《现代地形图测量技术》课件

现代地形图测量技术欢迎来到现代地形图测量技术的学习之旅！本课程旨在全面介绍现代地形图测量的各种技术及其应用通过本课程的学习，你将掌握全站仪、、摄影GPS/GNSS测量、激光雷达、无人机遥感等多种先进测量技术，并了解其在地形图测绘中的实际应用让我们一起探索现代测绘技术的奥秘，为未来的测绘事业贡献力量课程介绍地形图的重要性基础地理信息应用领域广泛持续更新维护地形图是国家重要的基础地理信息产品，地形图广泛应用于城市规划、工程建设、随着社会经济的快速发展，地形地貌也在是了解地表形态、地物分布的重要工具资源管理、环境保护、防灾减灾等领域不断变化因此，地形图需要不断更新维它反映了地表的自然和社会经济要素，为它是进行科学决策、合理规划和有效管理护，以保证其现势性和准确性，为社会发各行各业提供基础数据支撑的重要依据展提供可靠的信息保障地形图在现代社会的应用城市规划工程建设12地形图是城市规划的基础，为城市道路、建筑、绿地等设施的规在工程建设中，地形图用于线路选址、土方计算、工程设计等划提供地形地貌信息它有助于优化城市布局，提高土地利用效它能有效降低工程风险，节约建设成本，保证工程质量率资源管理防灾减灾34地形图可以用于土地资源调查、矿产资源勘探、森林资源管理等地形图在洪涝灾害、地震灾害、滑坡泥石流等灾害的监测、预警它为合理开发利用资源、保护生态环境提供科学依据和评估中发挥重要作用它能为灾害应急救援提供基础信息支撑测量技术的发展历程古代测量1古代测量技术主要依靠简单的工具，如绳索、木杆、水准器等测量精度较低，主要用于土地丈量和简单的工程建设近代测量2近代测量技术引入了光学仪器，如经纬仪、水准仪等测量精度大大提高，应用于大规模的工程建设和地形测绘现代测量3现代测量技术采用电子仪器和卫星定位技术，如全站仪、等测量精度高、效率快，实现自动化、智能化测量GPS/GNSS传统测量技术的局限性效率低下传统测量技术需要人工操作，测量速度慢，效率低下难以满足快速测绘的需求精度受限传统测量技术受人为因素和环境因素影响较大，测量精度有限难以满足高精度测量的需求成本较高传统测量技术需要大量的人力和时间投入，测量成本较高难以满足经济效益的需求应用范围窄传统测量技术在复杂地形和恶劣环境下难以应用，测量范围有限难以满足全地形测量的需求现代测量技术的优势高精度现代测量技术采用先进的传感器和算法，测量精度高，满足各种高精度测量的需求高效率现代测量技术实现自动化、智能化测量，测量速度快，效率高，满足快速测绘的需求低成本现代测量技术减少了人工操作，降低了测量成本，满足经济效益的需求全地形现代测量技术可在复杂地形和恶劣环境下应用，测量范围广，满足全地形测量的需求现代测量技术概述全站仪测量测量GPS/GNSS1利用全站仪进行角度、距离测量，获取地利用GPS/GNSS卫星定位系统进行定位测物的三维坐标信息2量，获取地物的三维坐标信息激光雷达摄影测量4利用激光雷达技术，通过激光扫描获取地利用航空或地面摄影测量技术，通过影像3物的三维点云数据获取地物的三维坐标信息全站仪测量原理与操作测量原理操作流程全站仪是一种集角度测量、距离测量和数据处理于一体的电子测量全站仪的操作流程包括仪器设置、定向、目标测量和数据记录操仪器它通过测量水平角、垂直角和斜距，利用三角函数原理计算作人员需要熟练掌握仪器的各项功能和操作方法，才能保证测量精出地物的三维坐标度和效率全站仪的组成部分及功能角度测量系统1用于测量水平角和垂直角，包括码盘、光栅、传感器等部件距离测量系统2用于测量斜距，包括红外发射器、接收器、调制器等部件数据处理系统3用于数据采集、存储、计算和显示，包括微处理器、存储器、显示屏等部件通讯系统4用于与外部设备进行数据交换，包括接口、无线模块等部件全站仪的设置与定向仪器安置水平对中将全站仪安置在稳定的地面上，调调整脚螺旋，使圆水准气泡居中，整脚螺旋，使仪器中心对准测站点再调整管水准气泡居中，完成仪器的中心的水平对中定向设置后视点，输入后视点的坐标或角度，进行定向定向完成后，即可进行测量全站仪的精度控制与校准精度控制选择合适的测站位置，控制测站间的距离，采用多次测量取平均值等方法，提高测量精度误差校正定期检查仪器的各项指标，进行误差校正，如角度误差、距离误差、视准轴误差等定期检定定期将仪器送至专业机构进行检定，确保仪器的各项指标符合规范要求测量技术原理GPS/GNSS基本原理定位方式测量技术利用卫星定位系统，通过接收卫星信号，解算的定位方式包括单点定位、差分定位、实时动态定位GPS/GNSS