数字测图技术

1. 数字测图技术 武汉电力职业技术学院

2. 回顾 • 地形图的表达？ • 传统的地形图是如何测绘的？ • 数字地形图是如何测绘的？ • 数字图有何特点？主要内容有哪些？

3. 能力目标 1.知道数字测图必要的硬件系统； 2.知道各硬件的性能特点及在数字测图系统中的作用 3.知道测绘行业主流的数据采集设备——全站仪和动态GPS（RTK）的基本结构及主要特色； 4.能熟练的操作全站仪并会利用其采集坐标数据及编码信息； 5.知道全站仪与计算机之间的数据传输方法； 6.能应用传输软件实现全站仪与计算机之间的数据交换； 7.知道目前我国数字测图使用的常用软件及其主要特点； 8.知道几种常用的数字矢量化软件； 9.会利用RTK采集地形信息

4. 知识目标 1.了解数字测图的硬件系统； 2.熟练掌握计算机的基本操作； 3.了解全站仪的基本结构及主要功能； 4.熟练掌握全站仪的操作使用； 5.了解全站仪的数据通信； 6.了解全站仪与计算机之间的数据传输方法； 7.能应用传输软件实现全站仪与计算机之间的数据交换； 8.了解目前我国数字测图使用的常用软件及其主要特点； 9.了解几种常用的数字矢量化软件； 10.了解RTK技术及其作业模式；

5. 数字测图硬件系统示意图 数字测图系统 数字测图系统是以计算机为核心，在硬件和软件的支持下，对地形空间数据进行数据采集、输入、数据处理及数据输出、管理的测绘系统，它包括硬件和软件两个部分。 数字测图系统的硬件主要有全站仪、GPS（RTK）、计算机（台式或笔记本电脑或掌上电脑—PDA）、绘图仪、扫描仪以及其它输入输出设备组成。如图

6. 数字测图系统 数字测图的软件是数字测图系统的关键，一个功能比较完善的数字测图系统软件，应集数据采集、数据处理（包括图形数据的处理和属性数据以及其它数据格式的处理）、图形编辑与修改、成果输出与管理于一身，且通用性强、稳定性好，并提供与其它软件进行数据转换的接口。 • 南方CASS • MapGIS平台测图子模块MapSUV • 清华山维测图软件

7. 一、计算机硬件 • 计算机硬件：主要是指构成计算机的电子器件。

8. CPU • CPU是计算机的核心，由运算器和控制器组成，具有运算能力和控制功能，它的任务是执行程序。 • 运算器：执行算术和逻辑运算 • 控制器：对指令进行译码产生相应的控制信号控制各个部件的运行。 CPU怎么有这么多脚？

9. CPU主要技术参数 1. 指令集 • 指令是CPU能执行的机器命令。CPU的指令集越丰富，也就意味着功能越强。例如英特尔CPU随着其型号的不断更新，其指令集也从最初的X86指令集不断地得到扩展，奔腾CPU中扩展了MMX、SSE、SSE2、SSE3指令集，最新的酷睿CPU中扩展了SSE4指令集。扩展的指令集使CPU具有更强的运算能力和多媒体数据处理能力。 2. 字长 • 字长指的是CPU中通用寄存器的数据宽度，也即CPU一次能处理的二进制数的位数。字长越长，则计算机处理数据的能力越强。我们通常所说的“32位CPU”、“64位CPU”指的就是CPU的字长。 • 目前微机中所使用的CPU正在由32位向64位过渡。AMD方面支持64位技术的CPU主要为Athlon 64系列，Intel方面支持64位技术的CPU主要为Core 2系列。 3. 主频、外频 • 主频是指CPU内核工作的时钟频率。一般来说，主频越高，一个时钟周期里完成的指令数也越多，CPU的运算速度也就越快。但由于CPU内部结构不同，并非所有时钟频率相同的CPU性能一样。目前微机CPU的主频一般为1GHz～3GHz（1GHz=109Hz）。 • 外频是指由外部（主板）提供给CPU的时钟频率，也是整个计算机系统中各种部件工作的基准频率。CPU外频一般为100MHz~333MHz（1MHz=106Hz）。 • CPU主频是通过对外频设置一定的倍频数而获得的，例如某CPU的外频为200MHz，主频为3.0GHz，则倍频数应设置为15倍。

