科普 | 初识航测之『1:1000 地形图编绘及质量控制』
我们单位工作总是离不开地图的。有的同志把地图比作是“协同作战的共同语言”，“无声向导”，“调查员的眼睛”等等。这些比喻生动、恰当地表明了地图在野外工作中的重要作用。
地图是反映实地地形的可靠资料，要充分利用这个“可靠资料”，发挥它的作用，就必须具备一定的识图知识。
然而，用图的人不测图，测图的人不用图，不在一个频道上，不在同一个世界，导致对地形图的理解上存在很大的误差，今天小编就1:1000地形图绘制常见的问题及基础知识进行科普，希望可以帮助到你。
往期文章链接：
1.了解地形图
地形图（topographic map）是将地面上的地物和地貌按水平投影的方法（沿铅垂线方向投影到水平面上），并按一定的比例尺缩绘到图纸上的图形。
下图是CASS绘制的地形图，有以下地图要素：
地形要素——地物符号
地貌要素——等高线
文字注记
图廓要素
1.2.1 数据检查
地形图采集软件选择较多，例如CASS、EPS、VirtuoZo等，模型及数据整理完毕后，需要导入到地形图采集软件中，使正射影像（控制点）与三维模型在同一个视图下显示，实现了二三维的显示后对数据进行检查，检查内容主要包括模型的完整性、是否有重叠和清晰等，数据检查无误后方可进行下一步工作。
1.2.2 数字线划图采集
通常情况下，地物要素的采集应遵循一定的顺序要求，进行采集线划图数据时，应采集测区内的框架要素，如水系、道路等，在确立整幅图的框架基础后，再采集其他要素。数据采集的基本原则是：保证地物采集要素特征的完整性和准确性;在图示和规范的要求下进行合理的综合取舍;要素采集定位要在三维模型下反复观察，真正做到判断有依据，定位准确，最终确定要素在图幅上的位置。
地物要素的采集应以三维模型（正射影像）为基准，在三维模型（正射影像）下通过作辅助线的方式切准地物的定位点，绘图时严格按照地物的实际情况采集，要求所采集线划图能够做到对地物的真实反映。在模型不清楚的区域，尤其在三维模型视图下无法做出有效判读时，则需要用特殊的界线符号标定出来，并注明原因，以便外业调绘人员进行外业调绘。点状地物的采集为要素的中心位置;线状地物应依据要素中心线位置采集，线型选择正确且走向明确;面状地物应按照地物的外围轮廓线采集，构成严格的闭合面，属性录入正确;地物标注应按照地物的类别分别标注，标注位置和方向应按照图示的要求设置。
1.2.3 图幅分区
考虑到模型的数据量庞大，模型的地理信息较为复杂等特性，内业作业人员无法一次性绘制整个区域线划图，因此将模型合理分区进行内业绘制显得非常重要。图幅分区既要考虑模型完整性，又要考虑后期的拼接精度。作图前选取模型覆盖区域内的道路、河流等标志性的线状地物，或者以某大面积空旷地带作为分幅基准。为保证后期图幅合并时的精度以及提高工作效率，可按照一定的顺序对分区后每一个区域进行命名编号，完成对图幅的分区。
1.2.4 地物采集
（1）道路采集
选择从道路绘制开始，公路与其他双线性道路在图上均应按照实际宽度依比例尺表示，沿道路边线内侧依次连点成线，通过确定道路的位置用来确定整幅线划图的框架，形成大致轮廓。道路按照等级划分为省道、主干道、次级道路、支路等类别，选择相应的线型表示，并在道路转弯处断开，避免不同的道路等级混淆不清。道路的材质类型按其铺设面材料分为“沥”“砼”“石”等类别，机耕路、小路由于等级较低则不需注记材料，道路名称标注要沿道路走向每隔一定距离垂直于道路标注，方便识图。
（2）建筑物采集
