项目九 大比例尺地形图测绘

内容提要 本项目共分四个任务，主要介绍了大比例尺地形图测绘的传统测绘方法和数字化测图方法，并以南方CASS软件为例，介绍了数字化成图软件的使用方法，最后介绍了水下地形测绘的方法。本项目的重点内容是：地物和地貌特征点的选择，等高线的勾绘，经纬仪测绘法，CASS软件绘制地物和等高线的方法，利用全站仪、GPS测定水下地形。本项目的难点是：地貌特征点的选择，等高线的勾绘，CASS软件的使用。

遵循测量工作“从整体到局部，先控制后碎部”的原则，在控制测量工作结束后，就可根据图根控制点测定地物、地貌特征点的平面位置和高程，按测图比例尺缩绘在图纸上，并根据地形图图式规定的符号，勾绘出地物和地貌的位置、大小和形状，形成地形图。地面上地物和地貌的特征点称为碎部点，其平面坐标和高程的测定工作称为碎部测量。根据碎部测量的方法来划分，地形图测绘方法主要分为以下三种：以平板仪、经纬仪、光电测距仪等为主要测量工具的传统测绘方法；以电子全站仪、GPS为主要测量工具，并辅以计算机、绘图仪的数字化测图方法；摄影测量方法。本项目主要介绍传统测绘方法以及全站仪数字化测图方法。

任务一 大比例尺地形图的传统测绘方法

一、测图前的准备工作

（一）图纸准备

采用厚度为0.07～0.1mm的聚酯薄膜作为测图用的图纸。图纸经过热定型处理后，伸缩率小于0.2%，具有透明度好、伸缩性小、不怕潮湿等优点，并可直接在测绘原图上着墨和复晒蓝图，使用保管都很方便；如果表面不清洁，还可用水清洗，便于野外作业。缺点是易燃、易折，故使用与保管时应注意防火、防折。

（二）划分图幅

地形图的标准图幅一般有50cm×50cm、40cm×50cm两种。每个图幅所能测绘的实地范围等于图幅面积乘上测图比例尺分母的平方。当测区面积或某个方向的长度大于一个图幅所能容纳的范围时，必须分幅进行测绘。可先在印有毫米方格的坐标纸上按较小比例尺展绘出所有控制点，并根据控制点标绘出需测范围的大致边线，然后按测图比例尺和图幅大小划分图幅。如图9-1所示，对测区进行图幅划分，比例尺为1∶1000，图幅为50cm×50cm。

（三）绘制坐标方格网

聚酯薄膜图纸分空白图纸和印有坐标方格网的图纸。印有坐标方格网的图纸有两种规格：50cm×50cm的正方形分幅和40cm×50cm的矩形分幅。空白图纸使用时按要求先进行裁剪，再在图纸上精确地绘制10cm×10cm的直角坐标方格网，然后根据坐标方格网展绘控制点。坐标方格网的绘制常用对角线法、坐标格网尺法或用AutoCAD软件绘制。

1.对角线法

如图9-2所示，用对角线法绘制坐标方格网的方法是：

（1）用检验过的直尺先将图纸的对角相连，对角线交点为M点，以M为圆心，取适当长度为半径画弧，在对角线上分别画出A、B、C、D四点，连接这四点成一矩形ABCD。

（2）从A、B两点起，各沿AD、BC每隔10cm定一点；从A、D两点起，各沿AB、DC每隔10cm定一点，连接对边的相应点，即得坐标方格网。

图9-1 测区的图幅划分

图9-2 对角线法绘制坐标方格网

2.坐标格网尺法

坐标格网尺是一种金属直尺，适用于绘制50cm×50cm及以下幅面的方格网，如图9-3所示。尺子上有6个间隔10cm的方孔，每个方孔中有一个斜面。尺子左端的起始孔的斜面上刻有一条细刻画线，是零点的指标线。其余各孔及尺子右末端的斜边均是以零点为圆心，各以10cm、20cm、30cm、40cm、50cm及70.711cm为半径的短弧线。而70.711cm则是50cm×50cm正方形对角线的长度。

图9-3 坐标格网尺

如图9-4所示，用坐标格网尺绘制方格网的方法是：

（1）首先确定图幅在图纸中的位置，然后平行于图纸下边缘，沿尺边画一条直线。将尺子的零点对准直线左端适当位置，沿各孔画与直线相交的弧线，得6个交点，设两端交点为A、B，如图9-4（a）所示。

（2）将尺子零点对准B，目估使尺子垂直于AB，沿各孔斜边画弧线，如图9-4（b）所示。

图9-4 坐标格网尺绘制方格网

（3）将尺子零点对准A，并沿对角线放置，以尺子末端斜边画弧线，使其与右上方的弧线相交得C点，如图9-4（c）所示。

（4）将尺子零点对准A，目估使尺子垂直于AB，沿各孔斜边画弧线，如图9-4（d）所示。

（5）将尺子零点对准C，目估使尺子与图纸上边缘平行，沿各孔斜边画弧线，第6根弧线与左上方的弧线相交得D点，如图9-4（e）所示。

（6）连接A、B、C、D各点，即得边长为50cm的正方形。再连接正方形两对边的对应分点，即得边长为10cm的坐标方格网，如图9-4（f）所示。

方格网绘好后，必须立即进行严格检查，以保证控制点展绘的精度。规范规定：方格边长与理论长度（10cm）之差应小于图上0.2mm；图廓边、图廓对角线的长度与其理论值之差应小于图上0.3mm；网格线粗应小于0.1mm。若超过限差规定，应重新绘制。

（四）展绘控制点

根据比例尺和分幅编号，在格网四周标注出各相应格网线的坐标值，如图9-5所示。

坐标方格网画好后，应根据测图比例尺将坐标值注在相应坐标格网边线的外侧，如图9-5所示。展点时，首先根据控制点的坐标，确定控制点所在的方格。如A点坐标为x_A=767.43m、y_A=554.52m，其位置在klmn方格内。然后按x坐标值分别从k、n点按测图比例尺向上各量67.43m，得a、b两点。从k、l两点向右分别量取54.52m，同法可得c、d两点，则ab和cd两连线的交点即为A点位置。同法将其他各控制点展绘于图上，用比例尺量取相邻点间的长度，与相应的实际距离比较，其差值不应超过图上0.3mm。经检查无误后，按图式规定绘出导线点符号，并在其右侧以分数形式注明点号及高程。如图9-5所示，分子为点号，分母为高程。

图9-5 控制点的展绘

二、碎部测量的方法

大比例尺地形图的传统测绘方法有经纬仪测绘法、大平板仪测图法和小平板仪与经纬仪联合测图法。本节只介绍经纬仪测绘法。

经纬仪测绘法就是将经纬仪安置在控制点上，绘图板安置于经纬仪旁边；用经纬仪测定碎部点的方向与已知方向之间的夹角；再用视距测量方法测出测站点至碎部点的平距及碎部点的高程；然后根据实测数据，用量角器和比例尺把碎部点的平面位置展绘在图纸上，并在点的右侧注明其高程，最后对照实地描绘地物、地貌。

