以上公式的改正后～用业所得到的坐 33 消去了基准站用业站的与气共同业差～如业星星业业差、大折射业差、业星业差等～提高了定位的精度。位置差分的原理是比业业业～但有其业缺点。业点是需要业业的差分改正业数少～业算业业～他适用于各业型的号GPS接收机～缺点是基准站和用业必业业业同一业业星～所以业业业足近距离条离很离的件～距业业业就业业足～一般只用位置差分的距范业在100km以。内4.2.2 业距差分原理 业距差分是业用最广泛的一业差分。他的原理是,在基准站上～业业所有业星～根据基准站的已知坐业和业出的各业个星的地心坐 ～求出每业业星每一业刻到基准站的业距～真离与数将再业得的业距作比业～得出业距改正～其业业业用业接收机～提高定位精度。业业差分可以得到米业的定位精度。 业距差分的业点, ;1,由于业算出的业距改正是直接在数WGS-84坐业上业行的～也就是业得到的是直接改正～不需业业业地坐数当 ～所以能达很到高的精度～ ;2,能在未得到改正的空数内隙能业业精密定位～ ;3,基准站能提供所有业星的改正～而用业站数只需接收4业业星即与可业行改正～无需基准站接收相同的业星数即。因此～用业站采用具有差分功能的业易接收机可。 业距差分能将两随离将会站业的公共业差抵消～但着用业距基站的距的增加～系业业差明业增大～而且业业业差采用任何方法都不能有效消除～所以业也是业距差分的缺点。4.2.3 业波相位差分原理 业波相位差分技业又称业RTK;Real Time Kinematic,技业～是业业业理2业站业个波相位业业量的差分方法～它能业业提供厘米业精度的三业坐 。业距差分原理相与它数将同～由基准站通业据业业业其业波业业量及业站坐 信息一同业送业用业站～用业站接收GPS业星的业波相位自基准站的业与来并波相位～业成相位差分业业业业行业业业理～业业业出定位业果。差分定位的业业技业是高波特率数靠据业业的可性和抗干业业业。 34 4.2.4 局域和广域差分系业 局部区域差分GPS系业,在局部区域中业用差分GPS技业～在业区个域中布业一差分GPS网网个～业由若干差分GPS基准站业成～通常业包括一或业控站。位于业个数个区局部域中的用业根据多基准站所提个数供的改正信息～业平差后求得自己的改正。业业差分GPS定位系业称区业局部域差分GPS系业～业业称LADGPS。由于具有多个参考站～而且业及了位置业差分改正的影～数响局域差分GPS业站差分跟GPS比业起～可以用于更大来内并范业的业航定位～且系业的可性和用业的定位精度都有业大的提高。靠 广域差分GPS系业,广区广域差分和局域差分的业不在于地域的业和局部～而在于其业理据的方法不数广同。域差分系业WADGPS的基本思想是分区GPS业业量的各业业差源～分业业各业业差源加以“模型化”～然后业算得到的将数数每一业差源业～通业据业业送业用业。业用业定位的业差业加以改正～到达响削弱业些业差源的影～改善用业GPS定位精度的目的。业些业差集中表业在三方面,星业业差、大气延业业差和业星业差业差。 4.3 GPS-RTK 业介 4.3.1 RTK 系业业成 RTK技业是基于GPS技业基业的业业业波相位差分技业。RTK业量系业的业成主要包括基准站、流业站和业子手簿。 基准站的作用是业业量系业提供基准～业算业果业算到已并将网个知的业量控制点上。一完整的基准站包括GPS主机、GPS天业、差分据业数射业台及天业、业池或业源、基座、三脚架、天业、业量尺、各部业业等。 流业站所做的工作是～同业接收来自业星的GPS信和自号来参号将两考站的差分信～业业业信业解以后～利用差分据业号数GPS业星数据业行校正～业算业量点的WGS-84坐 ～利用坐 系业业业参数将WGS-84坐业业业业目前使用的业量基准的三业坐内 ～业业业示业算业果。一流业站包括个GPS主机、GPS天业、差分据接数收业台及天业、业池、业中杆、GPS天业业高尺、各部业业等。 流业站的工作几来内乎全部使用业子手簿操作～流业站的工作业目、容非常多～使用业子手簿非常业繁～据通信～坐业业业等技业业业都得通业业子手簿业业～所以业子手簿也是数RTK系业不可缺少的重要业成部分。 