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数字化成图实验指导书 | 教学文件
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前  言

 

该指导书是根据《数字化成图》实验教学大纲,并紧密结合当前数字化成图课程的教学实际编写而成的,是土木工程专业《数字化成图》实践性教学的必备用书。

全书内容分数字化成图实验须知和数字化成图实验指导书两个部分,编写力求内容扼要、叙述简明、使用方便,真正达到帮助学生巩固课堂所学知识,提高实践动手能力的目的。

数字化成图实验须知:系统介绍了实验前应做的准备工作和实验过程中正确使用仪器工具的注意事项,以培养学生爱护测量仪器、工具的良好习惯。

数字化成图实验指导:共包含4个实验,按实验的先后顺序编排,对每个实验目的、任务、操作步骤、限差要求及注意事项等一一交代清楚,方便学生实际操作。

该指导书中所涉及的限差规定和技术要求,是按GB50026-93《工程测量规范》要求提出的。

本指导书由陈伟清负责编写,由于时间仓促,水平有限,书中难免有欠妥之处,恳请读者批评、指正。

 

编   者

                                                 2005年8月


 

目  录

 

第一部分  数字化成图实验须知... 3

一、数字化成图实验规定... 3

二、测量仪器工具的借领与使用规则... 3

第二部分  数字化成图实验指导书... 5

实验一  GPS图根控制测量... 5

实验二  全站仪野外数据采集... 8

实验三  数字化成图软件内业成图... 10

实验四  扫描矢量化软件的使用... 12

 


第一部分  数字化成图实验须知

 

《数字化成图》是一门实践性很强的课程,实验教学是必不可少的环节,是理论联系实际的重要途径。学生只有通过实验,才能巩固课堂所学的基本理论,掌握GPS图根控制测量、全站仪野外数据采集的方法,以及数字化成图软件和扫描矢量化软件的使用,才能培养独立思考、分析和解决实际问题的能力,真正达到提高实践动手能力的目的。因此,每位同学务必在教师的指导下,按时按质按量完成好各项实验任务,以满足本专业后续课程学习和日后工作的需要。

一、数字化成图实验规定

1、在实验前,必须明确目的、了解任务、熟悉实验步骤、注意有关事项,并准备好所需文具用品。

2、实验须分小组进行,采取组长负责制,负责组织协调实验工作,办理所用仪器工具的借领和归还手续。小组成员应团结协作,相互配合,发扬艰苦奋斗、吃苦耐劳的精神。

3、实验应在规定的时间和场地进行,不得无故缺席或迟到、早退,不得擅自改变地点或离开现场。

4、严格遵守 “测量仪器工具的借领与使用规则”及“测量记录与计算规则”,爱护仪器工具,遵守操作规程。

5、严格遵守计算机室的管理规定,正确、安全使用计算机和数字化成图专业软件。

6、服从教师的指导,严格按实验的要求,认真、按时、按质、按量完成各项任务,经指导教师审阅同意后,才可交还仪器工具,并提交书写工整的实验报告。如发现超限,应及时进行重测,严禁编凑数据、伪造成果,如有伪造行为,经教育不改者,取消本课程成绩。

7、在实验过程中,应遵守学校纪律,爱护现场的花草树木及农作物,爱护各种公共设施,严禁砍折、踩踏或损坏公物,爱护环境卫生。

二、测量仪器工具的借领与使用规则

对测量仪器工具的正确使用、精心爱护和科学保养,是测量人员必须具备的基本素质和应该掌握的技能,也是保证测量成果质量、提高工作效率和延长仪器工具使用寿命的必要条件。因此,在仪器工具的借领与使用中,必须严格遵守下列规定。

