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摘要: 随着计算机和电子全站仪的广泛推广,传统的白纸成图法向数字测图方向发展已经是地形图的成图方法的必然趋势。尤其是在沿海发达地区,数字测图几乎已占据了绝大部分的地形图测绘市场。然而, 在矿山井下测量工作中，数字测图的应用仍然比较滞后, 主要的原因就是电子全站仪的价格比较昂贵。虽然我们知道在井下作业环境十分恶劣, 但是有的矿山不舍得投入。除此之外, 在测量时由于电子全站仪发射的是红外线, 所以在有易燃易爆气体（例如瓦斯）的矿山中是不能够应用。综上所述，数字测图在矿山井下应用就变得非常少。随着科学技术的迅速发展,电子全站仪的性能也在不断完善, 在没有易燃易爆气体的黑色金属矿山中电子全站仪现在可以完全应用。本文主要是介绍数字测图的方法以及在矿山井下测量中的具体应用效果和注意事项。
关 键 词: 数字测图; 矿山井下; 碎步测量
中图分类号：P623.3文献标识码： A 文章编号：
前言
随着信息革命的发展，一种新型的数字地图出现于在空间数据库的应用中。数字地图就是由计算机实现以数字形式储存抽象和对客观世界的高度抽象的地图。
近年来，伴随着测绘仪器、电子技术和计算机技术的不断发展，作业手段、测绘方法和成果都发生了十分巨大的改变。随着卫星定位系统（GPS）、计算机在外业测量中的应用和各种制图硬件的迅速开发，地形测量的野外数据记录、传输、采集和处理逐步实现了自动化和电子化，并且它与内业机助制图系统相结合形成了内外业一体化数字测图系统。在野外测绘的成果中，过去的白纸图、数据表格已经转化为由计算机光盘、磁盘记载的数据成果。
在当今的测绘市场中，传统的测绘方式、作业手段已经不能够再适合。随着电子技术和计算机技术的不断的普及与数字化测图的技术和效率的不断提高，数字化测图的应用会变得更加广泛。而在当今测绘方法中，内外业一体化数字测图将占有极大的优势。
1.作业方法
目前, 矿山井下数字成图的两种方法主要是现场数字测图和原图数字化。它的作业过程都为以下的三个步骤: 地形图的数据输出、 数据采集、数据处理。
1. 1原图数字化
该方法仅需配备数字化仪、绘图仪以及计算机。在数字化软件的支持下, 我们可以在非常短的时间内获得数字成果。具体的两种实现方式为：手扶跟踪数字化和扫描矢量化后数字化, 其中后一种的精度和效率要比前一种的高。
但是，由于受原图精度和数字化过程中所产生各种误差的影响, 采用这种方法所获得的数字地图精度要比原图差。为了利用该法能得到较为精确的数字地图, 我们可以通过修测、补测等方法来实测一部分地物点的精确坐标, 然后用这些點的坐标代替原来的坐标。这样, 我们就能一定程度上提高原有图的精度。另外,由于实测坐标的增加与地图的更新, 地图的精度会大大的提高。
1.2现场数字测图
井下可直接采用现场数字测图的方法称为内外业一体化数字测图。这种方法的主要特点是精度高。只要采取一定的措施,我们可以把重要地物相对于邻近控制点的精度控制在5cm的范围内，但是其人力、财力、物力的投入十分大。
2.测绘软件的选择
对于一个成图软件的性能标准，第一我们需要看的是该软件是否能够适合本单位的实际情况；第二我们要看可操作性和界面是否友好；第三我们要看其提供的功能是否齐全与先进。
CASS系列对于已经熟悉AutoCAD的用户来说是个十分不错的选择, 因为它是基于AutoCAD平台开发的,并且它具有 AutoCAD的所有功能, 而AutoCAD则是是业内公认的绘图平台, 它的编辑功能是十分全面和强大的。
CASS的3种工作方式主要是电子平板方式、原图数字化方式及内外业一体化。同时在CAD的基础上, 它又开发了量算定点、图形复制、绘制多功能复合线等功能。此外, 它还提供了地籍表格绘制和图纸管理等功能。它十分适合于用电子平板方式作业和在室内编辑成图的单位。
3.数字测图外业工作
3. 1控制测量
在井下数字测图工作中, 控制测量的工作与传统控制测量相比, 应该更简便。在新的规范中, 对精度要求没有多大的变动。根据本人的实际工作经验,认为有一些限制条件是可以放宽的, 特别是图根控制。现在各测绘单位所使用的电子全站仪的精度一般为5″、( 3+5×10-6) ″, 加之是电子自动读数, 所以它的实际精度要较其标称精度高,相比于光学经纬
仪, 它就更加具有优势。
在传统测图中, 地面点平面位置的误差会受到下面5点误差的影响: 1.图根点的展绘误差M1; 2.测定地物点的距离误差M2;3.测定地物点的方向误差M3; 4.地形图上地物点的刺点误差M4;5清绘时所造成的误差M5。
综上所述, 地形图上地物点平面位置的误差：
M0= M12+M22+ M32+M42+M52.