（一）碎部点的选择

测绘地形图时，地物和地貌的特征点称为碎部点。正确选择碎部点是保证测图质量和提高效率的关键。

1.地物特征点的选择

地物特征点主要是地物轮廓的转折点（如房屋的房角，围墙、电力线的转折点），道路河岸线的转弯点、交叉点，电杆、独立树的中心点等。连接这些特征点，便可得到与实地相似的地物形状。一般情况下，主要地物凹凸部分在图上大于0.4mm时均应表示出来。

2.地貌特征点的选择

地貌特征点应选在最能反映地貌特征的山脊线、山谷线等地性线上，如山顶、鞍部、山脊和山谷的地形变换处、山坡倾斜变换处和山脚地形变换的地方。

为了能真实表示实地情况，在地面平坦或坡度无明显变化的地区，碎部点的最大间距、和碎部点的最大视距应符合表9-1的规定。

（二）施测方法

1.安置仪器

如图9-6所示，将经纬仪安置在控制点A上，经对中和整平后，量取仪器高i，并记入碎部测量手簿，见表9-2。仪器对中的偏差，不应大于图上0.05mm。盘左（或盘右）瞄准另一较远的控制点B，将水平度盘置数为0°00′00″，则AB为起始方向。瞄准另一个相邻的控制点进行检核，其检核方向线的偏差不大于图上0.3mm，高程较差不应大于基本等高距的1/5。每站测图过程中和结束前应注意检查定向方向。

图9-6 经纬仪测绘法测图

将固定了图纸的图板安置在测站附近，使图纸上控制点位置与地面上相应控制点的位置大致相同。图上控制点A、B的连线为图上的起始方向线，用小针通过量角器圆心的小孔插在控制点A上，使量角器圆心固定在A点。

2.立尺

跑尺前，跑尺员与观测员、绘图员共同商定跑尺路线，然后依次将水准尺立在地物、地貌特征点上，如图9如图9-6的1点上。

3.观测

观测员将经纬仪瞄准1点的水准尺，读尺间隔l，中丝读数v、调节竖盘指标水准管微动螺旋使竖盘指标水准气泡居中，得竖盘读数L（盘左）及水平角β。

同理观测2点、3点、4点……时，应随时检查定向点B的方向，其归零差不得大于4′，否则应重新定向。

4.记录与计算

将上述观测数据逐项记入表9-2相应栏内，并用第五章视距测量中介绍的公式，计算出水平距离和高程。在备注栏内注明碎部点的名称，以方便绘图和必要时进行检查。

5.展点

绘图员转动量角器，利用量角器逆时针注记的刻划，将碎部点1的水平角角值95°54′对准起始方向线AB，此时量角器上零方向线便是碎部点1的方向。然后在零方向线上，按测图比例尺根据水平距离56.3m定出1点的位置，并在点的右侧注明其高程，一般注至0.1m；对1∶500、1∶1000的地形图可根据需要注至0.01m。同法，将其余各碎部点的平面位置及高程绘于图上。

6.绘图

参照实地情况，随测随绘，按《地形图图式》规定的符号将地物和等高线绘制出来。地形图上的连线、符号和注记一般在现场完成。

每幅图应测出图廓线外5mm，在测绘过程中应加强测区边界线的检查，以保证相邻图幅准确拼接。

（三）注意事项

（1）应事先对所用仪器工具进行检验校正。

（2）测角时盘左或盘右均可。但每一测站应多次检查起始方向是否为零。若归零差超限，需重新照准起始方向水平读盘置数为0°00′00″，再对碎部点进行逐点改正。

（3）每一测站测绘前，应先对图上已展绘的各碎部点进行检查，点数应不少于两个，检查无误后，才能开始测绘。

（4）在描绘地物、地貌时，必须遵守“看不清不绘”的原则。

（四）等高线的勾绘

当图上有足够数量的地貌特征点时，根据这些特征点位标注的高程，按内插法求出符合等高线高程的点位，再将这些点位按照地貌情况连绘成等高线。

1.内插法原理

如图9-7所示，设坡脚和坡顶两个特征点在图上的平面位置分别为A与B，其高程为H_A与H_B。按照地貌特征点的要求，这两点之间既然未测定其他点就应看成是均匀斜坡，于是根据两点的高差可按测图比例尺作AB′线，B′就相当于坡顶的高程位置。从两点的高程可以知道该坡上应有几条等高线。假设需要画的等高线其高程为H_C，它在图上的平面位置为c，由图可以看出

图9-7 内插法原理图

所以Ac=（H_C-H_A）AB/（H_B-H_A）

即两特征点间的等高线离其中某个特征点的距离，等于等高线与该特征点的高差乘上两特征点的距离与其高差的比值。

2.勾绘方法

如图9-8（a）所示，点A、B、C等是测得的地貌特征点。AB、BE、BD、DG、GI、GK是山脊线，DF、DC、GH是山谷线。首先将这些地性线轻轻勾绘出来，山脊线、山谷线用虚线勾绘。然后求出相邻两地形点间等高线所经过的位置，如图9-8（b）所示。以A、B两点为例，H_A=52.8m、H_B=57.4m。如果等高距为1m，则A、B两点间必定有53m、54m、55m、56m和57m五条等高线通过。如图9-8（b）所示，在图上量得AB的距离为64mm，A、B两点间的高差为h_AB=H_B-H_A=57.4-52.8=4.6（m），A点与邻近的53m等高线的高差为0.2m，则根据内插法原理，A点与53m等高线间的平距为，即可定出53m等高线在AB线上的位置。而B点与邻近的57m等高线的高差为0.4m，同理可得B点与57m等高线间的平距为≈6mm，也可定出57m等高线在AB线上的位置。然后将图上53m和57m两条等高线间的平距四等分，节点即为54m、55m、56m等高线的位置。同法可以定出其他各相邻地形点之间的等高线位置，然后将高程相同的相邻点连成光滑的曲线，即为等高线图，如图9-8（c）所示。

图9-8 等高线的勾绘

（a） 地貌特征点；（b） 等高线勾绘；（c）等高线

三、地形图的拼接、检查和整饰

（一）地形图的拼接

采用分幅测图时，为了拼接方便，测图时每幅图的西、南两边应测出图廓线外5mm左右。拼接时，先将相邻两幅共同边界部分的图廓线、坐标方格网及其两侧各10m范围内的地物和等高线描绘到一条透明纸上，如图9-9所示，然后检查它们的衔接情况，若两边地物或等高线错开不超过表9-3规定值的倍时，则可在透明纸上进行修正（通常取两边的平均位置），使图形和线条合乎自然地衔接起来，再根据透明纸上修接好的图形套绘到相邻两幅上去。如果发现错误或漏测，应当重测或补测。

（二）地形图的检查

地形测图的检查需贯彻测图过程的始终。地形图的检查可分为室内检查和室外检查两部分。

1.室内检查

图9-9 图幅拼接

室内检查的内容有图面上地物、地貌是否清晰易读，各种符号、注记是否正确，等高线与地貌特征点的高程是否相符，接边精度是否合乎要求等。如发现错误和疑点，不可随意修改，应加以记录，并到野外进行实地检查、修改。