(一)仪器工具的借领

1、因测量仪器比较贵重,借领时以小组为单位,填写仪器借用卡后,才能借领仪器工具。

2、借领时应当清点检查,实物与清单是否相符,仪器工具及附件是否齐全,背带及提手是否牢固,脚架是否完好等。如有缺损,可以更换。

3、离开实验室之前,必须锁好仪器箱并拿好各种工具;搬运仪器工具时,必须轻取轻放,避免剧烈震动。

4、借出仪器工具之后,不得与其他小组擅自调换或转借。

5、实验结束后,应及时收装仪器工具,送还实验室检查验收。如有遗失或损坏,应写出书面报告说明情况,并按有关规定予以赔偿。

(二)仪器的使用

1、在三脚架安置稳妥之后,方可开启仪器箱,取出仪器前,要看清仪器在箱中的存放位置,避免装箱困难。

2、提取仪器前,应先松开制动螺旋,再用双手握住支架或基座轻轻取出仪器,放在三脚架上,保持一手握住仪器,一手去拧连接螺旋,并做到连接牢固。

3、安置仪器之后,注意随即关好仪器箱,防止灰尘和湿气进入箱内,严禁坐在仪器箱上,仪器不论是否操作,必须有人看护,防止无关人员搬弄或行人车辆碰撞。

4、在观测过程中,如发现镜头上有灰尘,可用镜头纸或软毛刷轻轻拂出,严禁用手指或手帕等物擦拭,以免损坏镜头上的药膜。

5、转动仪器,应先松开制动螺旋,再轻轻转动。使用微动螺旋时,先旋紧制动螺旋。微动螺旋和脚螺旋不要旋到顶端,使用各种螺旋用力应轻而均匀,以免损伤螺丝。

6、在野外使用仪器时,应该撑伞,严防日晒雨淋。

7、在仪器发生故障时,应及时报告指导教师,不得擅自处理。

(三)仪器的搬迁

1、  在行走不便的地方或远距离搬站时,必须将仪器装箱后再搬迁。

2、  短距离搬迁时,可以仪器和脚架一起搬,其方法是:检查并旋紧中心连接螺旋,松开各制动螺旋(经纬仪物镜应对向度盘中心,水准仪物镜应向后);再收拢三脚架,左手抓住仪器,右手抱住脚架,近于垂直地搬移。严禁斜扛仪器,以防碰摔。

3、  搬迁时,小组其他人员应协助观测员带走仪器箱和其它工具。

(四)仪器的装箱

1、每次使用仪器之后,应及时清除仪器的灰尘及脚架上的泥土。

2、仪器拆卸时,应先将脚螺旋旋至大致同高的位置,再一手握住仪器,一手松开连接螺旋,双手取下仪器。

3、仪器装箱时,应先松开各制动螺旋,使仪器就位正确,试关箱盖确认放妥后,关箱上锁或上扣,切不可强压箱盖,以防压仪器。

4、清点所有附件和工具,防止遗失。


 

第二部分  数字化成图实验指导书

 

数字化成图实验是《数字化成图》课程的重要组成部分,是与课堂教学紧密配合的实践性教学环节。按土木工程专业《数字化成图》课程教学大纲和实验教学大纲的要求,共设计了4个实验。在实验过程中要求认真细致,人人动手,对观测结果做到及时检查,发现问题,应仔细分析原因并返工重测,按时上交实验报告。

 

实验一  GPS图根控制测量

一、目的

1、  了解GPS接收机的构造,认识仪器的主要性能及各部件的名称和作用。

2、  掌握GPS的基本操作方法。

3、  初步掌握GPS图根控制测量的方法。

二、任务

用GPS接收机建立一个包含4个控制点的图根控制网。

三、仪器工具

1、硬件设备

①北极星9600接收机(内置测量型天线及抑制多路径板)。

②北极星9600单片机内置采集器(内置采集软件)。

③可充电电池及充电器。

④铝或木三脚架。

⑤数据传输电缆。

2、软件

①数据传输软件(计算机与9600主机通讯软件);

②GPS数据处理系统(包含基线向量处理、闭合差自动搜索、网平差、高程拟合以及图形输出等功能)。

四、操作步骤

1、安置仪器

在选好的观测站点上安放三脚架。注意观测站周围的环境必须符合净空条件好、远离反射源、避开电磁场干扰等条件。安放时应尽量避免将接收机放在树荫、建筑物下,也不要在靠近接收机的地方使用对讲机,手提电话等无线电设备。

