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数字测图的发展历程

20 世纪 50 年代,美国国防部制图局开始研究制图自动化问题,即将地图资料转换成计算机可读的形式,并由计算机处理、存储,继而自动绘制地形图。这一研究同时也推动了制图自动化全套设备的研制,包括各种数字化仪、扫描仪、数控绘图仪以及各类计算机接口技术等。

20 世纪 70 年代,制图自动化已形成规模生产,美国、加拿大及欧洲各国建立了自动制图系统,测绘部门都有自动制图技术的应用。当时的自动制图主要包括数字化仪、扫描仪、计算机及显示系统 4 个部分。当一幅地形图数字化完毕后,由绘图仪在透明塑料片上回放出地图,与原始地图叠置,检查数字化过程中产生的错误并加以修正。

20 世纪 80 年代,数字摄影测量的发展为数字测图提供各种数字化产品,如数字地形图、专题图、数字地面模型等。

20 世纪 70 年代,电子速测仪问世,大比例尺地面数字测图开始发展。80 年代全站型电子速测仪的迅猛发展,加速了数字测图的研究与应用,如 80 年代后期国际上有了较先进的用全站仪采集、电子手簿记录、成图的数字测图系统。

我国从 1983 年开始研究数字测图工作。其发展过程大体上可分为两个阶段:

第一阶段:主要利用全站仪采集数据,电子手簿记录,同时人工绘制标注测点点号的草图,到室内将测量数据直接由记录器传输到计算机,再由人工按草图编辑图形文件,并键入计算机自动成图,经人机交互编辑修改,最终生成数字地形图,由绘图仪绘制地形图。

第二阶段:仍采用野外测记模式,但成图软件有了实质性的进展。一是开发了智能化的外业数据采集软件;二是计算机成图软件能直接对接收的地形信息数据进行处理。

20 世纪 90 年代开始,RTK实时动态定位技术(载波相位差分技术)在测绘大比例尺地形图的运用中越来越成熟,逐渐成为开阔地区地面数字测图的主要方法之一。

近年来,在数字测图过程中,测量技术人员已实现了全站仪与GNSS-RTK技术的有机结合,甚至出现了两者合并为一体的超站仪。众所周知,GNSS具有定位精度高、作业效率高、不需点间通视等突出优点。实时动态定位技术(RTK)更使测定一个点的时间缩短为几秒钟,而定位精度可达厘米级。作业效率与全站仪采集数据相比可提高 1 倍以上。但是在建筑物密集地区,由于障碍物的遮挡,容易造成卫星失锁现象,使RTK作业模式失效,此时可采用全站仪作为补充。所谓RTK与全站仪联合作业模式,是指测图作业时,对于开阔地区以及便于RTK定位作业的地物(如道路、河流、地下管线检修井等)采用RTK技术进行数据采集,对于隐蔽地区及不便于RTK定位的地物(如电杆、楼房角等),则利用RTK快速建立图根点,用全站仪进行碎部点的数据采集。这样既免去了常规的图根导线测量工作,同时也有效地控制了误差的积累,提高了全站仪测定碎部点的精度。最后将两种仪器采集的数据整合,形成完整的地形图数据文件,在相应软件的支持下,完成地形图(地籍图、管线图等)的编辑整饰工作。该作业模式的最大特点是在保证作业精度的前提下,可以极大地提高作业效率。

此外,网络RTK在数字地形测量中已得到非常好的推广和应用。早期的RTK测图,常规测量时都是架设自己的一个基准站,然后向多个流动站发送差分数据,进行数据采集,如图1.3所示。但是这种作业模式使得当基准站和流动站的距离增长之后(尤其是> 15km时),其精度的可靠性大大降低。为了提高精度,当面积比较大时,就需要反复多次建立基准站,完成测图等工作。基于CORS(Continuous Operational Reference System,缩写为CORS)系统的网络RTK的出现就可以克服常规RTK的缺点,大大扩展RTK的作业范围(RTK流动站和基站之间的距离可达 70 km以上),使GNSS的应用更广泛,精度和可靠性进一步得以提高。如图 1.4所示,在网络RTK解算中,各固定基准站不直接向移动用户发送任何改正信息,而是将所有的原始数据通过数据通信线发给数据控制中心,由数据控制中心对各基准站的观测数据进行完整性检查。同时,RTK用户在工作前,通过网络或者移动通信先向数据控制中心发送一个概略坐标,申请获取各项改正数据,数据控制中心收到这个位置信息后,根据用户位置自动选择最佳的一组固定基准站,整体的改正轨道误差,电离层,对流层和大气折射引起的误差,然后将高精度的差分信号发给RTK用户。目前我国的CORS网络已在各个省市都具有一定的规模,网络RTK在数字测图工作中也发挥着越来越重要的作用。

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