一、概 述
传统工程测量的生产过程(这里主要指测设过程)都是以时空为依据划分为各个过程,人工干预多,作业周期长,内业实际是并不复杂的手工简单重复计算。而且,测量总是和数据打交道,人为因素越多,出错的概率越大。从测设的实质看,其过程是一个获取数据、处理数据、外业操作、数据检核等过程。如何使这样的一个传统流程自动化、可视化,把工程测量人员从重复的简单计算中解放出来,杜绝由于计算失误所造成的错误,防止在工程测量中由于测量的粗差甚至错误给工程造成的损失,是一个值得探讨的问题。
新技术的发展为自动化、可视化的作业流程提供了可能。本文所探讨的基于数字地图的工程测量系统,充分利用了数字地图的作用,能自动计算放样数据。通过在系统中加入知识和经验积累,系统能模拟外业结果,具有精度预测功能。
二、数字地图的发展与工程测量
随着信息技术的不断发展,大比例尺数字测图和传统测图在概念上已出现很大的不同。传统大比例尺测图是以生产纸质地图为惟一目的。而数字大比例尺测图则不同,它是GIS乃至数字地球的重要数据源之一。不论是制图技术还是GIS的发展,数字地图越来越受到关注,数字地图不仅仅是测绘界的需要,也是数字化时代的要求。
数字地图不仅仅是地图的数字化表现形式,从传统手工地图到机助制图、到数字地图也不仅仅是形式和工具的变化发展,从本质上讲,数字地图在数据组织、资源共享、现势性、开放性等各个方面都有其有别于传统意义上的地图的特定要求。有些学者称之为“面向GIS的数字地图”。其具有如下特点:
1.数字地图应遵循一定的标准,便于数据共享。
2.数字地图以空间实体为单位,图形数据有一定的数据结构,地理数据是无缝组织管理。
3.数字地图应能生成拓扑的数据结构,以利于空间分析。
4.数字地图应分别管理地理实体的空间数据和属性数据,能够进行综合管理、信息互访。
5.数字地图要有一定比例尺范围的变化。
6.地面上的一点在数字地图中有惟一影射点。
7.数字地图系统要具有开放性。
8.数字地图要易于保持现势性。
数字地图的这些特点和工程测量的需要相当吻合。尤其是其便于管理、便于空间分析的数据结构是其他数据无可比拟的。随着城市基础设施的建设,数字地图成为基础数据中重要的一部分,更加有利于各种工程施工测量中空间数据资源的共享和高效利用[1]。
三、系统设计
系统如图1所示,包括数字地图和数据处理两部分。数字地图由空间数据和属性数据组成,为系统功能的实现提供了一个数字化和可视化的平台。系统功能如下。
1.放样数据的自动计算
1.控制点数据向系统的传输。系统根据人工指令读取放样所需要的起算数据,自动记录其点位关系,如导线的起算边的相应坐标、坐标编号及坐标点之间的关系,作为起算数据输入下一个流程。
2.确定参数。系统根据工程测量的不同项目预置了相应算法,如放样建筑物4个角点的坐标,在放线测量中选择相应的参数。这些参数随工程测量项目的不同而不同。对放样建筑物4个角点坐标这样简单而常见的项目,参数选择为2维点,曲线测设选择圆曲线或缓和曲线等。
3.放样数据计算。系统读取放样点的坐标,对曲线测设,系统读取曲线参数等数据,通过内置的坐标反算程序(对曲线测设自然调用曲线测设计算程序),算出放样数据。至此,完成了对于常规工程测量外业之前的测设数据获取。
2. 外业模拟、精度预测与精度分析
1. 外业模拟、精度预测。系统在放样数据计算出来以后,即进行噪声迭加来正算放样点坐标。仍以放样4个建筑物角点坐标为例,实际是通过人为加入误差,模拟外业的过程。噪声主要来源于仪器误差、观测误差、定位误差、环境因素影响等。这些误差项是经验的,需要不断积累才会逐渐趋于合理。当迭加误差后的点位精度低于放样点的要求精度时,则需要从几个误差来源考虑如何减小误差,提高放样的精度[2],这对于精密工程测量的施工设计尤为重要。
2. 精度分析。外业结束后的检核结果通过系统“展点”到数字地图上。这样数字地图上对于每个放样点就有3个数据:理论点位(如果我们不考虑数字地图本身的误差)、实际放样结果点位、模拟点位。实际放样结果点位和理论点位之间的误差应该满足放样的精度要求。而对系统的期望是实际放样结果点位和模拟点位相差越小越好,即我们希望经验的误差靠近实际误差,这样可以在放样之前预测放样结果。
随着工程项目的增加,经验数据的可靠性会越来越强,因为积累的先验知识又会作为新项目误差的预计经验。如贯通测量中支导线延伸时,可将通视条件、风的影响等外界因素的影响考虑进去,将外界因素作为误差的经验函数加入误差项。在电子地图上可以方便地给出放样点,将放样数据,模拟放样结果与检核结果同时在数字地图上显示,一方面可以以实际检核结果修正误差经验函数,另一方面,图和枯燥的数据相比一目了然,点位调整也更加方便可靠。系统用VB结合AutoCAD作为开发工具,开发过程简单。
四、结束语
系统利用数字地图及其数图转换的便利,通过模拟功能的加入,在计算与精度预测上,使自动化与可视化过程有机地结合起来,使工程测量的测设设计更为科学、可靠。面向对象的编程技术可以方便地更改系统参数的设置和根据需要扩充系统功能。系统还可根据各工程单位的实际,向简单实用的方向发展。
参考文献:
[1] 赵红蕊,陈宜金,张 新.面向GIS的测量绘图软件设计[J].测绘通报, 2000,(12).
[2] 孔祥元. 原始数据误差对放样点精度影响的探讨[J].武汉测绘科技大学学报, 1988, 13(2).
