摘要：由于三維數(shù)字地形圖中的特征點(diǎn)和特征線都是三維的,在其上面可以查詢?nèi)我馓卣鼽c(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程即三維坐標(biāo),使用十分方便。本文主要闡述全站儀采集三維數(shù)據(jù)的方法,重點(diǎn)分析了無棱鏡測(cè)量方法,指出其適用范圍。
關(guān)鍵詞：全站儀測(cè)繪；三維地圖；無棱鏡測(cè)量
三維數(shù)字地形圖已不是一個(gè)新概念,最早的三維數(shù)字地形圖是在二維數(shù)字地形圖的等高線和高程點(diǎn)上帶高程,即這類數(shù)字地形圖中只有等高線和高程點(diǎn)是三維的。后來以此為基礎(chǔ),又在一些不突出地表的地物如公路、河流等的特征點(diǎn)上注上高程值,使它們也變成三維的,從而使數(shù)字地形圖更加三維化。
一、全站儀測(cè)繪三維數(shù)字地形圖技術(shù)研究進(jìn)展
目前,國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)數(shù)字地球、數(shù)字城市以及三維可視化技術(shù)有著比較廣泛的研究,而且從事這方面的研究人員也越來越多。但從事三維線劃數(shù)字地形圖的研究人員卻不多,三維線劃數(shù)字地形圖有其獨(dú)特的研究方法和實(shí)際意義。隨著數(shù)字地形圖在工程應(yīng)用中的深入,為了便于進(jìn)行空間方面的量測(cè)和分析,人們對(duì)它表示地物和地貌的方法和精度提出了更高的要求。
二、全站儀采集三維數(shù)據(jù)的方法
三維數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)的采集方法較多,全站儀采集是諸多方法中的一種(一般工作量比較大,要注意各種技術(shù)人員的密切合作,來提高工作的效率和質(zhì)量),該方法適用于大比例尺、精度要求高的三維空間數(shù)據(jù),且作業(yè)面積范圍較小的工程。本章主要從利用全站儀采集三維地物數(shù)據(jù)的方面進(jìn)行研究,特別是地物的頂部特征點(diǎn)的采集,主要分為有棱鏡測(cè)量和無棱鏡測(cè)量?jī)煞N情況。三維地形數(shù)據(jù)采集包括兩個(gè)階段,一是外業(yè)采集,主要是利用全站儀采集地形點(diǎn)的三維空間數(shù)據(jù)(包括平面坐標(biāo)及高程)。由于受通視條件、勞動(dòng)強(qiáng)度等因素的影響,只能采集地形特征點(diǎn)的三維空間數(shù)據(jù)(它一般是指山谷點(diǎn)、山脊點(diǎn)、洼地、山腳點(diǎn)、山頂?shù)鹊?。由于這些特征點(diǎn)的密度不夠和分布不均勻,這樣在對(duì)有些地區(qū)的地表高低起伏就很難精確地表示。二是內(nèi)業(yè)加密,就是將外業(yè)采集的數(shù)據(jù),通過內(nèi)插的方法對(duì)特征點(diǎn)的密度和分布進(jìn)行有效處理,獲得分布均勻、密度適當(dāng)?shù)牡匦吸c(diǎn)及高程,使其更能詳細(xì)地反映地勢(shì)的走向。在利用全站儀野外獲取三維地物數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí),地物底部特征點(diǎn)數(shù)據(jù)的獲取是比較容易的,難點(diǎn)在于怎樣獲取地物頂部特征點(diǎn)數(shù)據(jù)。以建筑物為例進(jìn)行說明,其頂部特征點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以通過先測(cè)量其相應(yīng)的底部特征點(diǎn)的平面位置和高程,然后量測(cè)其高度的方法獲取;也可以用放置棱鏡到頂部特征點(diǎn)上直接測(cè)量的方法獲取;還可以用無棱鏡測(cè)量進(jìn)行建筑物頂部特征點(diǎn)的方法獲取。其中,無棱鏡測(cè)量對(duì)于沒有反射的物體不能進(jìn)行測(cè)量,因此在建筑物比較密集的城鎮(zhèn)地區(qū),用無棱鏡測(cè)量會(huì)嚴(yán)重受到通視條件和反射條件的制約,使得測(cè)繪工作量大,效率低。
用全站儀測(cè)量水平距離和兩個(gè)豎直角,來求地物的高度。此方法在進(jìn)行測(cè)量豎直角時(shí),由于地物很高,受到全站儀望遠(yuǎn)鏡仰角的限制,因此要將儀器架在離建筑物較遠(yuǎn)的地方,才能進(jìn)行測(cè)量。用全站儀來測(cè)量地物的頂部和底部的兩個(gè)豎直角和到地物的水平距離計(jì)算地物的高度。此方法測(cè)量高度的精度取決于測(cè)距和角度測(cè)量精度,適合用在點(diǎn)狀地物、線狀地物和規(guī)則的面狀地物。測(cè)量?jī)蓚�(gè)斜距和一個(gè)平距,來求地物的高度。
三、無棱鏡測(cè)量
隨著科技的發(fā)展,全站儀進(jìn)入了激光時(shí)代,出現(xiàn)了無棱鏡測(cè)量的儀器。無棱鏡測(cè)量又叫無合作目標(biāo)測(cè)量,是不需用反射棱鏡而依靠被測(cè)物體自然表面反射光線來進(jìn)行的測(cè)量。無棱鏡測(cè)量技術(shù)基于相位法原理,發(fā)出的激光束極為窄小,可以非常精確地打到目標(biāo)上,保證高精度的距離測(cè)量。與有棱鏡測(cè)量相比較,其優(yōu)點(diǎn)是只要測(cè)點(diǎn)的反射介質(zhì)符合無棱鏡測(cè)量的條件,就不需要在測(cè)點(diǎn)上放置棱鏡,即可測(cè)量出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。全站儀免棱鏡測(cè)量在特殊點(diǎn)、危險(xiǎn)點(diǎn)測(cè)量中顯示出極大優(yōu)越性,解決了傳統(tǒng)測(cè)量方法解決不了的問題。不僅使作業(yè)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性大大降低,而且極大提高生產(chǎn)效率,測(cè)點(diǎn)精度高且均勻,對(duì)被測(cè)目標(biāo)也起到一定保護(hù)作用。即使在一般測(cè)量條件下,全站儀免棱鏡測(cè)量技術(shù)也比傳統(tǒng)測(cè)量方法優(yōu)越。
四、結(jié)語
由于野外全站儀測(cè)量受到通視條件的限制,在地物比較稀疏的地區(qū)或者小范圍的大比例尺測(cè)量區(qū)域,可以用全站儀采集地物底部特征點(diǎn)的數(shù)據(jù),同時(shí)可以利用全站儀有棱鏡測(cè)量法對(duì)地物的高度進(jìn)行測(cè)量,不會(huì)受到全站儀仰角的限制。在此區(qū)域的數(shù)據(jù)采集利用無棱鏡測(cè)量時(shí),效率更高,工作量少,經(jīng)濟(jì)較低等特點(diǎn)。
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