‚小心打开仪器箱,取出基座及对中器,将其安放在脚架上,在测点上对中、整平基座,注意基座上的水准管必须严格居中。

ƒ从仪器箱中取出接收机,将其安放在对中器上,并将其锁紧,再分别取出电池、采集器及其托盘,将它们安装在脚架上。

2、认识仪器

认识各部件的名称和位置,了解其作用并熟悉使用方法。

3、量取天线高即仪器高

 

图1 量取天线高示意图

安置好仪器后,应在各观测时段的前后,各量测天线高一次,量至毫米。量测时,由标石(或其它标志)或者地面点中心顶端量至天线中部,即天线上部与下部的中缝(见图1)。

采用下面公式计算天线高:

                      (1)

其中, ——标石或其它标志中心顶端到天线下沿所量的斜距 (即 为客户用钢卷尺由地面中心位置量至天线边缘的斜距) ;

——天线半径(天线相位中心为准)99mm;

——天线相位中心至天线中部的距离13mm。

所算 即为天线高理论计算值。两次量测的结果之差不应超过3mm,并取其平均值。

实际输入仪器天线高时要求输入h,即用钢卷尺由地面中心位置量至天线边缘的斜距。

4、GPS数据采集

通过接收机控制面板上电源开关启动仪器,打开主机电源后,初始界面有智能模式、人工采集和节电模式三种工作方式,选择其中任何一种工作方式来采集数据。若不进行选择,则延时10秒后自动进入默认采集方式“智能模式”。

将4台北极星9600接收机,分别安置在4条基线的端点,根据基线长度和要求的精度,按北极星9600型GPS测量系统外业的要求同步观测四颗以上的卫星数时段,每个观测时段长度在40分钟以上。

5、数据传输

利用数据传输软件将9600接收机中采集的数据通过通讯电缆传入计算机。

6、基线解算

利用基线处理软件进行基线解算。

①新建项目。在对话框中按照要求填入相应内容后点击“确定”按钮。

②增加野外观测数据。将野外GPS采集数据调入软件,这些数据是南方公司的专用格式*.STH。

③GPS基线处理。处理合格后要检查异步、同步环闭合差。

④对整网进行约束平差。

⑤检查和打印成果。

五、精度要求

1、观测要求

各级GPS测量基本技术要求规范

 

          说明:本实验执行E级GPS技术要求。

2、成果要求

对GPS网的精度要求,主要取决于网的用途。精度指标通常均以网中相邻点之间的距离误差来表示。对于图根控制测量,网中相邻点间的距离误差为±(10mm+20ppm×D)(mm),D为相邻点间的距离,以公里计。

六、注意事项

1、必须严格按照9600操作手册进行接线和操作,以保证能够获得符合要求的成果。选点时按规程规定,避开树荫、建筑物、构筑物等,同时9600型GPS接收机使用时应避开强电磁场的干扰,如离开电视电信发射塔300米、高压线50米以上、电动机、对讲机(尤其是移动电话)等。

2、 不应在电压低的情况下(电源指示灯为红色)长时间工作,否则数据的质量会受到影响。

3、  观测的独立基线边应构成闭合图形(如三角形、多边形),以利于观测成果的检核,增强网的强度,提高成果的可靠性和精确性。

4、  搬运主机时,要十分小心。开箱前轻轻放好箱子,让仪器箱的盖子朝上,打开箱子的锁栓。

5、  9600型GPS接收机应存放在干燥、安全的地方,避免受潮及碰撞。

6、  应保证接收机每三个月使用一次以上,否则,9600型GPS接收机内存储的数据将有可能丢失,这样下次定位就需要较长的时间初始化各种有关参数。

    七、上交资料

每人交实验报告一份。


实验二  全站仪野外数据采集

 