10. CPU主要技术参数 4. FSB（前端系统总线） • FSB是指CPU与主板北桥芯片和内存之间的数据通道，即系统总线。FSB的主要技术参数有工作频率和带宽。 • FSB的工作频率越高，意味着CPU能以越快的速度与内存交换数据，从而程序运行速度越快。CPU的FSB频率一般为100MHz~1333MHz。 • FSB的带宽是指每秒可以传送的数据量，由于目前FSB有64位数据线，因此FSB带宽=FSB频率×64/8（字节/每秒，B/S）。例如某CPU的FSB频率为800MHz，则该CPU的FSB带宽为6.4GB/S。了解这个参数对如何搭配内存很有用。 5. Cache（高速缓存） • 早期的内存和CPU的工作速度是匹配的，但是与内存速度相比，CPU速度的提高要快得多，目前内存的速度已与CPU速度相差一个数量级以上。为了解决内存不够快的问题，人们设计了Cache系统。 • Cache系统采用速度高得多的SRAM（静态存储器）作为由DRAM（动态存储器）组成的内存的高速缓存。CPU中的硬件自动将内存中经常使用的数据映射到Cache之内，只要CPU所要的数据在Cache中，就不必到内存中去取数据，大大加快了读取速度。由于程序运行具有局部性，故在Cache中的命中率很高。目前CPU内部设计有二级Cache，分别称为L1 Cache和L2 Cache。 6. 核心数 • 过去，CPU处理能力的提高主要通过提高主频来实现，但主频的提高毕竟有物理限制。多核技术是近年来出现的提高CPU处理能力的一种新技术，其主要思路是在一个处理器上集成多个运算核心，从而提高计算能力。

11. 主板 北桥芯片 显卡插槽 PCI-E插槽 • 主板主要由用于连接计算机各个部件的总线以及总线控制芯片所构成 • 总线种类：系统总线、扩展总线、外部总线 • 按数据传输方式，计算机总线又可分为并行总线和串行总线两大类 内存条插槽 南桥芯片 CPU插槽

12. 内存 • 内存是内部存储器的简称，主要用来存储计算机运行时供CPU直接存取的程序和数据。 • 微机中所使用的内存条主要有SDRAM、DDR和DDR2等类型。 • SDRAM（同步动态随机存储器）。所谓同步是指其与CPU使用相同的时钟频率进行数据交换，它的工作频率与CPU的外频同步，不存在延迟或等待时间。 • DDR SDRAM（双倍速率同步动态随机存储器），采用在时钟的上、下沿都能进行数据传输技术，所以数据传输速率是SDRAM的2倍。 • DDR2是第二代DDR存储器，拥有两倍于DDR内存的预读取能力（即4bit数据读预取），这样可以使用较低工作频率的内存芯片实现较高数据传输速率的内存模块。 如果你现在要组装一台微机，你应该选用什么样的内存条？

13. 0 1 0 0 0 0 0 1 内存条主要技术参数 • 容量：容量的基本单位为字节（Byte），1个字节由8个二进制位组成。容量越大，计算机加载的程序和数据就越多，程序运行的能力越强。目前微机内存条的容量一般在128MB～1GB（1GB=1024M，1MB=1024KB，1KB=1024B）。 • 频率：内存的频率有核心频率、时钟频率、数据传输频率。通常内存条型号后标注的数字为数据传输频率，例如DDR2 533，表示该内存条的数据传输频率为533MHz。时钟频率是指由外部（主板）提供给内存条的时钟频率。核心频率则是内存芯片的工作频率。 • 带宽：内存带宽是指每秒可以传送的数据量。目前内存条的数据传输接口有64位数据线，故带宽的计算公式为：内存带宽=数据传输频率×64/8。例如DDR2 533的带宽为4.2GB/S。这里的B是指字节 1个字节

14. 外存 • 外存是外部存储器的简称，主要用来存储需要长久保存的程序和数据。 • 常用的外存有硬盘、光盘、U盘和软盘等。 硬盘、光盘、U盘、软盘容量一般为多少？ 哪种盘存取速度最快？哪种最慢？

15. 总线 计算机中的各个部件，包括CPU、内存储器、外存储器和输入输出设备的接口之间是通过一条公共信息通路连接起来的，这条信息通路称为总线。 微型计算机总线化硬件结构图

16. 总线 微型计算机硬件结构的最重要特点是总线(Bus)结构。它将信号线分成三大类，并归结为数据总线(Date Bus)、地址总线(Address Bus)和控制总线(Control Bus)。 • 数据总线：用于在各部件之间传递数据（包括指令、数据等）。数据的传送是双向的，因而数据总线为双向总线。 • 地址总线：指示欲传数据的来源地址或目的地址。地址即存储器单元号或输入／输出端口的编号。 • 控制总线：用于在各部件之间传递各种控制信息。