居民地的各类建筑物、构筑物及主要附属设施应准确按照外围轮廓采集，能够如实反映建筑物的结构特征，通过作辅助线的方法用来确定建筑物的边线与角点位置。房屋的轮廓一般以墙基外角为准，沿外角构面，并加注房屋结构和层数。
建筑物采集既要做到能够反应建筑物的结构特点，又要有效的保证采集精度。通常情况下，建筑物的角点位置是由两条相交且垂直的线构成，在作图时经常会出现非垂直的情况，这就要求在作图时应严格以三维模型的信息为准，做到对模型有充足的观察与理解，而且在作图完成后进行精度验证，使其更加符合真实的三维模型。
（3）等高线绘制
地形图上的等高线能够反映出地形类型、坡度坡向、地势的高低起伏等状况。高程点采集作为等高线绘制的首要工作，采用“品”字形采集高程点，一般每隔15m的距离采集一次，既不可过密造成点位堆积，又不可因为过于稀疏无法反映地形的走势，从而保证高程点在全图上有一定的密度，均匀的分布在测区内，避免出现疏密不匀的情况。
基本等高距设置0.5m为标准，绘制首曲线，即在每隔0.5m处要有等高线来表示地势的走向，而每隔2.5m绘制计曲线。等高线不可穿越双线性地物，如道路、河流、湖泊等，一般选择断开在建筑物、坎的一侧。等高线的绘制有2种途径：
①通过构建格网的方式，选取一定面积的测区范围，自动生成选取范围的格网，然后生成等高线，此方法的特点是可快速根据区域内的高程生成等高线，但无法自动断开在双线性地物处或者按照要求有选择的断开;
②通过依次观察高程的数值变化，按照基本等高距手动绘制，采用此方法的优势是能够按照作业人员的要求随时进行修改，但是工作量大，容易出现遗漏等情况，所以考虑到2种方式的特点，一般是通过构建三角网的方式自动生成所选取范围内的等高线，手动剔除不符合要求的等高线。由于高程点数目较多，所以在绘制等高线时要仔细观察，整体把控，做到不漏画一条等高线，同时每绘制完一条等高线，要沿等高线两侧校对高程值是否在基本等高距的范围内，如有超出范围的高程点，则需要进行修改。
1：500、1：1000、1：2000地形图主要用于小范围内精确研究、评价地形，可供勘察、规划、设计和施工等工作使用。
>我国共十一种基本比例尺地形图
>大比例尺地形图：1:500-1:10000
中比例尺地形图：1:25000-1:100000
小比例尺地形图：1:250000-1:1000000
>1:1000000地形图投影为：正轴等角圆锥投影
1:25000-1:500000地形图投影为：高斯克吕格，6°分带
1:500-1:10000地形图投影为：高斯克吕格，3°分带
>分幅编号：采用正方形或矩形，其规格为50cm×50cm或40cm×40cm。
图号以图廓西南角坐标公里数为单位编号，X在前Y在后，中间用短线连接，如：1：2000，10．0—21．0；1：1000，10．5—21．5；1：500，10．50—21．75。带状或小面积测区的图幅，按测区统一顺序进行图幅编号。
| 1:500地形图 城市居民地示意图 | 1：1000地形图 农村居民地示意图 | 1：2000地形图 城市立交桥示意图 |
1.4.1 误差来源
(1)像片的地面分辨率和影像质量
1.4.2 优化方案
(1)事后差分GPS
事后差分GPS 系统包括基站GPS、移动站GPS 和事后差分解算软件。基站GPS 架设在已经测定精确位置的点位上进行长时间连续观测。移动站GPS 搭载在无人机上，其天线中心位置与相机中心位置经过量测标定。移动站在飞行过程中连续观测，并完整记录相机曝光瞬间给出的曝光时间戳信号。航摄完成后，事后差分解算软件根据基站精确位置数据、基站连续观测数据、移动站连续观测及曝光时间戳数据进行事后差分解算，获得每张像片的高精度位置坐标数据。