GPS/GNSS接收机的位置坐标它基于空间距离交会原理，至少需要颗卫星（）等不同的定位方式精度不同，适用于不同的测量需求4RTK才能进行三维定位卫星定位系统GPS/GNSS1GPS2GLONASS美国全球定位系统，是世界上第一个投入使用的卫星定位系俄罗斯格洛纳斯系统，是俄罗斯的卫星定位系统统3Galileo4BeiDou欧盟伽利略系统，是欧盟正在建设的卫星定位系统中国北斗卫星导航系统，是中国自主建设的卫星定位系统接收机的工作原理GPS/GNSS信号接收信号处理接收机接收来自卫星的信号，包括接收机对接收到的信号进行处理，伪随机码、导航电文等包括信号解调、码跟踪、载波跟踪等数据解算接收机根据信号处理结果，解算出接收机的位置坐标、速度和时间等信息数据的处理与分析GPS/GNSS数据预处理基线解算网平差对原始数据进行清洗、编辑和转换，去除利用基线解算软件，解算测站间的基线向利用网平差软件，对基线向量进行平差计粗差和异常值量算，获得测站的精确坐标实时动态测量技术RTK基本原理工作模式技术利用基准站和流动站同时接收卫星信号，通过实时数据传技术包括单基站、网络等不同的工作模式适用于不RTK RTK RTK RTK输和解算，获得流动站的厘米级定位精度同的测量范围和精度需求技术的优势与应用RTK高精度高效率应用广泛123技术可实现厘米级定位精度，满技术实现实时动态测量，无需后技术广泛应用于地形测绘、工程RTKRTKRTK足高精度测量的需求处理，提高测量效率测量、精密农业、自动驾驶等领域的误差来源与控制RTK卫星几何构型电离层延迟卫星几何构型不良会导致定位精度电离层延迟会对卫星信号产生影响下降应选择卫星分布良好的时段可采用双频接收机或电离层模型进进行测量行校正多路径效应多路径效应会导致信号干扰应选择开阔的测量环境，避免障碍物遮挡摄影测量技术基础基本原理分类应用摄影测量技术是利用摄影机获取的影像，摄影测量技术包括航空摄影测量、地面摄摄影测量技术广泛应用于地形测绘、城市通过几何处理和解算，获取地物的三维坐影测量和数字摄影测量等建模、文物保护等领域标信息航空摄影测量的流程航摄规划航空摄影影像处理数据提取确定航摄区域、航摄比例尺、利用航空摄影机获取影像数据对影像数据进行几何校正、影从影像数据中提取地物的三维航线设计等参数像拼接、影像镶嵌等处理坐标信息，生成地形图地面摄影测量的方法单像空间后方交会双像立体像对前方交会12利用控制点和影像上的对应点，利用立体像对和摄影机的内外解算摄影机的外方位元素方位元素，解算地物的三维坐标多像区域网平差3利用多张影像和控制点，进行区域网平差计算，提高测量精度数字摄影测量的原理影像匹配三维重建利用计算机算法，在数字影像上自利用影像匹配结果和摄影机的内外动寻找同名点方位元素，重建地物的三维模型纹理映射将影像纹理映射到三维模型上，使其更逼真激光雷达（）技术LiDAR基本原理分类应用激光雷达技术利用激光扫描仪发射激光束，激光雷达技术包括机载激光雷达、地面激激光雷达技术广泛应用于地形测绘、城市通过测量激光束的传播时间和反射强度，光雷达和移动激光雷达等建模、森林调查、灾害评估等领域获取地物的三维点云数据的工作原理与分类LiDAR工作原理分类激光雷达通过发射激光束并接收反射回来的激光信号，测量激光束根据搭载平台的不同，激光雷达可分为机载激光雷达（ALS）、地的传播时间和强度，从而计算出目标物体的距离和位置面激光雷达（TLS）和移动激光雷达（MLS）数据的获取与处理LiDAR数据获取1利用激光扫描仪获取地物的三维点云数据数据预处理2对点云数据进行去噪、滤波、坐标转换等处理数据分类3将点云数据分为地面点、植被点、建筑物点等数据提取4从点云数据中提取地形高程、建筑物轮廓等信息在地形图测绘中的应用LiDAR高精度生成地物提取DEM利用数据可生成高精度的数利用数据可提取建筑物、道LiDAR