2.室外检查

室外检查是在室内检查的基础上进行重点抽查。检查方法分巡视检查和仪器检查两种。巡视检查时应携带测图板，根据室内检查的重点，按预定的巡视检查路线，进行实地对照查看。主要查看地物、地貌各要素测绘是否正确、齐全，取舍是否恰当，等高线的勾绘是否逼真，图式符号运用是否正确等。仪器设站检查是在室内检查和野外巡视检查的基础上进行的。除对发现的问题进行补测和修正外，还要对本测站所测地形进行检查，看所测地形图是否符合要求，测定测站周围部分地物和地貌点的平面位置和高程，看是否与原测点相同。若误差不超过表9-3规定的中误差的倍，即视为符合要求，否则应对照实地进行改正，若错误较多，应进行修测或重测。仪器检查量一般为整幅图的10%～20%。

（三）地形图的整饰

原图经过拼接和检查后，还应按规定的地形图图式符号对地物、地貌进行清绘和整饰，使图面更加合理、清晰、美观。整饰的顺序是先图内后图外，先注记后符号，先地物后地貌。最后写出图名、比例尺、基本等高距、坐标及高程系统、施测单位、测绘者及施测日期，同时绘出邻接关系表。如果是独立坐标系统，还需画出指北方向。

任务二 数字化测图方法

一、概述

广义地讲，制作以数字形式表示的地图的方法和过程就是数字测图，包括全野外数字化测图（地面数字测图）、地图数字化成图、数字摄影测量和遥感数字测图。狭义地讲，数字化测图指全野外数字化测图，本任务基本介绍的是全野外数字化测图。数字化测图是以计算机技术为核心，在输入输出设备及硬、软件的支持下，对地形空间数据进行处理而得到数字地图。数字化测图的硬件配置主要有野外测量数据采集和内业计算机辅助制图系统，包括全站仪、电子手簿、与微机的通信接口、微型计算机、绘图仪和打印机等；软件配置主要有系统软件和应用软件，包括操作系统、操作计算机所需的其他软件、计算机绘图软件和专用的测图软件，如南方测绘公司开发的CASS，武汉瑞得的RDMS测图系统和清华的山维测图软件等。

数字化测图不仅是利用计算机辅助绘图，减轻测图人员的劳动强度，保证地形图绘制质量，提高绘图效率，而且通过计算机进行数据处理，直接建立数字地面模型和电子地图，为建立地理信息系统提供了可靠的原始数据，以供国家、城市和行业部门的现代化管理，以及工程设计人员进行计算机辅助设计（CAD）使用。

数字化测图的基本思想就是将采集的地形数据输入计算机，由机内的成图软件进行处理、成图、显示，经过编辑修改，生成符合国家标准的地形图，最后生成的图形文件可以存储在磁盘上，也可以通过绘图仪打印出纸质地图。

数字化测图技术在野外数据采集工作的实质是解析法测定地形点的三维坐标，是一种先进的地形图测绘方法，与传统的图解法相比，具有以下几方面的优势。

1.自动化程度高

由于采用全站仪、RTK在野外采集数据，自动记录存储，并可直接传输给计算机进行数据处理、绘图，不但提高了工作效率，而且减少了测量错误的发生，使得绘制的地形图精确、美观、规范。同时由计算机处理地形信息，建立数据和图形数据库，并能生成数字地图和电子地图，有利于后续的成果应用和信息管理工作。

2.精度高

数字化测图的精度主要取决于对地物和地貌点的野外数据采集的精度，若距离在300m以内时，测定地物点的平面误差约为±15mm，高程误差约为±18mm，其他因素的影响很小，全站仪的解析法数据采集精度要远远高于图解法平板绘图的精度。

3.使用方便

数字化测图采用解析法测定点位坐标依据的是测量控制点，测量成果的精度均匀一致，并且与绘图比例尺无关，利用分层管理的野外实测数据，可以方便地绘制不同比例尺的地形图或不同用途的专题地图，实现了一测多用，同时便于地形图的检查、修测和更新；并可以作为地理信息系统（GIS）的重要信息源，为GIS的辅助决策和空间分析发挥作用。

数字化测图技术的应用在我国已逐步成熟了，近几年又出现了图像全站仪和三维激光扫描仪等快速数据采集设备，快速测绘数字景观图成为现实。今后，数字化测图方向将朝着一种无点号、无编码的镜站遥控电子平板测图系统的发展。

二、野外数字化数据采集的方法

在实际工作中，大比例尺数字化测图（或数字化地形测图）一般是指地面数字化测图，也称野外数字化测图。地面数字化测图是利用电子全站仪、GPS-RTK或其他测量仪器，在野外采集地形数据，通过便携式电子计算机或全站仪内存、存储卡、野外电子手簿与野外草图，利用测图软件进行野外数字化测图。野外数字化测图依其发展过程看，主要可分为数字测记法模式和数字测绘法模式（又称电子平板模式）。

（一）数字测记法模式

数字测记法模式就是将野外采集的地形数据存储在仪器内存或单独的存储卡内，回到室内再将数据传输到计算机中，根据地形数据和野外详细绘制的草图（或各个点的编码），通过专业测绘软件（如南方CASS）实行计算机屏幕人机交互编辑、修改，生成图形文件或数字地图。在数字测记模式中，按照作业方式的不同，可以分为有码（编码）和无码作业（也称草图法）两种，而按照野外数据采集硬件设备的不同，又可将其分为全站仪数字测记模式和GPS-RTK数字测记模式。

1.全站仪数字测记模式测量

全站仪数字测记模式是用全站仪实地采集地面点的三维坐标，并用仪器内存（或电子手簿）自动记录观测数据，如图9-10所示。全站仪数字测记模式是目前最常见的测记式数字测图作业模式，为大多数软件支持。

图9-10 全站仪数据采集的作业模式

全站仪野外数据采集方式可根据实测条件和测区具体情况来选择，常用的方法是极坐标法测量，此外，还有方向直线交会、垂直量边、交会定点等。其中，极坐标法特别适用于大范围开阔地区的碎部点测定工作。下面主要介绍利用数字测记法模式中的无码作业方式进行数据采集的作业过程，利用南方全站仪NTS-352进行数据采集的操作过程可参见项目七任务三的相关内容。

（1）将电子全站仪安置在测站点上，经对中、整平后量取仪器高；开机后应对全站仪进行参数设置，如温度、气压、棱镜常数等。仪器对中偏差不应大于5mm，仪器高和棱镜高应精确到1mm。

（2）设置测站。按全站仪的菜单提示，由键盘输入测站信息，如测站点号、测站仪器高和测站点的坐标等。测站点的坐标可以直接输入，也可以从文件中直接调用。

（3）定向（设置后视点）。按全站仪的菜单提示，由键盘输入后视点号和后视点坐标或直接输入后视方位角，全站仪可以根据坐标反算出后视方向的坐标方位角，并以此角值设定全站仪的水平度盘起始读数；后视点的坐标可以直接输入，也可以从文件中直接调用。需要注意的是，应选择较远的图根点作为定向点。

（4）用全站仪瞄准检核点反光镜，测量检核点的三维坐标，并与该点已知信息进行比较，若检核不通过则不能继续进行碎部测量。要求检核点的平面位置较差不应大于图上0.2mm，高程较差不应大于基本等高距的1/5。

（5）用全站仪瞄准碎部点上的反光棱镜，按照菜单提示输入碎部点信息，如碎部点点号、棱镜高度（多数可设置成默认值）等（有码作业方式时还应输入碎部点的地形信息编码），按测量键，全站仪便自动测算出碎部点的三维坐标值，并将坐标自动存储在全站仪内存中。实际操作中，全站仪也会将测量的角度、距离、高差自动记录在另外一个文件中，这些数据可以为三维坐标数据检查核对用。全站仪测图的最大测距长度见表9-4。