(2)相机曝光与移动站GPS
记录时间戳高度同步相机曝光的真实时间与移动站GPS 记录的时间戳总会有些误差，需要采用一定的技术手段最大限度减小这个差值，尽可能实现相机曝光时间与移动站GPS 记录的曝光时间戳同步。
(3)增强像片影像质量
像片影像质量直接影响影像判读准确度，对1∶1000 测图尤为重要。所以需要选用成像质量较好的相机，选择空气洁净、光照充足的时间段，优化相机参数后进行航摄，以获得影像质量较好的像片。
(4)适度提高影像地面分辨率
影像分辨率越高，在航测法成图的各个环节中对影像的判读精度就会越高，但是航摄效率会下降。根据《数字航空摄影规范 第一部分：框幅式数字航空摄影》，1∶1000 航测法成图要求航摄地面分辨率小于0.1m，在兼顾航摄效率的同时为了提高成图精度，根据经验确定地面分辨率为0.08～0.09m。
(5)减小像点位移
像点位移会降低影像解析能力，影响判读精度。规范规定像点位移一般不应大于1 个像素，最大不应大于1.5 个像素。由像点位移公式δ=v×t/GSD 可知，要减小像点位移就要降低飞行速度，缩短曝光时间。所以需要在确保影像质量的情况下将曝光时间缩到最短。根据经验，像点位移小于1/3 个像素时可保证影像解析能力。
(6)提高像片重叠度
提高像片航向重叠度和旁向重叠度，有利于减少对像片边缘影像的利用，最大限度降低像片畸变纠正过程中的影像纠正误差。规范规定航摄重叠度一般应为航向60%～65%，旁向20%～30%。为了提高成图精度，可加大重叠度。根据经验，航向重叠度取70%～75%，旁向重叠取60%～65%可显著提高空中三角测量平差精度。
(7)增加构架航线
构架航线与正常航线垂直布设，起高程控制点作用，有利于减少像片控制点量测数量，增强区域网模型之间连续性，提高空中三角测量平差精度。构架航线结合事后差分解算提供的像片高精度POS 数据，能够实现稀少像片控制点甚至无像片控制点完成空中三角测量。
2.常用规范要求
（1）地物点平面测定精度要求
采用航测成图时，地物点对于邻近控制点的点位中误差与间距中误差应符合表7的规定。表 2 航测成图地物点相对邻近控制点的点位与间距中误差(单位：m)
地形类别 | 点位中误差与间距中误差 | |
1:1000 | ||
点位 | 间距 | |
平地、丘陵地 | ±0.6 | ±0.6 |
山地、高山地 | ±0.8 | ±0.8 |
※特殊困难地区可放宽50%
根据对应的比例尺计算后，表3实际可以转换为表4。
表 3 地物点平面精度要求
地形类别 | 点位中误差与间距中误差(m) |
1:1000 | |
平地、丘陵地 | 0.6 |
山地、高山地 | 0.8 |
举例说明： 以1:1000成图比例尺的山地为例，查表可知丘陵地的平面精度要求为 图上0.6mm，换算后即为0.6mm*1000 = 0.6m |
（2）地形图基本等高距
地形图的基本等高距应符合表9的规定。
表 4 地形图基本等高距(单位：m)
地形类别 | 成图比例尺 |
1:1000 | |
平地 | 0.5(1.0) |
丘陵地 | 1.0 |
山地 | 1.0 |
高山地 | 2.0 |
※括号内数值表示可选基本等高距，一幅图内不得采用两种以上基本等高距
（3）地形图高程精度
表 5 等高线插求点的高程中误差
地形类别 | 平地 | 丘陵地 | 山地 | 高山地 |