LiDAR字高程模型（DEM），为地形图路、植被等地物的三维信息，提高的绘制提供基础数据地形图的自动化生产水平地形图更新利用数据可快速更新地形图，保证地形图的现势性LiDAR无人机（）遥感技术UAV基本原理无人机遥感技术是利用无人机搭载遥感设备，获取地表影像和数据，进行遥感信息提取和应用的技术优势无人机遥感具有灵活、高效、低成本等优势，适用于小区域、高分辨率的遥感应用应用无人机遥感广泛应用于地形测绘、环境监测、农业估产、灾害评估等领域的类型与选择UAV固定翼无人机多旋翼无人机具有飞行速度快、航程远、载重大的特点，适用于大范围、长航时具有起降灵活、悬停能力强、操作简单的特点，适用于小范围、高的遥感应用分辨率的遥感应用遥感数据的获取与处理UAV数据获取影像处理12利用无人机搭载的相机、激光对影像数据进行几何校正、影雷达等传感器获取影像和点云像拼接、影像镶嵌等处理数据点云处理3对点云数据进行去噪、滤波、分类等处理在小区域地形图测绘中的UAV应用快速测绘高分辨率利用无人机可快速获取小区域的地无人机可获取高分辨率的影像和点形数据，缩短测绘周期云数据，提高地形图的精度低成本无人机遥感成本较低，适用于小区域地形图的更新和维护倾斜摄影测量技术基本原理倾斜摄影测量技术是通过从多个角度获取倾斜影像，重建地物的三维模型的技术优势倾斜摄影测量可获取地物的侧面信息，提高三维模型的真实感和精度应用倾斜摄影测量广泛应用于城市建模、三维可视化、虚拟现实等领域倾斜摄影测量的优势真实感自动化精度高倾斜摄影可获取地物的侧面纹理信息，生倾斜摄影测量数据处理流程自动化程度高，倾斜摄影测量可实现较高的定位精度，满成更真实的三维模型可快速生成三维模型足城市建模的需求倾斜摄影测量的数据处理流程影像定向1利用控制点和影像上的对应点，解算摄影机的内外方位元素三维建模2利用影像匹配结果和摄影机的内外方位元素，重建地物的三维模型纹理映射3将影像纹理映射到三维模型上，使其更逼真模型优化4对三维模型进行优化，提高模型的精度和质量三维建模技术基础基本原理三维建模技术是通过计算机软件，将地物的三维形态和结构进行数字化表达的技术分类三维建模技术包括实体建模、曲面建模、多边形建模等应用三维建模技术广泛应用于地形测绘、城市规划、游戏开发、虚拟现实等领域三维建模的方法与软件建模方法建模软件三维建模方法包括人工建模、自动建模、半自动建模等常用的三维建模软件有AutoCAD、3ds Max、SketchUp、Blender等基于测量数据的三维建模数据导入模型构建将测量数据（如点云数据、DEM利用测量数据构建地物的三维模型数据）导入三维建模软件模型优化对三维模型进行优化，提高模型的精度和质量地理信息系统基础GIS基本概念功能应用是一种集地理数据采集、存储、管理、具有空间数据管理、空间分析、空间广泛应用于城市规划、资源管理、环GIS GISGIS分析和显示于一体的计算机系统可视化等功能境监测、交通运输等领域的组成与功能GIS硬件系统软件系统数据系统用户包括计算机、显示器、打印机、包括GIS平台软件、数据库管包括空间数据、属性数据、元GIS系统的使用者，负责数据扫描仪等设备理系统、应用软件等数据等采集、处理、分析和应用在地形图管理中的应用GIS数据存储1可存储地形图的空间数据和属性数据GIS数据查询2可快速查询地形图上的地物信息GIS数据分析3可进行地形分析、坡度分析、可视性分析等GIS数据可视化4可将地形图数据以多种方式进行可视化展示GIS地形图的数字化与更新数字化将纸质地形图转换为数字地形图的过程更新对数字地形图进行修改和补充，使其与现实地表保持一致的过程地形图数据的格式与标准数据格式常用的地形图数据格式包括、、、、等SHP DWGDXF