全站仪野外数据采集的注意事项：

（1）作业过程中和作业结束前，应对定向进行检查。

（2）野外数据采集时，测站与测点两处作业人员必须时时联络，距离较远时，可使用对讲机等通信工具。每观测完一点，观测员要告知绘草图者被测点的点号，以便及时对照全站仪内存中记录的点号和绘草图者标注的点号，保证两者一致。若两者不一致，应查找原因，是漏标点了，还是多标点了，或一个位置测重复了等，必须及时更正。

（3）在野外采集时，能测到的点要尽量测，实在测不到的点可利用皮尺或钢尺量距，将丈量结果记录在草图上，室内用交互编辑方法成图。

（4）全站仪测图，可按图幅施测，也可分区施测。按图幅施测时，每幅图应测出图廓线外5mm；分区施测时，应测出区域界线外图上5mm。

特别提示：

（1）应选择较远的图根点作为定向点，以减小目标倾斜误差和仪器对中误差对观测的影响。

（2）当输入定向点坐标或方位角以后，一定要瞄准定向点并进行测量。

2.GPS-RTK数字测记模式测量

GPS-RTK的测量就是在基准站上安置GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将其观测数据，通过无线电（或GPRS/CDMA）传输设备（也称数据链），实时地发送给用户观测站（流动站）；在用户观测站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，也接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地解算并显示用户观测站的三维坐标及其精度，其定位精度可达5cm以内。根据基准站建立的方式不同，RTK测量技术又可分为传统RTK和网络RTK（如CORS技术）。简单地说，传统RTK就是可移动的基站作业，基站位置一般由作业组根据任务确定，而CORS就是固定的永不断电的基站，其基站一般由政府部门在某选定固定地点建设。RTK地形测量主要技术要求见表9-5。

下面以南方RTK灵锐S86仪器为例，介绍利用无线电技术传统RTK数据采集的作业过程，如图9-11所示。

图9-11 电台模式下RTK传统数据采集的作业模式

（a）基准站部分；（b）移动站部分

RTK由两部分组成：基准站部分和移动站部分。其操作步骤是先启动基准站，后进行移动站操作。

（1）基准站部分。

1） 架好脚架于已知点上，对中整平（如架在未知点上，则大致整平即可）。

2）接好电源线和发射天线电缆。注意电源的正负极正确（红正黑负）。

3） 打开主机和电台，主机开始自动初始化和搜索卫星，当卫星数和卫星质量达到要求后，主机上的DL指示灯开始5s快闪2次，同时电台上的TX指示灯开始每秒闪1次。这表明基准站差分信号开始发射，整个基准站部分开始正常工作。

（2） 移动站部分。

1）将移动站主机接在碳纤对中杆上，并将接收天线接在主机顶部，同时将手簿（PSION采集器）夹在对中杆的适合位置。

2）打开主机，主机开始自动初始化和搜索卫星，当达到一定的条件后，主机上的DL指示灯开始1s闪1次（必须在基准站正常发射差分信号的前提下），表明已经收到基准站差分信号。

3） 打开手簿，启动“工程之星”软件，如图9-12所示。工程之星快捷方式一般在手簿的桌面上，如手簿冷启动后则桌面上的快捷方式消失，这时必须在Flashdisk中启动原文件（我的电脑→Flashdisk→SETUP→ERTKPro2.0.exe）。

4）启动软件后，软件一般会自动通过蓝牙和主机连通。如果没连通则首先需要设置蓝牙（工具→连接仪器→选中“输入端口：7”→点击“连接”）。

5）软件在和主机连通后，软件首先会让移动站主机自动去匹配基准站发射时使用的通道。如果自动搜频成功，则软件主界面左上角会有信号在闪动。如果自动搜频不成功，则需要进行电台设置（工具→电台设置→在“切换通道号”后选择与基准站电台相同的通道→点击“切换”）。

6）在确保蓝牙连通和收到差分信号后，开始新建工程（工程→新建工程），依次按要求填写或选取如下工程信息：工程名称、椭球系名称、投影参数设置、四参数设置（未启用可以不填写）、七参数设置（未启用可以不填写）和高程拟合参数设置（未启用可以不填写），最后确定，工程新建完毕。

7）进行校正。校正有两种方法。

方法一：利用手簿中已经输入的控制点坐标库（设置→控制点坐标库）求四参数，如图9-13所示。在控制点坐标库界面中点击“增加”，根据提示依次增加控制点的已知坐标和原始坐标，一般至少2个控制点，当所有的控制点都输入，察看确定无误后，单击“保存”，选择参数文件的保存路径并输入文件名。完成之后单击“确定”。然后单击“保存成功”小界面右上角的“OK”，四参数已经计算并保存完毕。

图9-12 新建工程图

图9-13 利用坐标库校正

方法二：校正向导（工具→校正向导），此方法又分为两种模式。

a.基准站架在已知点上选择“基准站架设在已知点”，点击“下一步”，输入基准站架设点的已知坐标及天线高，并且选择天线高形式，输入完后即可点击“校正”。系统会提示你是否校正，并且显示相关帮助信息，检查无误后“确定”校正完毕。

b.基准站架在未知点上选择“基准站架设在未知点”，再点击“下一步”。输入当前移动站的已知坐标、天线高和天线高的量取方式，再将移动站对中立于已知点上后点击“校正”，系统会提示是否校正，“确定”即可。

8）当移动站立在目标点上，且手簿显示测量状态为“固定解”时，如图9-14所示。点存储快捷键“A”，即可将当前坐标和高程信息记录下来，如图9-15所示。

RTK野外数据采集的注意事项：

（1）采集过程中，基站不允许移动或关机又重新启动，若重启动后必须重新校正。

（2）基站要远离微波塔、通信塔等大型电磁发射源200m外，要远离高压输电线路、通信线路50m外；一般应选在周围视野开阔的位置，避免在截止高度角15°以内有大型建筑物；同时应选在地势较高的位置。

（3）接收机启动后，观测员应使用专用功能键盘和选择菜单，查看测站信息接收卫星数、卫星号、卫星健康状况、各卫星信噪比、相位测量残差实时定位的结果及收敛值、存储介质记录和电源情况。如发现异常情况或未预料情况，及时作出相应处理。

图9-14 目标点测量

图9-15 快捷键“A”存储

（4）为了保证RTK的高精度，最好对三个以上平面坐标已知点进行校正，而且点精度要均等，并要均匀分布于测区周围，要利用坐标转换中误差对转换参数的精度进行评定。如果利用两点校正，一定要注意尺度比是否接近于1。

（5）移动站在信号受影响的点位，为提高效率，可将仪器移到开阔处或升高天线，待数据链锁定达到固定后，再小心无倾斜地移回待定点或放低天线，一般可以初始化成功。

测记法外业设备轻便、操作方便、野外作业时间短。由于是“盲式”作业，对于较复杂的地形，通常要绘制草图。

（二）数字测绘法模式

数字测绘法模式（又称电子平板模式），使用安装了测图软件的便携机（称为电子平板），在野外利用电子全站仪测量，将采集到的地形数据传输给便携式计算机，测量工作者在野外实时地在屏幕上进行人机对话，对数据、图形进行处理、编辑，最后生成图形文件或数字地图，所显即所测，实时成图，真正实现内外业一体化。这种作业模式的特点是现场成图，实现了“所见即所测”；可及时发现并纠正测量错误，从而具有较高的可靠性。但这种作业模式对设备要求高，便携机不适应野外作业环境（如供电时间短、液晶显示屏光强看不清等）是主要缺陷，目前只用于房屋密集的城镇地区的测图工作。