高程中误差 | ≤1/3等高距 | ≤1/2等高距 | ≤2/3等高距 | ≤1等高距 |
※特殊困难地区可放宽50%
可以得到地形图高程精度要求。
表 6 地形图高程精度要求（单位：ｍ）
地形类别 | 成图比例尺 |
1:1000 | |
平地 | 0.15 |
丘陵地 | 0.5 |
山地 | 0.67 |
高山地 | 2.0 |
举例说明： 以1:1000成图比例尺的丘陵为例，查表可知基本等高距为1.0m， 地形图高程精度要求为1/2等高距，则可以计算出高程精度需满 足1.0m*1/2 = 0.5m精度 |
3.精度检测方法
3.1 野外检测方式
1:1000比例尺DLG线划图平面精度评定作业方法一般采用全野外数字采集法。对于1:1000地形图，对每幅图的平面检测点的采点密度约为密度60-80个，且布点间距均匀。
对于大比例尺线划图成果利用全野外数字采集方法进行平面精度检测时主要采用RTK配合全站仪进行作业，RTK主要用于图根点数据采集。全站仪用于实际碎步检测点数据采集。钢尺丈量主要用于对地物分布复杂的地方进行相对关系的检核。
（1）全野外数据采集方法
其主要作业方法是利用全站仪对图面的地物点进行坐标数据采集，从而得到地物点的绝对位置。
全站仪设站时，仪器对中误差不应大于5mm，且检核方向不能少于两个，检核点的平面位置误差不应大于5cm，否则数据采集结果不可靠，是不能进行精度检测的中误差计算数据。
全野外数字采集操作方法分为：
（1）对点状地物采集采用绝对中心法
地形图上的电杆，各类不依比例支柱墩等要素，均可视为点状地物。在对电杆进行数据采集时一定要采用偏心测量模式测定出其绝对位置；对支柱墩中心点采集可采用偏心法或定点法；
（2）线状地物采用顶点法
线状地物数据采集的主要对象是地形图上的房角点。通过对房角点绝对坐标的采集得到图面坐标与实测坐标的差值，从而进行坐标差值统计。
（2）钢尺丈量法
主要用于地物点间的相对关系的确定。根据实地丈量的尺寸与图上尺寸进行比较，得到一个数学差值，最后进行中误差计算。
3.2 内外业检测方式
为开展地形图精度检测，采用了抽取1：1000标准图幅地形图的精度检测，为保证地形图精度检测的代表性，分别抽取4幅地形图，并保证了地形图的抽取兼顾了一般地区和建成区的选取。地形图精度检测使用全站仪、单基站RTK结合进行，为保证精度检测质量，检测全过程严格落实了《1：500 1：1000 1：2000外业数字测图技术规程》（GB/T 14912-2005）的相关规范要求，同时保证了每幅1：1000标准图幅地形图高程、平面检测点个数均不少于20个。而在平面误差和高程误差的统计计算中，采用了将测量检测点展绘到地形图（立体测图采集）中的方式，由此求得了统计计算结果。结合统计计算结果可直观发现，其精度是否满足作业要求。
(1)检查点立体量测
将空三结果导入到全数字摄影测量系统，在立体上量测检查点三维坐标。
(2)检查点野外量测
采用天宝RTK 到野外实地测量检查点三维坐标。
(3)精度对比
以检查点野外量测为基准，立体量测相对野外量测的平面位置中误差、高程中误差分别按下面公式计算。
式中：
m1——检查点中误差，单位为米(m);
Δ——检查点野外实测值与立体观测值的误差，单位为米(m);
n ——参与评定精度的检查点数(每幅图20～50个)。
3.3 内业质检
数字线划图内业采集完成后形成了初步图幅成果，如图所示。要对线划图的地理要素完整性、准确性进行检查，在内业对其质量进行初步验证。
（1）完整性检查
地理要素的完整性检查主要包括以下几点：