17. 输入输出设备 • 输入设备：主要作用是将外部世界各种各样的信息形式转换为计算机所能处理的数字形式。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。 • 输出设备：主要作用是将计算机中的数字形式转换为人能够理解的信息形式。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。

18. 扫描仪 扫描仪的功能是把实在的图像划分成成千上万个点，变成一个点阵图，然后给每个点编码，得到它们的灰度值或者色彩编码值。也就是说，把图像通过光电部件变换为一个数字信息的阵列，使其可以存入计算机并进行处理。通过扫描仪可以把整幅的图形或文字材料，如图形（包括线划地形图）、图像（黑白或彩色）（包括的遥感和航测照片）、报刊或书籍上的文章等，快速地输入计算机，以栅格图形文件形式保存，通过专用的图形图像软件进行矢量化处理，将栅格数据转换为矢量数据，可供CAD，GIS等使用。

19. 扫描仪的技术参数 • 对于文字、图形或图像，通过扫描仪获取的数据形式是相同的，都是扫描区域内每个像素的灰度或色彩值。对这些数据的解释需要专门的算法和相应的处理程序。如对于线划图可用矢量化软件进行矢量，对于文字与表格可进行文字识别，对于航片可通过专用软件进行立体重现，然后进行数字化处理等。 • 目前扫描仪的型号很多，对于大幅面工程扫描仪，扫描幅面可达137.2cm×无限长，扫描介质可以是透明或非透明类，图纸类型可为纸张、相纸、硫酸纸、薄膜胶片等，扫描厚度可达15mm，分辨率可达2400 dpi/inch.。对于普通扫描仪，扫描幅面一般为A4幅面，分辨率，一般为300~2400 dpi/inch。

20. 微机主机接口

21. 二、采集测量数据的仪器设备 • 电子测速仪 全站型电子速测仪（Electronic Theometer Total Station）是随着电子技术、光电测距技术以及计算机技术的发展而产生的新型的测量仪器，它由电子经纬仪、光电（主要为红外线）测距、电子微处理器及数据自动记录装置等部分构成。 不同全站仪的名称、型号及厂家？

22. 全站仪的特性 目前最新推出的全站仪一般都具备如下一些功能和特性： 1.自检与改正功能 2.大容量内存 3.双向传输功能 4.程序化 5.智能化

23. 全站仪的分类 通常将能同时进行测角和光电测距的仪器称为全站型电子速测仪，简称速测仪。从结构形式上来分，速测仪可分为：“组合式”和“整体式”两种类型。 • 组合式：将电子经纬仪、红外测距仪、微处理器和电子记录装置（电子手簿）通过一定的连接器构成一个组合体 • 整体式：是将电子经纬仪、红外测距和电子微处理器以及储存设备集于一体

24. 整体式全站仪的优势 目前整体式全站仪一般都具有双轴自动补偿功能（补偿范围一般为3′），并且都带有内存，再不需要另外使用电子手薄记录来储存测量数据，使得操作十分方便。一些型号的全站仪还带有伺服马达，能自动跟踪和识别目标，自动完成测量工作，自动化程度高（此类全站仪通常称为测量机器人），测量机器人代表着全站仪的发展方向，几年之后，将会成主流。现在全站仪己有几十种型号，精度指标齐全。　

25. 全站仪的测角 全站仪的测角是由仪器内集成的电子经纬仪完成的。电子经纬仪的测角与光学经纬仪类似，主要不同在于电子经纬仪采用光电扫描度盘自动计数、自动数据处理、自动显示及储存、输出数据。 电子经纬仪的测角系统主要有三类： • 即绝对式编码度盘测角； • 增量式光栅度盘测角； • 动态式（编码、光栅度盘）测角

26. 全站仪测距 目前，全站仪内置的测距仪大都采用相位式红外测距仪。短程的全站仪的测距频率一般采用分散的直接测距频率方式，而长测程的全站仪则均采用集中的间接测距频率方式，即用组合的方式解析得到一组间接测距频率，以便扩大确定整波数N的范围。三频率测量原理是采用分散的直接测距频率和集中的间接测距频卒的组合——混合测距频率方式。

27. 全站仪的数据通信 所谓全站仪的数据通信，是指全站仪与计算机或PDA之间经通信线路而进行的数据交换。目前全站仪与计算机的通信主要是利用全站仪的输出接口，通过通信电缆以直接将全站仪的内存中的数据文件传送到计算机，也可以从计算机将坐标数据文件和编码库数据直接装入全站仪的内存中。