MDBGDB数据标准国家和行业制定了地形图数据的标准，如《国家基本比例尺地形图要素分类与代码》、《数字地形图数据规范》等地形图数据库的建立与维护数据库建立数据库维护选择合适的数据库管理系统，设计数据库结构，导入地形图数据定期备份数据库，更新数据库数据，优化数据库性能测量误差理论与精度分析误差理论测量误差是测量结果与真值之间的差异了解误差的来源和性质，有助于提高测量精度精度分析精度分析是对测量结果的可靠性和准确性的评估通过精度分析，可以了解测量结果的误差范围误差的来源与分类系统误差偶然误差粗差由测量仪器、观测方法或环境因素引起的，由人为因素或随机因素引起的，不具有规由人为错误或仪器故障引起的，明显偏离具有规律性的误差可以通过校正仪器、律性的误差可以通过多次测量取平均值真值的误差应在数据处理过程中剔除改进方法等方式消除或减小的方式减小精度指标的计算与评定中误差相对误差12衡量一组测量值的离散程度的中误差与测量值的比值，用于指标衡量测量结果的相对精度极限误差3在一定概率水平下，测量误差的最大范围测量数据的质量控制数据采集数据处理严格按照规范和标准进行数据采集，采用科学的数据处理方法，进行误确保数据的准确性和可靠性差校正和精度分析，提高数据的质量数据检验对数据进行检验，发现和纠正错误，保证数据的完整性和一致性地形图测量的规范与标准重要性地形图测量的规范与标准是保证地形图质量的重要依据，是地形图测量的技术指导内容地形图测量的规范与标准包括测量方法、精度要求、数据格式、质量控制等内容遵守在地形图测量过程中，必须严格遵守国家和行业的相关规范与标准国家及行业相关规范《测绘技术规范》《国家基本比例尺地形图图式》《数字地形图数据规范》是测绘行业的基本规范，规定了测绘工作规定了国家基本比例尺地形图的图式符号规定了数字地形图的数据格式和质量要求的基本要求和技术标准和表示方法地形图测量的质量管理建立质量管理体系实施质量控制12建立完善的质量管理体系，明在测量过程的各个环节实施质确质量目标、质量职责和质量量控制，确保测量结果符合质控制措施量要求进行质量检查3对测量结果进行质量检查，发现和纠正质量问题现代地形图测量的发展趋势智能化测量仪器和数据处理软件将更加智能化，实现自动化测量和智能分析三维化地形图将向三维方向发展，提供更丰富和真实的地表信息网络化测量数据将通过网络进行传输和共享，实现远程测量和协同工作智能化测量技术的发展自动化测量智能分析远程控制测量仪器可以自动进行测量，无需人工干数据处理软件可以自动分析测量数据，提可以通过网络远程控制测量仪器，实现远预，提高测量效率取地物信息，生成地形图程测量和监控三维地形图的未来真实感可视化应用广泛123三维地形图可以提供更真实的地表信三维地形图可以以多种方式进行可视三维地形图将在城市规划、工程建设、息，提高用户体验化展示，方便用户进行分析和应用虚拟现实等领域得到广泛应用实例分析城市地形图测绘数据采集数据处理利用全站仪、GPS/GNSS、激光雷对采集到的数据进行处理，生成数达等技术采集城市地形数据字高程模型、数字正射影像等数据地形图制作利用处理后的数据，制作城市地形图实例分析山区地形图测绘数据采集数据处理地形图制作山区地形复杂，通常采用航空摄影测量或对采集到的影像数据进行处理，生成数字利用处理后的数据，制作山区地形图无人机遥感技术采集数据高程模型、数字正射影像等数据实例分析矿区地形图测绘数据采集数据处理12矿区地形变化大，通常采用激对采集到的点云数据进行处理，光雷达或无人机遥感技术进行生成数字高程模型、矿区三维数据采集模型等数据地形图制作3利用处理后的数据，制作矿区地形图，用于矿产资源管理和安全生产监控测量仪器的维护与保养日常维护定期检查保持仪器清洁，避免灰尘和水分进定期检查仪器的各项指标，如角度入仪器内部误差、距离误差等专业维修如仪器出现故障，应及时送至专业机构进行维修测量仪器的常见故障及排除全站仪接收机GPS/GNSS常见故障包括角度测量误差大、距离测量不准确、数据传输失败等常见故障包括无法搜星、定位精度低、数据存储失败等可检查天可检查仪器设置、校准仪器、更换数据线等方式排除线连接、更换电池、更新软件等方式排除测量安全注意事项人身安全仪器安全12在野外测量时，要注意人身安在测量过程中，要注意保护仪全，避免发生意外事故器安全，避免损坏仪器数据安全3在数据处理过程中，要注意保护数据安全，避免数据丢失或泄露课程总结与展望总结本课程全面介绍了现代地形图测量技术的各种技术及其应用，帮助大家掌握了现代测绘的基本知识和技能展望随着科技的不断发展，现代地形图测量技术将更加智能化、三维化和网络化，为社会发展提供更强大的信息支撑思考题与讨论问题一问题二问题三现代地形图测量技术的发展趋势是什么？如何提高地形图测量的精度？GIS在地形图管理中有哪些应用？。