① 所绘制的线划图内容是否有地物绘制遗漏缺失，地物绘制遗漏的原因往往是由于模型自身的清晰度欠缺或者精度过低造成，使模型存在问题区域，无法为作业人员提供有效的作图依据，此时要对问题区域进行原因标注，方便后期的外业调绘检查;或者是由于作业人员的疏忽导致，此时则需要对缺失地物按照规范重新绘制。
②对于某些可以不予绘制的地物是否有重绘而存在取舍不合理的现象，解决方法是对照相应规范重新校对取舍的合理性，对相应的要素数据删除或保留。
③不同小面积的图幅合并后在图幅公共接边处出现地理要素重复、缺少或者错位现象，出现错位的原因大多是由于在合并图幅时没有确定好公共点，造成公共点位置的不一致，进而造成不同图幅之间的错位。解决错位问题一般需要重新校对不同图幅之间的公共点，直至错位消失。
（2）准确性检查
线划图内容的准确性则是指地物要素的属性是否存在不一致性，如面状地物赋予了“线”属性;文字标注类型错误，如路面材质类型、房屋结构类型标注错误;地类要素之间图层分类混乱;点、线、面之间的拓扑关系在逻辑上存在错误或者未建立拓扑关系;地类要素存在压盖的情况等。通过EPS软件的数据检查功能可逐条进行修改。
（3）质量初步验证
在完成数据的完整性和准确性检查后，通过作辅助线的方式随机采集地物的定位点、线，检查图幅是否有粗差出现，若出现粗差，则需要确认作图是否出现定位不准确的问题，然后依据定位点重新作图。
（4）外业调绘
外业调绘是线划图制作的重要内容，也是检验内业制图成果的有效手段，通过外业调绘，对内业绘制要素数据与测区现场实际情况进行对比，校核地物的完整性以及验证成图的精度。在1：1000无人机测图中，外业调绘的工作主要包括以下内容：
①地物类型核实 内业作图的依据是三维模型，在某些情况下，对于模型清晰度欠缺的区域，单凭人眼的判别有时是难以辨别地物类型，如电杆与路灯作为点状地物在三维模型上的区分经常容易混淆;而某些大面积地物的地类类型，如大范围林地的种类属于杨树林还是果树林，难以做出有效判断，这就要求外业调绘人员在工作中必须核实图纸上的内容是否与实际一致。若出现不一致，则需要在图纸上清楚标注，以方便内业人员的修正。
②属性核实 属性核实一般是对地物的标注属性进行核查，比如建筑物的层数，尤其针对高层建筑物的层数，对错标和漏标的要予以纠正，以及建筑物的结构类型，由于在某些建筑物密集地带，建筑物之间的间距较小，造成模型遮挡严重，其结构类型往往难以做出合理判断，所以在外业调绘时要对类似区域着重核查记录。
③地物补测 由于某些不规则地物之间的界限模糊，难以区分，为保证数据的精度，需要现场实测，然后统一进行内业的绘制。
④精度验证 外业调绘时的精度验证不同于内业，为检验内业作图的精度，选取测区范围内一定数量的检测点，检测点应均匀的分布在测区内，通过GPS-RTK的作业方式实测检测点的坐标数据与高程数据，对每一个点位应有明确的编号，其位置应与图纸上一一对应。在外业调绘完成后，将调绘的数据拿到内业进行绘图，输出最终的成果。
（5）大比例尺成图精度评价
通过采用GPS-RTK外业调绘后的数据和无人机内业地形图采集数据进行精度对比分析：主要从数学精度方面进行对比。数学精度主要包括平面精度(平面坐标)以及高程精度，外业测量数据整理完成后内业成图，通过选取相同位置点位的坐标数据进行较差计算，利用点位中误差公式计算出检测点的中误差，并进行精度统计，由式(1)表示为
式中：M为中误差;Δ为点位差;n为检测点位数量。
往期推荐
【第80期】 | 免费资料上新！优秀测绘工程测量技术数字测图毕业设计论文分享