28. 1.数据的传送的方式 数据的传送方式有两种：串行通信和并行通信，通常情况下，并行通信用于距离较近的情况，串行通信用于距离较远的情况。 1）并行传输 • 在并行传输中，至少有8个数据位同时从一个设备传到另一个设备（如图3-8所示），接收设备在收到这些数据后，不需要经过任何改变就可以直接使用。计算机内部的数据传送通常都是以并行方式进行。 • 与并行传输相对应，在计算机主机上都配有适用于多种打印机、绘图仪的并行接口如LPT1：，LPT2：等。使用通行的并行打印机连接电缆，各种型号的打印机就能与计算机连接使用。

29. 1.数据的传送的方式 2）串行传输 在串行数据传输中，数据信息是按二进制位的顺序由低到高一位一位地在一条信号线上传送。 • 这种方式传输速度慢。但设备要求简单，价格低廉，同时由于是在一条线上传输，每一个二进制数无论传输快慢，但最终均能组成完整而准确的信息，信号质量高，因此是常用的信息交换方法。 • 与串行传输相对应，在各种输入、输出设备和计算机系统上常装有串行通信接口。计算机系统最常用的串行接口是美国电子工业协会EIA(E1ectronic Industries Association)规定的RS—232C标准接口，如计算机主机上的COMl和COM2两个标淮接口。串行接口用于对通信速度要求不是很高的设备，如数字化仪、全站仪、GPS以及鼠标等。在这些常用的输入输出设备上都有串行接口，可以很方便地用电缆直接与主机连接。

30. 1.数据的传送的方式 串行数据通信有三种基本方式：单工、半双工和全双工。 • 单工方式：单工数据传输只支持数据在一个方向上流动， • 半双工方式：在半双工方式下，通信双方中，每一方都具备发送和接收功能，但当一方是发送单元时，另一方必须是接收单元。同理，当一方由接收单元变为发送单元时，另一方必须从发送单元变为接收单元。即数据通信虽然是双向的，但并非是同时进行的，在任一时刻。只能在一个方向上传输数据。 • 全双工方式：在全双工方式下，任何时刻都允许在两个方问上传输数据，它是两个单通信方式的结合，发送数据单元在发送数据的同时也可以接收，而接收单元在接收的同时也可以发送数据。而且两个同时发送的信息可以有关也可以彼此无关。

31. 2.同步传输与异步传输 串行数据通信有两种数据传输的方法，即同步数据传输与异步数据传输。 1）同步传输 同步传输是指每一个数据位都是用相同的时间间隔发送，而接收时也必须以发送时的相同时间间隔接收每一位信息。也就是说，在同步方式下，接收单元与发送单元都必须在每一个二进制位上保持同步，而不论是否传输数据。 2）异步传输 串行通信常采用异步传输方式。在这种方式下，由于接收单元不能准确预计什么时候要接收下一个数据串，因此发送单元在发送任意数据串之前首先发送一位二进制数进行报警，称为起始位，起始位之值为“0”。在发送起始位“0”后，马上就接着发送数据串。当发送数据信息完毕后，相应地在其后加上1位成2位二进制数，用来表示数据传送结束，叫做停止位，其值为“1”。 由于GPS、全站仪传输的数据量一般不是很大，采用串行通信，故在全站仪及GPS的数据通信中一般采用异步传输方式。

32. 3.全站仪通信参数的设置 全站仪与计算机通信时，为了实现全站仪与计算机之间的正常通信，全站仪与计算机两端的通信参数设置必须一致。通信参数的设置一般包括以下几项（各仪器说明书中都有具体的规定）： 1）波特率 波特率表示数据传输速度的快慢，用位／秒（b／s)表示，即每秒钟传输数据的位数（bit）。 例：如果数据传送的速度为480个字符/s，而每个字符又包含10位（起始位l位，数据位7位，校验位1位，停止位1位），则波特率为4800b/s。 常见的波特率有：300 b/s，600 b/s，1200 b/s，1800 b/s，2400 b/s，4800 b/s，9600 b/s和19200 b/s等。全站仪中多采用1200 b/s以上。

33. 3.全站仪通信参数的设置 2）数据位 数据位是指单向传输数据的位数，数据代码通常使用ASCII码，一般用7位或8位。 3）校验位 数据通信中，数据信号难免会遇到各种干扰。因此，发送单元发出的信息到了接收单元可能就会出现差错，尽管其出现差错的可能性很小。但一旦出现差错，所产生的影响则可能是巨大的。既然无法避免传输的差错，就得设法检测出这种差错，从而克服它们。