以1∶1000比例尺, 最大视距为100m为例, 地形图上地物点平面位置的误差分析见表1。
在数字测图中, 图根点与地物点的展绘误差都可忽略不计，这是因为计算机的自动展点。剩下的为M向、M距。取方向中误差为标称精度的3倍极限, 因为是半测回测角, 所以方向的误差为5″×20. 5= 7.2″,3×7.2″= 22″, 取碎部点至测站的距离为100m, 则方向误差M3= 22/ 206265×100= 0. 010m。考虑测量中棱镜不到位等各项因素的影响, 我们就取经验值0.020m。则实际测得的该平面点相对于图根点的误差为0.022m。
由此可见, 在视线较好的情况下, 由于全站仪相对于经纬仪测角、测距精度的提高及计算机的应用,测量碎部点的距离可以放大, 图根点的密度可作相应地降低, 边长也可放宽至100～300m。对于支站,我们根据实践支3到4站的精度就可以达到预计的要求。
3.2碎部测量
数字测图中, 我们在碎部测量中运用的主要方法为极坐标法。在实测得多数碎部点的坐标后, 我们可以利用软件中的距离交会、十字尺测量法、方向交会、或量算定点等方法来取得其余各点的坐标, 再辅以软件中的拷贝、偏移、延伸等功能, 得到最后的图形。
在非电子平板数字测图中, 很多单位采用的都是用外业草图和室内交互编缉来完成测图工作。但这样的做法不但会降低外业的工作效率,而且操作也相对于比较繁琐。在测量的运作中, 绘制草图不仅比较麻烦, 而且专人画草图也十分浪费人力。通过数字测图便可避免了上述的缺点,其中一人跑尺、内业绘图, 另一人照明、扶标尺, 还有一人观测、全站仪上作记录和编码,这就完全满足了工作要求, 实践表明这个做法也是十分可行的。
因为井下巷道位置都是根据设计图纸施工出来的, 所以说关系比较简单,；对于点号编码来说,我们可以采取数字顺序编码和字母编码相结合的方法。例如: 测点按照顺序可以编程: 1代表任意数字, 单数代表前进方向左侧的点, 双数代表前进方向右侧的点, 独立测点编为D+数字编号, 风水管路可以编为F+ 数字编号, 等等依次类推。
当在外业完成各点的编号( 编码) 后, 回到室内我们就可传输到计算机的各点, 在计算机屏幕上以展绘编码的方式出来, 再根据设计图纸辅以这些点号编码,我们就可十分方便地把这些点连接起来。完成这项工作后, 我们要把图拿到实地对照,量取实地没有测到的各种数据, 再在计算机上进行交互编缉,从而最终得到地形图。
4. 数字测图的发展趋势
当前, 航测数字测图所使用的影像数据是由航摄底片经扫描而来,影像经摄影处理和扫描后, 已损失了相当一部分的信息, 并不是真正意义上的数字影像数据。随着高分辨率数字航摄仪在民用航空摄影中的应用, 将直接由航摄数字影像取代扫描数字影像, 从而为航测数字化生产提供良好的数据源。
工测全野外数字测图系统有待于进一步完善。虽然数字测图系统已能满足普通用户的测绘生产需求, 并基本代替了平板测图, 占有了极大的市场份额, 但是由于它的输出功能单一, 缺少与其它地理信息系统的数据转换, 因此, 在城市地理信息数据库建设方面有较大的障碍, 数据不能一步到位。笔者认为面向GIS数据采集、建库的一条龙生产体系已不再是一句套话, 它将成为未来衡量数字测图系统技术要求的重要标准之一。
当前, RTK 技术的应用还只局限于控制测量方面, 但随着硬件价格的下降, 其优越的价格性能比日益突现。RTK 技术的实现将进一步提高数字测图的生产效率,成为仪器和技术更新换代的又一里程碑。
参考文献
[1] 武汉测绘科技大学《测量学》编写组，测量学，北京：测绘出版社，1991
[2] 国家测绘局职业技能指导中心，测量基础，哈尔滨，哈尔滨地图出版社，2001、6
[3] 国家测绘局职业技能指导中心，地图制图，哈尔滨，哈尔滨地图出版社，2001、6