野外数字化测图的施测方式不同，人员的配备也有所不同。全站仪测记法施测时，作业人员一般配置为：观测员1人，领尺员1人，跑尺员1～3人。领尺员负责画草图和室内成图，是核心成员。RTK测记法施测时，作业人员一般配置为：基站观测员1人（采用网络RTK技术时，基站不需要测量组人员），移动站测量员1人，移动站测量员一般负责画草图和室内成图。电子平板法施测时，作业人员一般配置为：观测员1人，电子平板操作人员1人，跑尺员1～3人。

三、数字地面模型的建立

数字地面模型（DTM）是以数字的形式按一定的结构组织在一起，表示实际地形特征的空间分布模型，也是地形形状大小和起伏的数字描述。

DTM的核心是地形表面特征点的三维坐标数据和一套对地表提供连续描述的算法。最基本的DTM至少包含了相关区域内平面坐标（x，y）与高程z之间的映射关系。即

通过DTM可以得到有关区域中任一点的地形情况，计算出任一点的高程并获得等高线。DTM还可以用于计算区域面积、土地划分、土方工程量计算、获取地形断面和坡度信息等。

建立数字地面模型一般有以下几个步骤：数据的获取，数据转换，数据的预处理，构网建模，存储和管理，数模的应用。

（一） DTM的数据结构

DTM常用的数据结构主要分为规则格网和不规则三角网。规则格网结构是将离散的原始数据点，依据插值算法归算出规则形状格网的结点坐标，或在数据采集时，就按规则格网取点。每个结点的坐标都有规律地存在DTM之中，最常用的规则格网结构是矩形格网。由于矩形格网DTM存储量最小，非常便于使用且容易管理，因而他是目前运用最广泛的一种形式。但缺点是有时不能准确表示地形的结构与细部，因此基于规则格网DTM描绘的等高线不能准确地表示地貌。不规则三角网（TIN）是将采集的地形特征点，按一定规则连接成覆盖整个区域且互不重叠的许多三角形，构成一个不规则三角网表示的DTM，通常称为TIN。TIN能较好地顾及地貌特征点、线，表示复杂地形表面比格则格网精确，缺点是数据量较大，数据结构复杂，因而使用与管理也较复杂。

（二）不规则三角网（TIN）的建立

不规则三角网是直接利用测区内野外实测的地形特征点（离散点）构造出邻接的三角形。TIN的每个基本单元的核心是组成不规则三角形的三个顶点的三维坐标，这些坐标完全来自原始测量成果。由于采样时选取观测点是由地形决定的，因而由离散点构成的三角形必然是不规则的。

TIN的建立应基于最佳三角形的条件，即应尽可能地保证每个三角形是钝角三角形或三边的长度近似相等，避免出现过大的钝角和过小的锐角。常用的一种建立TIN的方法是角度判别法。该方法是当已知三角形的两个顶点（即一条边）后，利用余弦定理计算备选第三顶点为角顶点的三角形内角的大小，选择最大者对应的点为该三角形的第三顶点。当得到第一个三角形后，再以这个三角形的每条边为基础，按角度最大的原则向外扩展，连接邻近离散点组成三角形。新的三角形的边又作为连接其他离散点的基础，如此下去，直到所有的三角形的边都无法再扩展成新的三角形，而且所有离散点都包含在三角形的顶点中，并要保证三角网中没有重复和交叉的三角网。在生成TIN的过程中，还要考虑地性线、地物等对格网的影响，应用中通常把地性线等地形特征线作为TIN中三角形的边，在扩展TIN时先从地形特征线开始，以保证DTM格网最大限度地符合实际地形。

（三）特殊地貌和地物的处理

由于实际地表的地貌和地物的变化以及地形图绘制的要求，TIN建立过程中还必须要考虑特殊地貌和地物的处理，以保证DTM的正确性，以及满足等高线和断面的生成、土方量的计算、地形图绘制等DTM应用的需要。

1.断裂线的处理

在建TIN时，需要把断裂线（坡度变化陡峭的地形如陡坎、河岸等变化不连续的地形边线）提取出来并扩展成几个极窄的条形闭合区域（图9-16）。在绘制地形图时，等高线与地物是分层处理的，等高线层中等高线绘制到闭合（折）线时断开，而在地物层闭合线正是坎的符号绘制的地方，两层叠加输出，绘出的就是地形图。

图9-16 断裂线的处理

2.地物的处理

等高线遇地物（如房屋、道路）时需要断开，所以数字地面模型中要将它们处理成闭合区，扩展三角形是由房屋边线向外扩展，等高线遇闭合区边界即终止。

3.地性线的处理

TIN结构的DTM是以三角形为基本单位表达实际地形的，在生成TIN的过程中，以山谷线、山脊线为起始边，向两侧扩展出三角形格网，这样就保证了三角形格网数字地面模型与实际地形相符。

（四）矩形格网的建立

矩形格网是在区域平面内划分为相同大小的矩形单元，以每个矩形单元顶点作为DTM的数据结构的基础。矩形格网是DTM数据结构规则格网中最常用的，正方形格网是其特例。建立矩形格网的原始数据，若是利用航测仪器采集，一般都是按等间隔直接采集矩形格网的顶点坐标。若是野外测量获得的离散点坐标，其分布一般是不规则的，为了建立矩形格网，必须通过数学方法计算出新的规则格网结点的坐标（它不一定是地形的特征点）。格网结点坐标是DTM的构成和应用的基础，其精度直接影响DTM的精度。因此，从离散点生成格网结点的插值算法必须最大限度地保持原始数据的精度，同时保持原始数据中地形特征的信息。

矩形格网点高程插值的过程就是根据给定的平面坐标P（x，y）利用邻近的已知点作为参考点，计算出P点的高程。

（五）基于三角网的等高线绘制

利用DTM自动追踪生成等高线，概括来说要经过两个步骤。首先根据数字地面模型的数据探求各条等高线上点子的平面坐标，然后用平滑的曲线将位于同一高程的诸点顺序连成一条等高线。基于TIN绘制等高线直接利用原始观测数据，因而等高线精度较高；而同一高程的等高线只穿过一个三角形最多一次，因而程序设计也比较简单。现以不规则三角网为例，介绍等高线追踪生成的过程。