35 4.3.2 RTK 定位原理 RTK定位的原理是一将另体称台接收机置于基准站上～一台接收机置于业;业流业站,上～基准站和流业站同业接收同一业业、同一GPS业星业射的信～基准站业得的业业业已号将与知位置信息业行比业～得到GPS差分改正业～然后业改正业通业将个数无业业业据业业台及业业送业流业站～流业站在系业业采集和接内两收的业业料～业行业业业波相位差分业理～得出定位业果。 RTK又可业分业修正法和差分法,修正法是基准站的业将波相位修正业业送业流业站～改正流业站接收到的业波相位～流业站再解求坐 ～业准称RTK。差分法是基准站采集到的业将波相位～业送业流业站～再由流业站求差解算坐 ～又称真正的RTK。 4.3.3 网业RTK业介 网业RTK就是在一定区内个个个参区网域建立多;一般业三或三以上,考站～业业域形成状并参个个区内覆盖～以业些考站中的一或多基准业算和业播改正信息～业业地的业星定位用业业行业业改正的定位方式～又称参业多考站RTK。 网业RTK有4个网数数基本的业成部分,基准站、据业理中心;控制中心,、据通业业路和用业部分。 网业RTK的基本思想是,在一定区内离域～多业系业业差～如业业延业、业流业延业和业道业差等具有业强的相业性～因此根据多个参区内考站的已知业差用一定的算法可以推算或消除业域任何一业流业站的未知业差～此业程一般也是基于差业合的～双然后再解算整周模糊度～得到高精度的业业RTK定位业果。 4.4 GPS-RTK技业更新城市大比例尺地形业的业业 4.4.1 业业器业业区与 业业区楼域,逸夫科技业业 业器业业,ASHTECH的Z-MAX业器及其配件、脚架一、手簿一个台 36 4.4.2 外业业量工作 ;1,基站点坐业业取 有多业方法可业取基站点坐业,一是全站业布控制～网两个如第二章业到的用已知点～布 置业合控制～可根据需要采集坐业～二是利用网GPS相业定向法解算业得基站点坐业～利用 “南方业业GPS数据业理”业件业业坐业～如业4.1。 业4.1 GPS数据业出 最后通业基业业解算业得GPS基站点坐业～业表4.1。 表4.1 基业业算后的基站点坐业 点名 X Y Z G1 132815.142 150805.512 17.494 G2 132697.440 150763.714 15.193 G3 132729.540 150944.808 14.604 ;2,外业碎部采集流程 首先将RTK基站架业在老食堂业前的GPS3点上因业此点所在位置天空相业业业基本有没遮业物～基站架业完后利用手簿业基站业置。然后业行流业站的业置～因业在室已业在手簿上业入内了3个已知点的地方坐业～可以直接业取。流业站业置完成后业行控制点业业～业业3个已知点业行 坐业据采集～业行解算而数从将完成投影业业～WGS-84坐业业业业地方坐业～业行部件点位业量。 以下业述业业操作中RTK的基本操作流程, ?新建工程 双业程序业业业入FDC程序～新建工程文件～ 如业4.2。 37 业4.2 新建工程 ?业入自定业的工程文件名～如业4.3。 业4.3 工程文件名 ?业业已知点 完成工程文件名后～系业提示是否业建点～点业YES～业入已知控制点坐业～;业入GPS1、GPS2、GPS3的地方坐业。,如业4.4。 业4.4 已知点业入 ?基准站业置 首先把手簿和基准站主机相业～点业菜业业看“GPS状业”。若“GPS状窗业”正常业业业业口～在主界面上点业打业基准站业置～再点业按业… ～然后业业基准站所在点的点名。业业点的业候手簿业出提会框你示业业“想使用已业取点的WGS84坐业作业基准点的WGS84坐业业,” 因业如果我业有基准站的没84坐业所以业业“NO”。基准站架业在已知点上～但只有54坐业～业需从接收机业取基准站的84坐业～先即从“点表业取”只有54坐业的基准站点～再点业业前当GPS坐业得到GPS业点定位坐业。 业业天业型;号Z-MAX的天业业型是z-max+GPS,～业入天业高和天业高业型;斜高、垂高,～点业业置基准站。手簿提示“基准站业置成功”即可。如业4.5。 业4.5 基准站业置 ?流业站业置 手簿和流业站相业接～首先点业菜业业看“GPS状确窗业”～保一切正常业业口。在主界面上点业流业站业置业业～只需业好天业型;号Z-MAX的天业业型是z-max+GPS+UHF vortex,～业入天业高和天业高业型;高度2.05m,～点业业置流业站。如业4.6。 业4.6 流业站业置 ?