关 键 词: 数字测图; 矿山井下; 碎步测量
中图分类号：P623.3文献标识码： A 文章编号：
前言
随着信息革命的发展，一种新型的数字地图出现于在空间数据库的应用中。数字地图就是由计算机实现以数字形式储存抽象和对客观世界的高度抽象的地图。
近年来，伴随着测绘仪器、电子技术和计算机技术的不断发展，作业手段、测绘方法和成果都发生了十分巨大的改变。随着卫星定位系统（GPS）、计算机在外业测量中的应用和各种制图硬件的迅速开发，地形测量的野外数据记录、传输、采集和处理逐步实现了自动化和电子化，并且它与内业机助制图系统相结合形成了内外业一体化数字测图系统。在野外测绘的成果中，过去的白纸图、数据表格已经转化为由计算机光盘、磁盘记载的数据成果。
在当今的测绘市场中，传统的测绘方式、作业手段已经不能够再适合。随着电子技术和计算机技术的不断的普及与数字化测图的技术和效率的不断提高，数字化测图的应用会变得更加广泛。而在当今测绘方法中，内外业一体化数字测图将占有极大的优势。
1.作业方法
目前, 矿山井下数字成图的两种方法主要是现场数字测图和原图数字化。它的作业过程都为以下的三个步骤: 地形图的数据输出、 数据采集、数据处理。
1. 1原图数字化
该方法仅需配备数字化仪、绘图仪以及计算机。在数字化软件的支持下, 我们可以在非常短的时间内获得数字成果。具体的两种实现方式为：手扶跟踪数字化和扫描矢量化后数字化, 其中后一种的精度和效率要比前一种的高。
但是，由于受原图精度和数字化过程中所产生各种误差的影响, 采用这种方法所获得的数字地图精度要比原图差。为了利用该法能得到较为精确的数字地图, 我们可以通过修测、补测等方法来实测一部分地物点的精确坐标, 然后用这些點的坐标代替原来的坐标。这样, 我们就能一定程度上提高原有图的精度。另外,由于实测坐标的增加与地图的更新, 地图的精度会大大的提高。
1.2现场数字测图
井下可直接采用现场数字测图的方法称为内外业一体化数字测图。这种方法的主要特点是精度高。只要采取一定的措施,我们可以把重要地物相对于邻近控制点的精度控制在5cm的范围内，但是其人力、财力、物力的投入十分大。
2.测绘软件的选择
对于一个成图软件的性能标准，第一我们需要看的是该软件是否能够适合本单位的实际情况；第二我们要看可操作性和界面是否友好；第三我们要看其提供的功能是否齐全与先进。
CASS系列对于已经熟悉AutoCAD的用户来说是个十分不错的选择, 因为它是基于AutoCAD平台开发的,并且它具有 AutoCAD的所有功能, 而AutoCAD则是是业内公认的绘图平台, 它的编辑功能是十分全面和强大的。
CASS的3种工作方式主要是电子平板方式、原图数字化方式及内外业一体化。同时在CAD的基础上, 它又开发了量算定点、图形复制、绘制多功能复合线等功能。此外, 它还提供了地籍表格绘制和图纸管理等功能。它十分适合于用电子平板方式作业和在室内编辑成图的单位。
3.数字测图外业工作
3. 1控制测量
在井下数字测图工作中, 控制测量的工作与传统控制测量相比, 应该更简便。在新的规范中, 对精度要求没有多大的变动。根据本人的实际工作经验,认为有一些限制条件是可以放宽的, 特别是图根控制。现在各测绘单位所使用的电子全站仪的精度一般为5″、( 3+5×10-6) ″, 加之是电子自动读数, 所以它的实际精度要较其标称精度高,相比于光学经纬
仪, 它就更加具有优势。
在传统测图中, 地面点平面位置的误差会受到下面5点误差的影响: 1.图根点的展绘误差M1; 2.测定地物点的距离误差M2;3.测定地物点的方向误差M3; 4.地形图上地物点的刺点误差M4;5清绘时所造成的误差M5。
综上所述, 地形图上地物点平面位置的误差：
M0= M12+M22+ M32+M42+M52.