（1）按顺序判断每一个三角形的三边之二是否有等高线穿过。若三角形一边的两端点为P₁（x₁，y₁，H₁）、P₂（x₂，y₂，H₂），则

直至搜索到等高线与格网边的第一个交点，称该点为搜索起点，也是当前三角形的等高线进入边。线性内插该点的平面坐标（x，y）

式中 x、y——高程为H的等高线与某三角形交点的平面坐标。

（2）搜索该等高线在该三角形的离去边，也是相邻三角形的进入边，并内插其平面坐标。搜索与内插方法与上面搜索起点的方法相同，不同的是仅对该三角形的另两边作处理。

（3）进入相邻三角形，重复第2步，直至离去边没有相邻三角形（此时等高线为开曲线）或相邻三角形就是搜索起点所在的三角形（此时等高线为闭曲线）时为止。

（4）当一条等高线全部跟踪完后，将其光滑输出，然后继续三角形的搜索，直至全部三角形处理完，再改变等高线高程，重复以上进程，直到完成全部等高线的绘制为止。

根据上述原理建立数字地面模型，追踪绘制等高线的方法，一般在数字化测图软件中均以模块形式编制程序，操作人员只需选取相应菜单项，计算机将自动执行程序，并辅以简单的人工编辑，即可完成上述功能。如南方的CASS数字化成图软件绘制等高线的过程是：建立数字地面模型（构建三角网）、修改数字地面模型（修改三角网）、绘制等高线（自动追踪绘制等高线）、等高线的修饰（注记等高线等）。

四、地形图的处理与输出

野外采集的地物与地貌特征点信息，经过数据处理之后形成了图形数据文件，其数据是以高斯直角坐标的形式存放的，而图形输出无论是在显示器上显示图形，还是在绘图仪上自动绘图，都存在一个坐标转换问题。另外，还有图形的截幅、绘图比例尺的确定、图式符号注记及图廓整饰等内容，都是计算机绘图不可缺少的内容。

1.图形截幅

因为在数字化地形测量中野外数据采集时采用全站仪等设备自动记录或手工键入实测数据、信息等，大多并未在现场成图，因此，对所采集的数据范围应按照标准图幅的大小或用户确定的图幅尺寸，进行截取。对自动成图来说，这项工作就称为图形截幅。首先根据四个图廓点的高斯平面直角坐标，确定图幅范围；然后，对数据的坐标项进行判断，将属于图幅矩形框内的数据，以及由其组成的线段或图形等，组成该图幅相应的图形数据文件，而将图幅以外的数据以及由其组成的线段或图形，仍保留在原数据文件中，以供相邻图幅提取。

2.图形的显示与编辑

根据数据文件，将数据进行坐标转换，实现定位，利用各种基本绘图命令及其有机的结合，编制程序，自动显示图形。对在屏幕上显示的图形，可根据野外实测的草图或记录的信息进行检查，若发现问题，对其进行屏幕编辑和修改，同时按成图比例尺完成各类文字注记、图式符号以及图名图号、图廓等成图要素的编辑。经检查和编辑修改成为准确无误的图形，连同相应的信息编码保存在图形数据文件中或组成新的数据文件，供自动绘图时调用。

3.等高线的绘制

数字化测图中生成等高线主要有两种方法：①根据实测的离散高程点自动建立不规则的三角网数字高程模型，并在该模型上内插等值点生成等高线；②根据已建立的规则格网数字高程模型数据点生成等高线。

由于不规则三角网数字高程模型点（三角形的顶点）全为实测的碎部点，地形特征数据得到充分利用，完全依据碎部点高程的原始数据插绘等高线，几何精度高，且算法简单，等高线和碎部点的位置关系与原始数据完全相符。因此，数字化测图中生成等高线，多数采用建立不规则的三角网数字高程模型生成等高线。

4.绘图仪自动绘图

野外采集的地形信息经数据处理、图形截幅、屏幕编辑后，形成了绘图数据文件，利用这些绘图数据，即可由计算机软件控制绘图仪自动输出地形图。

绘图仪作为计算机输出图形的重要设备，其基本功能是将计算机中以数字形式表示的图形描绘到图纸上，实现数（x、y坐标串）模（矢量）的转换。

任务三 南方CASS测图软件

数字测图软件是数字测图系统的关键。现在国内测绘行业使用的数字测图软件较多，常用的有南方CASS软件、清华山维EPSW测绘系统、武汉瑞得RDMS数字测图系统等。这里主要介绍南方CASS软件进行数字测图的方法。

南方CASS软件是广州南方测绘仪器公司基于AutoCAD平台开发的GIS前端数据采集系统，主要应用于地形成图、地籍成图、工程测量应用、空间数据建库等领域。

一、CASS7.0的操作界面简介

CASS7.0的操作界面主要分为以下几部分：顶部下拉菜单、右侧屏幕菜单、命令栏、状态栏和工具条等，如图9-17所示。每个菜单均以对话框或命令行提示的方式与用户交互作答，操作灵活方便。

二、草图法数字测图

草图法数字测图工作过程：在外业使用全站仪测量碎部点三维坐标的同时，领图员绘制草图，草图上的内容包括：碎部点构成的地物形状、类型及碎部点点号（注意：应与全站仪记录的点号一致）。内业利用CASS软件，将全站仪内存中的碎部点三维坐标传输到计算机中，再根据野外绘制的草图，在CASS中绘制地物和等高线。

（一）数据传输

使用数据线连接全站仪与计算机的COM口，设置好全站仪的通信参数（全站仪通信参数的设置方法请参考项目七任务四），在CASS7.0的“数据处理”菜单下选择“读全站仪数据”子菜单，弹出如图9-18所示的对话框。选中相应型号的全站仪，并设置与全站仪一致的通信参数，勾选“联机”复选框，在对话框最下面的“CASS坐标文件：”的空栏中输入想要保存的文件名，然后点击“转换”按钮，CASS便弹出一个提示对话框，按提示操作，全站仪即可发送数据，CASS软件将发送的数据保存在已设定好的数据文件中。

图9-17 CASS7.0的操作界面

（二）内业成图

CASS软件根据作业方式的不同，分为“点号定位”“坐标定位”“编码引导”几种方法。本任务以CASS自带的坐标数据文件“C：\CASS70\DEMO\YMSJ.DAT”为例，介绍利用“点号定位法”和“坐标定位法”绘制地物的方法。

1.定显示区，展野外测点点号

定显示区的作用是根据输入坐标数据文件的数据大小定义屏幕显示区域的大小，以保证所有点可见。

首先移动鼠标至“绘图处理”项，按左键，即出现如图9-19下拉菜单。然后选择“定显示区”项，输入碎部点坐标数据文件名，即完成定显示区。随后，移动鼠标至“绘图处理”项，在图9-19下拉菜单中，选择“展野外测点点号”，便可以将碎部点展到屏幕上。

2.绘平面图

根据野外作业时绘制的草图，移动鼠标至屏幕右侧菜单区选择相应的地形图图式符号，然后在屏幕中将所有的地物绘制出来。

图9-18 数据通信菜单

图9-19 数据处理下拉菜单

例如，根据草图，由33、34、35号点连成一间普通房屋，4、5、6、7、8点连成小路，如图9-21所示。

（1）用“点号定位法”绘制普通房屋。首先移动鼠标至右侧菜单“坐标定位/点号定位”处，选择“点号定位”。移动鼠标至右侧菜单“居民地/普通房屋”处按左键，系统便弹出如图9-20所示的对话框。再移动鼠标到“四点简单房屋”的图标处按左键，这时命令区提示：

图9-20 “点号定位法”居民地对话框

已知三点/2.已知两点及宽度/3.已知四点〈1〉：输入1，回车（或直接回车默认选1）。

点P/〈点号〉输入33，回车。

点P/〈点号〉输入34，回车。

点P/〈点号〉输入35，回车。

这样，即将33、34、35号点连成一间简单房屋。如图9-21所示。

（2）用“坐标定位法”绘制小路。首先移动鼠标至右侧菜单“坐标定位/点号定位”处，选择“坐标定位”。移动鼠标至右侧菜单“交通设施/其他道路”处按左键，在弹出的对话框中选择“小路”，单击“确定”按钮，根据命令行的提示分别捕捉4、5、6、7、8五个点，按回车键结束，命令行提示：