数据采集 把流业站业中杆放到待业点上～在主界面上点业打业据采集～业中后业行坐业据采集～业数数 入点～描述～号达即待精度到要求;固定解,后可点业接受。如业4.7。 38 业4.7 碎部点据采集数 4.4.3 内业业理工作 把流业站业中杆放到待业点上～在主界面上点业打业据采集。利用数CASS8.0业件手簿将中的据业入业形中～数如业4.9。 业4.9 业入碎部点坐业据数 根据外业草业～业制地形业。再将来业制成的初步成果业打印出～再到业地业行业核～业业漏的地物加以业注后～用全站业业行业业～最业形成完整的大比例尺地形业。 4.5 GPS-RTK技业在城市大比例尺地形业更行中的业量控制4.5.1 业坐业据业业的要求数 GPS 业星星业是以WGS 84 大地坐业系业根据而建立的～我目前国使用的是1954 年北京坐业系或l980 年家大地坐业国参数两将区系～求解坐业业业七的方法有业,一是业业控制点的WGS84 坐业和80 西安坐业直接业人手簿自业采取业业。二是控制点来参数若无WGS84坐业～可采取业业采集的方法～通业业入一定量控制点的地方坐业～数然后到业些控制点上用RTK 采集WGS84 坐业～通业点校正业合出最佳业业;参数称参数确与数又建模,～其业业的准性控制点的量及分布有业。通业多年业作业～建践响模控制点的精度及分布是影定位精度最重要的一业。一般要求控制点在业要分布均～平面起算点区内匀3个以上～高程起算4个以上;高精度的水准至少6个以上,。 4.5.2 业基准点位置的业业要求 基准点业足GPS 业业件外～业要业足条从“业磁波通业”业磁波能基准站通业直射、业射和反射等业播方有效地到流业站～一般业定基准站业业业地业业业或高业建达没筑物的业端～有干业源和多路效径业便于架业业器的地方。 39 4.5.3 业业业业业要求 安排业业业业业业排除点位几何业形强度因子;PDOP,业大的业业段;可以通业业星业业的信息业来看,～业分析出业粗差的业候往往是PDOP 业业大的业业段～一般中午业分不宜业行RTK 业量～或者业量效率很低～所以要早出工～业收工。 4.5.4必要的业业业业和业行重业业业提高点位精度来 控制点的业业业业业不少于3min。一般控制点点位需要立业业次～次业重新整独两两周模糊度～作次两当收业。业业业的点位坐业差业??5cm～取中作业最业成果。数 4.5.5加强业业中的校核 已知点业核比业法～在业始任业前业业已有的控制点业行业业是区当非常必要的～三业坐业业足要求业再业始业量。重业比业法～每次初始化成功后～先重业1~2个业业的RTK 点或高精度控制点～确业无业后才业行RTK 业量。业台业业业业在业建立以上基准站～区内两个个每基准站采用不同的业率业送改正据～流业站用业业手数个数从两个段业业性地分业接收每基准站的改正据而到接算成果～判断其业量高低。 40 5 业业 业业的业业催生了城市建业速度的加快～城市业化的日新月异又促业城市地形业的更新业代。在平板业业业业代～地形业修业业几乎都是采用聚业薄膜+平板业完成～不业精度低～ 而且业地形业修改、业业更新非常不便。业新增地物的业业多采用依托原有地物丈量、交等方法业行业业～会如果遇到多于一次以上的重业修业业～由于区清装无法分原始地物和一次修业地物～丈量和业业差的业业业累～与会划往往业致修业业成果出业非常大的偏差～致使地形业不能业足城市业用业要求。所以在那个几来年代都是采用每隔年就重新业业一遍城市地形业的方法保业地形业业料的精度和业面的清晰与响美业～如此不业工作量大、工期业、影正常使用～而且重业业量工作也造成了大量的人力业力浪业。 业算机及业用技业的普及和业量手段的改业～ 业底业覆了地形业量的业业思业～全站业的使用、业业介业的业化重新业业了地形业量概念。通业使用全站业野外业量地形地物要素点的三业坐业在业算机上展业成业子地形业～一方面提高了地形业的业量精度～一方面也另使得地形业的可业业(修业业)次数会无限增加。业可以通业分业或其他技业手段在地形业上保留每次业业地物、丈量、交量业地物等修业的痕迹～业地形业再次修业业提供作业参考依据。业影业量、GPS-RTK的业用～更是提高了地形业各位能更新的速度。 有些大城市已业始在字化的基业上建立地形业据业～业多中小城市目前已数数逐步走向了数条字化业用的道路。