34. 3.全站仪通信参数的设置 校验位，又称奇偶校验位，是指数据传输时接在每个7位二进制数据信息后面发送的第八位，它是一种检查传输数据正确与否的方法。即将1个二进制数(校验位)加到发送的二进制信息串后，让所有二进制数(包含校验位)的总和总保持是奇数或偶数，以便在接收单元检核传输的数据是否有误，

35. 3.全站仪通信参数的设置 校验位通常有五种校验方式： ①NONE（无校验）：这种方式规定发送数据信息时，不使用校验位。 ②EVEN（偶校验）：如果二进制数据信息中“1”的总数是偶数，则校验位为“0”，如果二进制数据信息中“1”，的总数是奇数，则校验位是“1”。 ③ODD（奇校验）：如果数据信息中所有的二进制数“1”的总数是偶数，则校验位为“1”，如果所有二进制制数“1”的总数是奇数，则校验位是“0”。 ④MARK（标记校验）：因此这种方式下二进制数“1”仅仅是简单地填补了这个位置，并不能校验数据传输正确与否。它的存在并无实际意义。 ⑤SPACE（空号校验）：它也只是简单地填补位置，虽有校验位存在，但并不用来作传送质量的检验，其存在也无实际意义。 在全站仪的通信中，一般采用前三种校验方式，占一位，用N或E或O表示（分别代表NONE、EVEN和ODD。 例：若规定数据校验方式为奇校验，则字母A和数字4的数据信息应表示为11000001和00110100。

36. 3.全站仪通信参数的设置 4）停止位 在校验位之后再设置一位或二位停止位，用来表示传输字符的结束。 有的全站仪还规定了自己的发送与接收端间的应答信息。接收端没有发出请求发送的信息，全站仪送出的数据，接收端不会接收，以确保数据传输的正确性和完整性。只有全站仪与计算机（或其它设备如PDA等）两端设置的参数一致，才能实现正确的通信。

37. 3.全站仪通信参数的设置 在目前的数字测图软件系统中，一般都将各个厂家生产常用的全站仪（如Leica、Topcon、Sokkia、Pentax、Nikon，南方等系列）按设定的参数条件编制了相应的接口程序，并写入菜单中，用户使用时只要根据自己的全站仪的型号选择即可。也可以通过厂家提供的通信程序或用户自己编制的通信程序进行数据通信。

38. 全站仪的操作使用 全站仪集光电于一身，为保证全站仪的正常工作，延长其使用寿命，在操作使用全站仪时应注意如下： （1）仪器应由专人使用、保管。迁站、装箱时只能握住仪器的支架，而不能握住镜简，以免对仪器造成损伤，影响观测精度。 （2）日光下测量应避免将物镜直接瞄准太阳。若在太阳下作业应安装滤光器。 （3）避免在高温和低温下存放仪器，亦应避免温度骤变（使用时气温变化除外）。在高温天气作业时，必须撑伞，否则仪器内部温度容易升到60℃～70℃，从而缩短仪器的使用寿命。

39. 全站仪的操作使用 （4）仪器不使用时，应将其装入箱内，置于干燥处，注意防震、防尘和防潮。 （5）若仪器工作处的温度与存放处的温度差异太大，应先将仪器留在箱内，直至它适应环境温度后再使用仪器。 （6）仪器长期不使用时，应将仪器上的电池卸下分开存放。电池应每月充电一次。 （7）仪器运输应将仪器装于箱内进行，运输时应小心避免挤压、碰撞和剧烈震动，长途运输最好在箱子周围使用软垫。 （8）仪器安装至三脚架或拆卸时，要一只手先握住仪器，以防仪器跌落。 （9）外露光学件需要清洁时，应用脱脂棉或镜头纸轻轻擦净，切不可用其它物品擦拭。

40. 全站仪的操作使用 （10）仪器使用完毕后，用绒布或毛刷清除仪器表面灰尘。仪器被雨水淋湿后，切勿通电开机，应用干净软布擦干并在通风处放一段时间。 （11）作业前应仔细全面检查仪器，确信仪器各项指标、功能、电源、初始设置和改正参数均符合要求时再进行作业。 （12）即使发现仪器功能异常，非专业维修人员不可擅自拆开仪器，以免发生不必要的损坏。 （13）其它使用要点与光学经纬仪相同。

41. 四、主要知识点 • 数字测图系统 • 全站仪

42. 四、作业 1.全站仪在进行数据传输之前应进行哪些设置？ 2.在操作使用全站仪时应注意些什么？