    一、目的

掌握全站仪的基本操作和野外数据采集的方法。

二、任务

利用全站仪采集一定区域的地形点数据,并现场绘制地形草图,供室内编辑成图使用。

三、仪器工具

全站仪一套,电缆线一根,皮尺一支,2H或3H铅笔(自备)。

四、操作步骤

1、测站准备

①在测站点上安置全站仪,对中、整平后,量取仪器高。

②根据需要设置测距类型、棱镜常数、气象数据等测距参数。

2、全站仪坐标测量

①设置作业文件名,输入测站点和定向点的坐标和高程。

②输入仪器高与棱镜高,照准定向点进行定向测量。。

③用全站仪照准各地物和地貌特征点上的棱镜,采用“草图法”工作方式,分别测定未知点(碎部点)的坐标和高程。图2为坐标测量示意图。

 “草图法”工作方式要求外业工作时,除了测量员和跑尺员外,还要安排一名绘草图的人员,在跑尺员跑尺时,绘图员要标注出所测的是什么地物(属性信息)及记下所测点的点号(位置信息),在测量过程中要和测量员及时联系,使草图上标注的某点点号要和全站仪里记录的点号一致,而在测量每一个碎部点时不用在全站仪里输入地物编码,故又称为“无码方式”。

 

图2 坐标测量示意图

3、数据传输

用通讯电缆将全站仪内存中的测量结果输出到计算机或其它外部设备。

4、室内成图

用数字化成图软件绘制所测区域的地形图。

五、注意事项

1、架设仪器时,尽可能使用木脚架,因为金属脚架可能会引起震动影响测量精度。使用各螺旋时,用力应轻而均匀。

2、全站仪从箱中取出后,应立即用中心连接螺旋连接在脚架上,并做到连接牢固。

3、作业前应仔细全面检查仪器,确定仪器各项指标、功能、电源、初始设置和改正参数均符合要求时再进行作业。

4、  严禁将照准头对向太阳或其它强光物体,不能用手摸仪器镜头或反光镜镜面。

5、  若发现仪器功能异常,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。

6、  不得带电搬移仪器,远距离或困难地区应装箱搬移。

7、    仪器使用完毕后,应用绒布或毛刷清除仪器表面灰尘,外露光学器件需要清洁时,应用脱脂棉或镜头纸轻轻擦净,切不可用其它物品擦拭。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。

8、  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)。

9、  仪器不使用时,应将其装入箱内,置于干燥处,并注意防震、防尘和防潮。

10、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,直至适应环境温度后再使用。

11、若仪器长期不使用,应将电池卸下分开存放,并且电池应每月充电一次。

12、运输仪器时应将其装于箱内进行,运输过程中要小心,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。

六、上交资料

每人交实验报告一份。


实验三  数字化成图软件内业成图

 

一、目的

1、了解cass5.0数字化成图软件的系统组成及功能。

2、掌握用cass5.0绘制地形图的方法。

二、任务

     利用全站仪野外采集的数据绘制所测区域的数字地形图。

三、仪器工具

cass5.0数字化成图软件一套(网络版)、计算机、打印机等。

四、操作步骤

1、启动计算机,进入cass5.0系统,了解cass5.0数字化成图软件的系统组成及功能。

2、数据通讯

①将全站仪通过适当的通讯电缆与计算机联接好。

②移动鼠标至“数据通讯”项的“读取全站仪数据”项,该处以高亮度(深蓝)显示,按左键,出现如图3的对话框。

 

图3 全站仪内存数据转换的对话框

③根据不同仪器的型号设置好通讯参数,再选取好要保存的数据文件名,依次进行点转换。

如果想将以前传过来的数据(比如用超级终端传过来的数据文件)进行数据转换,可先选好仪器类型,再将仪器型号后面的“联机”选项取消。这时通讯参数全部变灰。在“通讯临时文件”选项下面的空白区域填上已有的临时数据文件,再在“CASS坐标文件”选项下面的空白区域填上转换后的CASS坐标数据文件的路径和文件名,点击“转换”即可。

3、内业成图

“草图法”在内业工作时,可分别采用“点号定位”、“坐标定位”、“编码引导”等作业方式绘制地形图。

①定显示区。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。

②选择测点点号定位成图法。通过屏幕右侧菜单区选择“测点点号”项。

③展点。将坐标数据文件展绘在计算机屏幕上。

④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。在操作过程中,可以套用别的命令,如放大显示、移动图纸、删除、文字注记等。

注:如果需要在点号定位的过程中临时切换到坐标定位,可以按“P”键,这时进入坐标定位状态,想回到点号定位状态时再次按“P”键即可。

⑤绘制等高线。在数字化自动成图系统中,等高线是由计算机自动勾绘,生成的等高线精度相当高。展绘高程点后,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勾绘出等高线。

