淺析地形圖平面精度快速統計分析方法范文

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摘要：針對電子地形圖平面精度檢查中需要逐個點統計點位精度以及計算中誤差的繁瑣過程，本文提出了一種自動化的精度快速統計分析方法，并利用編程對該方法進行了實現，試驗結果表明該方法是可行的、高效的。

關鍵詞：地形圖；精度；統計；分析

1概述

地球整體上是一個兩極稍扁，赤道略微突出的橢球體，人類經歷了漫長的歷史才逐步認清了地球的形狀，并通過地圖的方式來表達地球上的各種地形、地貌、地名、地物，同時也發展出了地圖學這一門學科。地圖學是研究地圖的理論、編制技術與應用方法的科學[1]，地圖則是按照一定的數學法則，將地球表面上的空間信息通過概括綜合，運用符號系統縮小表達在特定載體上的圖形模型。地形圖是一類特殊的地圖，它重點反映的是地表的地物和地貌信息，廣泛應用于國土、地質、軍事、氣象、旅游等各個領域。隨著現代電子計算機和存儲技術的發展，地形圖的載體從傳統的紙質印制向電子地形圖轉變，相比紙質地形圖，電子地形圖具有存儲方便、顯示方式靈活、數據分析效率高等優勢。電子地形圖的生產方式在近幾十年有了革命性的變化，電子全站儀、GPS-RTK、數字攝影測量等先進測量儀器和技術的廣泛應用，地形測量的方法也向自動化和數字化方向發展，即當今的數字化測圖技術。本文中所述的地形圖均指電子地形圖。可量測性是地圖的一項重要性質，地形圖的精度對其可量測性產生直接影響，是反映其質量水平的重要參數。無論采用何種儀器或作業方式，由于儀器誤差、環境干擾、人為失誤等各種不利因素均可能對地形圖的精度水平產生負面作用，因此，地形圖的精度檢查是生產和驗收環節的一項重要工作內容。本文中所述的地形圖精度指平面精度。

2地形圖平面精度檢查與統計方法

當前地形圖的精度檢查一般通過電子全站儀，在地圖范圍內按一定的抽檢比例，選擇性地對相對穩定地物特征點（如房屋角點等）進行重新測量，將測量坐標與原始地形圖中的同名點的坐標進行比對，計算相對中誤差，作為衡量地形圖精度的數學指標。單點點位差公式和統計中誤差公式如下所示：（1）（2）上式中，i為第i個檢測點編號，n為總的檢測點數，m為中誤差，xi和yi表示第i個檢測點原測量坐標，x'i和y'i表示第i個檢測點現測量坐標。在實際操作中，上述過程需要逐個進行同名點查找、坐標提取、誤差計算、中誤差統計，當檢測點較多時，人工處理的過程就顯得非常繁瑣，重復工作量大，效率低下且容易出錯。本文研究一種自動化的精度統計方法，自動執行上述過程并輸出統計報告，下面對該方法進行闡述。

3地形圖平面精度快速統計分析方法

3.1地形圖存儲格式

CASS軟件是在CAD平臺之上架構的一套集地形、地籍、空間數據建庫、工程應用、土石方算量等功能為一體的軟件系統，是測繪行業中應用最廣泛的制圖和數據管理軟件，本文以CASS軟件繪制的地形圖為研究對象探索地形圖平面精度統計方法。CASS軟件中已按照國家相關圖式規范對各類地物進行編碼和符號化，并按地物類型對各類要素分層存儲，包括居民地（JMD）、地貌土質（DMTZ）、水系設施（SXSS）管線要素（GXYS）等，如圖1所示。CASS中內置了一套實體代碼（以下簡稱CASS碼），每一類地物均有對應的CASS碼，將光標移動在某一砼房屋上停留，系統顯示的實體代碼。上述CASS中的分層存儲和分類編碼體系為圖形解析提供了基礎。

3.2檢測坐標導入地形圖

利用全站儀對檢測點進行測量并將觀測數據文件導出后，利用CASS軟件中的“繪圖處理”-“展野外測點點號”功能將檢測點導入到地形圖中，該功能自動將點及相應的點號注記存儲在“ZDH”圖層中。（圖3）

3.3數據解析與精度分析

明確了CASS中各類地物的存儲方式與編碼體系后，就可以對整個地形圖文件（包括導入的檢測點）進行解析，逐個識別出檢測點，并對最近的地物角點（即為被檢測的同名點）進行距離分析，按照上一節中的公式計算每個點的誤差并統計所有點的綜合中誤差。過程如下：

3.3.1第一步，地形圖文件預處理。檢測點一般選定房屋等對相對穩定地物特征點，根據CASS中的分層存儲規則，先將無關的數據圖層關閉，僅保留ZDH圖層及檢測點所在的圖層（如JMD），既可以排除數據干擾，也可以減少后續處理的數據量。

3.3.2第二步，地形圖文件讀入（dwg格式）。

3.3.3第三步，文件對象遍歷。遍歷地形圖文件中的所有對象，判斷每個對象的類型：若為點要素，則存入檢測點序列（measure_point_list）中；若為注記，則存入點號序列（annotation_list）中；若為多段線，則解析多段線上的所有節點，并存入地物節點序列（vertex_list）中。

3.3.4第四步，空間匹配。空間匹配分檢測點與點號注記匹配及檢測點與被檢測點匹配兩方面的內容。遍歷檢測點序列（measure_point_list）中的每個點對象，計算其到點號序列（annotation_list）中每個注記的距離，距離最近的注記為其對應的點號；計算其到地物節點序列（vertex_list）中每個節點的距離，距離最近的節點為該檢測點對應的地物點（即被檢測點）。定義檢測點點號-檢測點坐標-被檢測點坐標”結構體序列（match_list），并將上述空間匹配的結果存入該序列中。

3.3.5第五步，誤差計算與表格輸出。根據第四步的匹配結果，依次將每個匹配對象對應的檢測點號、檢測點坐標、被檢測點坐標及對應的點位差（依據第2節中的公式1）輸出到Excel結果文件中，并根據第2節中的公式2，計算所有檢測點的中誤差。由于地形圖的地圖單位一般為m，而正常情況下檢測的點位差均較小，因此將結果中點位差的單位換算成cm。

4算法實現與實現

本研究采用VisualStudio2012為開發工具，利用C#語言對上述算法進行了實現。該工具利用Teigha組件進行dwg文件的讀取和解析，利用Aspose組件進行Excel文件的自動化輸出，該兩個組件分別可以實現對不同版本的dwg文件和Excel文件的讀取和修改，并且可以允許脫離CAD和Office環境獨立構建應用程序，提高了程序的靈活性和適用性。利用本工具對福建省某農村地籍與房屋調查項目一個街坊的地形圖精度檢查自動化統計，輸出結果如圖5所示，生成該表格耗時不到5秒，相比人工逐個點分析和誤差計算，該工具極大提高了工作的效率。

參考文獻

[1]朱良,韓雪培.新編地圖學教程[M].北京：高等教育出版社，2008，4.

[2]宋志軍.探討數字化測圖在測繪技術中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2014.

[3]王發艷.地理信息系統與地圖制圖[J].資源環境與工程，2008.

[4]駱帝驤.淺談數字化測圖中全站儀及南方CASS軟件的應用[J].廣東科技，2012.

[5]丁明華,余存林,郭秉程有關數字化測圖技術的討論與應用[J].西部資源，2012.

作者：林平 單位：福建省國土測繪院