拟合线〈N〉？

一般选择拟合，输入y，按回车键，完成小路的绘制，如图9-21所示。

图9-21 绘制完成的普通房屋和小路

三、等高线的绘制

在绘等高线之前，必须先将野外测的高程点建立数字地面模型（DTM），然后在数字地面模型上生成等高线。本任务以CASS自带的坐标数据文件“C：\CASS70\DEMO\DGX.DAT”为例，介绍等高线的绘制过程。

（1）移动鼠标至屏幕顶部菜单“等高线”项，选择“建立DTM”，出现图9-22对话框。

首先选择建立DTM的方式，分为两种方式：由数据文件生成和由图面高程点生成，如果选择由数据文件生成，则在坐标数据文件名中选择坐标数据文件；如果选择由图面高程点生成，则在绘图区选择参加建立DTM的高程点。然后选择结果显示，分为三种：显示建三角网结果、显示建三角网过程和不显示三角网。最后选择在建立DTM的过程中是否考虑陡坎和地形线。点击确定后生成如图9-23所示的三角网。

（2）修改数字地面模型 （修改三角网）。一般情况下，由于地形条件的限制在外业采集的碎部点很难一次性生成理想的等高线，如楼顶上控制点。另外还因现实地貌的多样性和复杂性，自动构成的数字地面模型与实际地貌不太一致，这时可以通过修改三角网来修改这些局部不合理的地方。

图9-22 选择建模高程数据文件

图9-23 用DGX.DAT数据建立的三角网

CASS软件提供的修改三角网的功能有：删除三角形、增加三角形、过滤三角形、三角形内插点、删三角形顶点、重组三角形、删三角网、修改结果存盘等，根据具体情况可对三角网进行修改，并将修改结果存盘。

（3）绘制等高线。用鼠标选择“等高线”下拉菜单的“绘制等高线”项，弹出如图9-24所示对话框。根据需要完成对话框的设置后，单击确定按钮，CASS开始自动绘制等高线，如图9-25所示。最后在“等高线”下拉菜单中选择“删三角网”。

图9-24 绘制等高线对话框

图9-25 CASS软件绘制的等高线

（4）等高线的修饰。CASS软件提供了以下等高线的修饰功能：注记等高线，等高线修剪，切除指定二线间等高线，切除指定区域内等高线，等值线滤波等。利用这些功能，可以给等高线加注记、切除穿注记和建筑物的等高线。

四、地形图的整饰

下面以CASS自带的数据文件“C：\CASS70\DEMO\STUDY.DWG”为例，介绍常用的添加注记和图框的方法。

1.添加注记

首先在需要添加文字注记的位置绘制一条拟合的多功能复合线，然后用鼠标左键点取右侧屏幕菜单的“文字注记”项，在弹出的菜单中选择“注记文字”，弹出如图9-26（a）的对话框。在注记内容中输入“经纬路”并选择注记排列和注记类型，输入文字大小确定后选择绘制的拟合的多功能复合线即可完成注记，如图9-26（b）所示。

图9-26 文字注记

2.加图框

用鼠标左键点击“绘图处理”菜单下的“标准图幅（50×40）”，弹出如图9-27的界面。在“图名”栏里，输入“建设新村”；分别输入“测量员”“绘图员”“检查员”各栏的内容；在“左下角坐标”的“东”“北”栏内分别输入“53073”“31050”；在“删除图框外实体”栏前打钩，然后按 “确认”。

图9-27 图幅整饰对话框

任务四 水下地形的测绘

水下地形测量是指测绘水体覆盖下的地形测量工作，包括测深、定位、判别底质和绘制地形图等。水下地形点的平面位置和高程也不像陆地上地面点那样可以直接测量，而必须通过水上定位和水深测量进行确定。在深水区和水面很宽的情况下，水深测量和测深点平面位置的确定是一项比较困难的工作，需要采用特殊的仪器设备和观测方法。

一、水位观测

水位即水面高程。水下地形点的高程是根据测深时的水位减去水深求得的，因此，测深时必须进行水位观测。这种测深时的水位称为工作水位。

图9-28 水尺

在进行水下地形测量时，如果作业时间很短，河流水位又比较稳定，可以直接测定水边线的高程作为计算水下地形点高程的起算依据。如果作业时间较长，河流水位变化不定时，则应设置水尺随时进行观测，以保证提供测深时的准确水面高程。

水尺一般用搪瓷制成，长1m，尺面刻划与水准尺相同。设置水尺时，先在岸边水中打入一个长木桩，桩侧钉上水尺，使水尺零点浸入水面以下0.3～0.5m，尺面侧向岸边以便观测，如图9-28所示，水尺零点的高程从邻近水准点用四等水准测量引测。

水位观测时将水面所截的水尺读数加上水尺零点高程即为水位。

二、测深工具

水深即水面至水底的垂直距离。为了求得水下地形点的高程，须进行水深测量。水深测量常用的工具有测深杆、测深锤和回声测深仪等。

（一）测深杆

一般用长6～8m、直径5cm左右的竹竿制成，从杆的底端起，以不同颜色相间标出每分米分划，每1m处都有注记。底部有一直径10～15cm的铁制底盘，用以防止测深时测杆下陷而影响测深精度如图9-29所示。测深杆宜在水深5m以内，流速小于1.0m／s的水域。测深中误差为±0.10m左右。测深时，将测杆斜向上游插入水中，当杆端到达河底且与水面成垂直时读取水面所截杆上读数，即为水深。

（二）测深锤

图9-29测深杆

图9-30测深锤

由重约4～8kg的铅锤和长约10m左右的测绳组成如图9-30所示。铅锤底部通常有一凹槽，测深时在槽内涂上牛油，可以粘取水底泥沙，借以判明水底泥沙性质，验证测锤是否到水底。测绳由纤维制成，以分米为间隔，系有不同颜色的分米标记；在整米处扎以皮条，注记米数。测深锤适用于水深10m以内，流速小于1m/s时的水域，测深中误差为±0.15m左右。

（三）回声测深仪

1.构造和工作原理

回声测深仪是根据超声波能在均匀介质中匀速直线传播，遇到不同介质面则产生反射的特性设计制造的一种测深仪器，主要由激发器、换能器、放大器、记录显示设备和电源等部件组成如图9-31所示。由激发器产生的电脉冲经换能器转换为超声波发射到水底，声波从水底反射回来又被换能器接收转换为电脉冲。从声波发射到接收这段时间t，由发声脉冲信号和收声脉冲信号推动记录器进行记录，并根据声波在水中的传播速度v自动转换为水深h，以数字形式或图像形式显示出来。声速v、往返时间t与水深h的关系为

图9-31 测深仪原理

声波在水中的传播速度随水的温度、盐度和压力而变化。常温时，淡水中的声速为1450m/s，海水中声速的典型值为1500m/s。在施测前要对仪器进行率定，计算时作必要的修正。回声测深仪适用于水深大于3m，流速较大水域面积宽阔的地区，测深中误差为±0.20m左右。