⑥添加注记。包括文字注记、数字注记和符号注记。

⑦添加图框。采用50×50或50×40的标准图幅,填写图名、测量员、绘图员、检查员、接图表等信息。

⑧图形输出。用绘图仪或打印机输出图所绘制的地形图。

五、注意事项

1、注意及时存盘

在操作过程中要注意经常存盘,以防操作不慎导致丢失。正式工作时,最好不要把数据文件或图形保存在CASS50或其子目录下,应该创建工作目录。比如在d盘根目录下创建DATA目录存放数据文件,在C盘根目录下创建DWG目录存放图形文件。

2、注意命令区的提示

在执行各项命令时,每一步都要注意看下面命令区的提示,当出现“Command:”提示时,要求输入新的命令,出现“Select objects:”提示时,要求选择对象,等等。当一个命令没执行完时最好不要执行另一个命令,若要强行终止,可按键盘左上角的“Esc”键或按“Ctrl”的同时按下“C”键,直到出现“Command:”提示为止。

3、注意利用多种途径执行相关命令

有些命令可根据自己的喜好灵活选用快捷工具按钮、下拉菜单或在命令区输入命令。

六、上交资料

每人交实验报告一份。


实验四  扫描矢量化软件的使用

 

一、目的

1、掌握地形图的扫描方法。

2、初步掌握扫描矢量化软件的基本使用。

二、任务

     利用南方CASS5.0软件进行一定区域地形图的矢量化。

三、仪器工具

cass5.0数字化成图软件一套(网络版)、计算机、扫描仪等。

四、操作步骤

1、地形图扫描

利用扫描仪进行地形图的扫描。

2、地形图数字化

①根据图形大小在“绘图输出”菜单下插入一个图幅。采用50×50或50×40的标准图幅,填写图名、测量员、绘图员、检查员、接图表等信息。

②通过“工具”菜单下的“光栅图象->插入图象”项插入扫描好的栅格图。弹出图象管理对话框,选择“Attach…”按钮,弹出选择图像文件对话框,再选择要矢量化的光栅图,点击“打开”按钮,进入图形管理对话框,选择好图形后,点击“OK”即可。

③用“工具”下拉菜单的“光栅图象->图形纠正”对图象进行纠正。选择要纠正的图象,弹出图形纠正对话框,选择五点纠正方法“linear”,依此局部放大后选择各角点或已知点,添加各点实际坐标值,完成一个控制点的输入后,依次拾取输入各点,最后进行纠正。此方法最少输入五个控制点,纠正之前可以查看误差大小。五点纠正完毕后,进行四点纠正“affine”,同样依此局部放大后选择各角点或已知点,添加各点实际坐标值,最后进行纠正。此方法最少四个控制点。经过两次纠正后,栅格图象应该能达到数字化所需的精度。

④利用右侧的屏幕菜单进行图形的矢量化工作。选定定点方式后根据需要利用图式符号,进行矢量化工作。利用右侧的屏幕菜单分别绘制控制点、居民地、交通设施、管线设施、水系设施、独立地物、植被园林、地貌土质、境界线等地物和地貌符号。

五、注意事项

1、及时备份原图

纠正过程中将会对栅格图象进行重写,覆盖原图,自动保存为纠正后的图形,所以在纠正之前需备份原图。

2、及时保存矢量图

在操作过程中要注意经常存盘,以防操作不慎导致丢失。正式工作时,最好不要把数据文件或图形保存在CASS50或其子目录下,应该创建工作目录。比如在d盘根目录下创建DATA目录存放数据文件,在C盘根目录下创建DWG目录存放图形文件。

3、注意命令区的提示

在执行各项命令时,每一步都要注意看下面命令区的提示,当出现“Command:”提示时,要求输入新的命令,出现“Select objects:”提示时,要求选择对象,等等。当一个命令没执行完时最好不要执行另一个命令,若要强行终止,可按键盘左上角的“Esc”键或按“Ctrl”的同时按下“C”键,直到出现“Command:”提示为止。

4、注意利用多种途径执行相关命令

有些命令可根据自己的喜好灵活选用快捷工具按钮、下拉菜单或在命令区输入命令。

六、上交资料

每人交实验报告一份。

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