以1∶1000比例尺, 最大视距为100m为例, 地形图上地物点平面位置的误差分析见表1。
在数字测图中, 图根点与地物点的展绘误差都可忽略不计，这是因为计算机的自动展点。剩下的为M向、M距。取方向中误差为标称精度的3倍极限, 因为是半测回测角, 所以方向的误差为5″×20. 5= 7.2″,3×7.2″= 22″, 取碎部点至测站的距离为100m, 则方向误差M3= 22/ 206265×100= 0. 010m。考虑测量中棱镜不到位等各项因素的影响, 我们就取经验值0.020m。则实际测得的该平面点相对于图根点的误差为0.022m。
由此可见, 在视线较好的情况下, 由于全站仪相对于经纬仪测角、测距精度的提高及计算机的应用,测量碎部点的距离可以放大, 图根点的密度可作相应地降低, 边长也可放宽至100～300m。对于支站,我们根据实践支3到4站的精度就可以达到预计的要求。
3.2碎部测量
数字测图中, 我们在碎部测量中运用的主要方法为极坐标法。在实测得多数碎部点的坐标后, 我们可以利用软件中的距离交会、十字尺测量法、方向交会、或量算定点等方法来取得其余各点的坐标, 再辅以软件中的拷贝、偏移、延伸等功能, 得到最后的图形。
在非电子平板数字测图中, 很多单位采用的都是用外业草图和室内交互编缉来完成测图工作。但这样的做法不但会降低外业的工作效率,而且操作也相对于比较繁琐。在测量的运作中, 绘制草图不仅比较麻烦, 而且专人画草图也十分浪费人力。通过数字测图便可避免了上述的缺点,其中一人跑尺、内业绘图, 另一人照明、扶标尺, 还有一人观测、全站仪上作记录和编码,这就完全满足了工作要求, 实践表明这个做法也是十分可行的。
因为井下巷道位置都是根据设计图纸施工出来的, 所以说关系比较简单,；对于点号编码来说,我们可以采取数字顺序编码和字母编码相结合的方法。例如: 测点按照顺序可以编程: 1代表任意数字, 单数代表前进方向左侧的点, 双数代表前进方向右侧的点, 独立测点编为D+数字编号, 风水管路可以编为F+ 数字编号, 等等依次类推。
当在外业完成各点的编号( 编码) 后, 回到室内我们就可传输到计算机的各点, 在计算机屏幕上以展绘编码的方式出来, 再根据设计图纸辅以这些点号编码,我们就可十分方便地把这些点连接起来。完成这项工作后, 我们要把图拿到实地对照,量取实地没有测到的各种数据, 再在计算机上进行交互编缉,从而最终得到地形图。
4. 数字测图的发展趋势
当前, 航测数字测图所使用的影像数据是由航摄底片经扫描而来,影像经摄影处理和扫描后, 已损失了相当一部分的信息, 并不是真正意义上的数字影像数据。随着高分辨率数字航摄仪在民用航空摄影中的应用, 将直接由航摄数字影像取代扫描数字影像, 从而为航测数字化生产提供良好的数据源。
工测全野外数字测图系统有待于进一步完善。虽然数字测图系统已能满足普通用户的测绘生产需求, 并基本代替了平板测图, 占有了极大的市场份额, 但是由于它的输出功能单一, 缺少与其它地理信息系统的数据转换, 因此, 在城市地理信息数据库建设方面有较大的障碍, 数据不能一步到位。笔者认为面向GIS数据采集、建库的一条龙生产体系已不再是一句套话, 它将成为未来衡量数字测图系统技术要求的重要标准之一。
当前, RTK 技术的应用还只局限于控制测量方面, 但随着硬件价格的下降, 其优越的价格性能比日益突现。RTK 技术的实现将进一步提高数字测图的生产效率,成为仪器和技术更新换代的又一里程碑。
参考文献
[1] 武汉测绘科技大学《测量学》编写组，测量学，北京：测绘出版社，1991
[2] 国家测绘局职业技能指导中心，测量基础，哈尔滨，哈尔滨地图出版社，2001、6
[3] 国家测绘局职业技能指导中心，地图制图，哈尔滨，哈尔滨地图出版社，2001、6