2.测深仪的类型

回声测深仪的类型很多，通常分为记录式和数字式两类。

记录式利用记录笔按设定的速度恒速旋转，当笔尖转至零点位置时，发射声脉冲；当此脉冲从水底反射回到接收换能器时，记录笔呈现高电位，使电敏记录纸出现黑迹点。随测船连续航行，记录纸上绘出深度的断面图形，深度可按记录的时间加改正值求得。

数字式则利用计数脉冲记录从声脉冲发射至返回这段时间的脉冲数，按公式计算深度并用数码管显示。

三、水下地形点的布设方法与密度

水下地形测量是在陆地控制测量基础上进行的。

（一）水下地形点的密度要求

由于不能直接观察水下地形情况，只能依靠测定较多的水下地形点来探索水下地形的变化规律。因此，通常须保证图上1～3cm有一个水下地形点。沿河道纵向可以稍稀，横向应当较密；中间可以稍稀，近岸应当稍密，但必须探测到河床最深点。

图9-32 散点法船行路线

（二） 水下地形点的布设方法

1.断面法

按水下地形点的密度要求，沿河布设横断面，断面方向尽可能与河道主流方向垂直。

2.散点法

水面流速较大时，一般采用散点法。此时，测船不断往返斜向航行，每隔一定距离测定一点，如图9-32所示：先由1顺水斜航至2，再由2顺水斜航至7；然后自7沿岸逆航至3，再由3顺水斜航至4……如此连续进行，在每条斜航路线上以尽快地观测速度测定一些水下地形点。

四、施测方法

（一）断面索法

先在断面方向靠两岸水边打下定位桩，在两桩间水平地拉一条断面索，以一个定位桩作为断面索的零点，从零点起每隔一定间距系一布条，在布条上注明至零点的距离。根据索上的距离加上定位桩至断面基点的距离即得水深点至基点的距离，或用经纬仪测得在断面索上标定的各点位置；测深船沿断面索测深。断面索法定位精度较高，但这种方法效率低，设置悬空断面索费工费时，河道宽了则不易设置断面索，在平原河流和沿海水域是不予采用的。

（二）经纬仪视距法

如同测陆地地形点一样，采用极坐标法定位灵活方便，当测船沿断面方向驶到一定位置需测水深时，即将船稳住，竖立水准尺，用视距测量方法测定其距离，可即时展点上图，随测随绘。但应根据不同测图比例尺，严格控制视距长度，而且要求水流平缓、船速较慢，才能读准位于测船上的标尺。因此，仅限于小测区范围使用。

（三）全站仪定位法

在岸上用全站仪跟踪安装在测量船上的全向反光棱镜（若无此条件，可由一人手持单向棱镜，随时对准测站，效果相同），得到棱镜点的坐标，解析法上图。其定位精度大为提高，此外，只要在测距仪的有效测程内并互相通视的情形下，就可施测。这就大大减少了布设更多控制点的工作量，减少了搬站次数，也减少了前方交会法存在的盲区，投入的人力、仪器也少多了。这种方法在沿海地区测量更显优势，一般只要在海岸边和岛屿上设少量测站点即可完成一大片海域水深点定位工作。

（四）GPS法

1.GPS测量模式

采用GPS+计算机（含数据处理软件）+数字测深仪的测量模式，通过GPS的RTK功能（即实时载波相位差分技术，是实时处理两个测点载波相位观测量的差分方法）获得水面点的平面坐标及高程，通过测深仪获得该点处的水深，最终解算出与该点垂直对应的水下地形点的三维坐标。

2.设备选择

一般来说，双频GPS接收机相比单频接收机可以提供更为快速、更为精确、可靠的解算，是水下地形测量的理想选择，比如瑞士Leica 1200、美国Trimble 5800、南方公司的灵锐S80等。

测深仪的测深精度与测深仪的固有误差、水深、水温、盐度等因素有关，主要误差源在于深度比例误差，因而在选择设备时，应尽量选择大量程、高灵敏度的测深仪。例如，中海达公司的HD系列数字测深仪，海鹰公司的SHD-13D、HY1600单频测深仪，南方公司的SDE系列测深仪等。

为实时记录数据，还需配备计算机，考虑到携带，选择轻巧的掌上电脑PDA为宜，同时安装相应的软件，通过数据线连接GPS和测深仪，同时记录GPS和测深数据。PDA品牌较多，价格相差较大，考虑到水下测量的实际需求，中下档次的PDA即可。至于软件，可以选择中海达公司的海洋测量系列软件等。

3.仪器参数设置

测量之前应对仪器进行相关参数设置，GPS除了参考站和流动站的一般设置外，还要确保流动站与PDA通信的端口处于打开状态，并设置历元输出速率，一般为0.1s。

测深仪需输入吃水深度、声速以及选择合适的量程档位等。吃水深度可以直接量取，而声波在水中的传播速度，随海水的温度、盐度和水中压强而变化。在海洋环境中，这些物理量越大，声速也越大，常温时海水中的声速的典型值为1500m/s，淡水中的声速为1450m/s。所以在使用回声测深仪之前，应根据当时水域的物理特征对仪器声速值加以校正。

在PDA中，不同的数据处理软件参数设置也不尽相同，一般先设置正确的GPS、测深仪类型及两者与PDA的通信端口，设置包括波特率、字节长度等在内的通信参数，其次选择正确的参考椭球坐标系等，最后还有水面至GPS天线距离、数据的记录间距等。

4.测量注意事项

（1）测量过程中，GPS流动站要保持RTK的固定解，因此流动站和参考站可以跟踪到相同的卫星必须4颗以上。

（2）船在航行过程中，水深一般会均匀变化，若测深仪数据起伏较大，要及时检查。例如，在有水草的水域中，测深仪探头容易挂上水草或垃圾，这时测深仪数据不稳，甚至闪烁不停，应该及时清理掉这些阻拦物。

（3）测量过程中，由于在水上航行，尤其水域较大时，没有明显的参照物，很难凭肉眼控制船的航行轨迹，而PDA上的数据记录软件可实时显示船体的航行位置及轨迹，故可凭此控制船体航行轨迹，在地势变化小、相对平坦的地方，适当放宽测量线路的间距；反之，需加密测量线路。

（4）在PDA数据记录软件上，可以显示水面高程、水深、固定解卫星数、平面坐标等即时数据，留意这些数据的变化规律，出现异常时才能及时发现问题，并采取相应措施。

习题

1.地形测量如何选择地物和地貌特征点？

2.传统方法测绘地形图的准备工作有哪几项？怎样展点并检查展点的正确性？

3.简述经纬仪测绘法进行测图的主要步骤。

4.计算表9-6中各碎部点的水平距离和高差。

5.数字化测图有哪些特点？简述大比例尺数字化测图的作业过程。

图9-33 某地形图

6.何谓数字地面模型？数字地面模型是如何建立的？

7.简述利用南方CASS软件的“点号定位法”绘制地物的方法。

8.简述利用南方CASS软件绘制等高线的过程，并利用CASS自带的坐标数据文件dgx.dat，绘制等高线，以及注记计曲线。

9.简述回声测深仪的工作原理。

10.如何测绘水下地形图？

11.按图9-33所给地形点的高程和地形线的位置（实线为山脊，虚线为山谷）描绘等高线，规定等高距为10m。