在业业业业业的件下～充分利用原有的地形业料和采取局部更新的方法业业全面字化更新不数决失业一业业好的解业法。 41 致业 四年的大生学匆匆当涯如白业业隙～而业。我不留意业走完人生最快业的四年业～业业也毫不留情的把我在扔个当写又一交叉路口。我下业段文字业～我感慨万千～四年业生的一切都业业在目。 在此我由衷地感业我的指业老业史业云老业～感业在业文究及她研写帮撰的业程中～业我的助。在业期业～老业多次业本业文提出业的修改意业～宝使我的业文能业利完成～业此成文之业～业向史业云老业表示业业的业意。 我也要感业业业工程系的全体教教老业～是他业业我增业了业多知业。感业史玉峰授、业加柱副授、业志业副授教教、何立恒副授、王志杰老业、业业业老业、隋业明老业、业健老业、业冬梅老业等四年以业我的业和业来教广广学心～各位老业博的知业～业的业野～一业不苟的治业度深深地感染了我～正是在业些老业的业心助帮教学与学浅和业业业使得我大四年在业业知业业能力方面受益匪。 最后～感业07业业业工程系的全体学并帮同～向那些曾业业心、助、支持业我的其他老业、同学、朋友表示深深的业意, 业强 2011年06月01日 42 参献考文 1 徐峰. 城市大比例尺地形业业业更新业施方法与探业[J].城市勘业增刊～2009～111,113 2 江涛运运～朱海～曹业璇～业生.地形业遥研感快速更新方法的究[J]. 黑业江工程院业学学:自然科学版～2004～18(3):18,19 3 业业～业高平～王光勇～王守斌.CASS大比例尺地形业业制业业技业究研[J]. 科技业新业业～2010 4 周坤.GPS( RTK) 在大比例尺地形业中的业用究研[J].山西建筑～2010～36(17):358 5 郭昌信.GPS-RTK 技业在大比例尺地形业业业中的业践与体会[J].业用技业～2010～199:95,96 6 王景阳. GPS定位技业在城市控制业量中的业用[J].业北业业季刊～1999～22(3):37 7 业恒.大比例尺地形业业业及精度业价[J]. 内学研江科技,业科版～2010～3:16～26 8 业文德.大比例尺字地形业的业业方法数[J].业业地名～学2010～61,62 9 江宏业～业永生.地形业更新方法初探[J].业业通业～2004～7,54,56 10 徐业.业地形业更新技业究业展的业业研与[J].业业空业地理信息～与2008～31(6):168,169 11 董业业.基于业星感遥影像的城市影像地业集业制[J].城市勘业增刊～2010～107,110 12 胡业科～ 业平～ 业业生清.面向GIS的校园地形业更新业业技业业业[J]. 嘉业院业学学( 自然科学)～2006～24;6,,78,81 13 Ackerman F. 1979.The accuracy of digitalterrain model[J].Proceedings of 37th Photogrammetric Week～ University ofStuttgart～113,143 14 Makarovic B. 1972.Information transfer in construction of data from sampled points[J].Photogrammetria～28(4):111,130 15 Kubic K.and Botman A.1976.Interpolation accuracy for topographic and geological surfaces[J].ITC Journal～1976.(2):236,274 16 廖朝俊.中小城市大比例尺地形业字化更新方数案[J]. 城市勘业～2000～3:46,48 17周晟业.城市大比例尺制业空业据一化生业技业究及业业与数体研[J]. 业业通业～2006～10:69,70～77 18潘正业～业正业～程效业～成～枢王业业.数与字业业原理方法[M].武业,武业大出学版社～2004 19 业德麟业著.大比例尺字业业的原理方法业用数与[M].北京,业大出清学版社～1998 20王秀芹.数字业影业量在城市地形业业中的业用[J] .技业业用.2007～;3,,49-50 21 吴数巧玲,大比例尺业影像航业像控布点方案的探业[J].业业通业;2009～;5,,35-37 43