[科普中国]-机助测图

机助测图是指由计算机辅助进行的测图。在摄影测量中，是在与计算机相连接的立体测图仪上，人眼进行立体观测，由计算机协助进行测图的方法。

概况传统的地形测量是用仪器在野外测量角度、距离、高差，做记录，然后在室内做计算、处理，绘制地形图等。由于地形测量的主要成果——地形图是由测绘人员利用量角器、比例尺等工具模拟测量数据，按图式符号展绘到白纸或聚酯薄膜上，所以又俗称白纸测图。这种测图方法的实质是图解法测图，数字精度由于受刺点、绘图、图纸伸缩变形等因素的影响而大大降低，而且工序多、劳动强度大、质量管理难，更新极不方便，难以适应信息时代经济建设的需要。

随着电子技术和计算机技术日新月异的发展及其在测绘领域的广泛应用，20世纪80年代产生了电子速测仪、电子数据终端，并逐步构成了野外数据采集系统，将其与内、外业机助制图系统结合，形成了一套从野外数据采集到内业制图全过程的、实现数字化和自动化的测量制图系统，人们通常称之为数字化测图（简称数字测图）或机助成图。广义的数字测图包括利用全站仪或其他测量仪器进行野外数字化测图，利用手扶跟踪数字化仪或扫描数字化仪将纸质地形图数字化，利用航摄、遥感像片进行数字化测图等技术。实际工作中，数字化测图主要指野外实地测量，即地面数字测图，也称野外数字化测图。1

原理机助测图是以计算机及其软件为核心在外接输入/输出设备的支持下，对地形空间数据进行采集、输入、成图、绘图、输出的一项技术。其基本原理是将采集的各种有关的地物和地貌信息转化为数字形式，通过数据接口传输给计算机进行处理，得到内容丰富的电子地图，需要时由电子计算机的图形输出设备（如显示器、绘图仪）绘出地形图或各种专题地图。2

特点作为一种全解析机助测图技术，与图解法测图相比，机助测图以其特有的高自动化、全数字化、高精度的显著优势而具有广阔的发展前景。目前许多测绘部门已经形成了机助测图的规模生产，作为反映测绘技术现代化水平的标志之一，机助测图技术将逐步取代人工模拟测图，成为地形测图的主流。机助测图技术主要具有以下几个特点。

（1）点位精度高

机助测图的数据作为电子信息可自动记录、存储、传输、处理和成图。在此过程中，原始测量数据的精度毫无损失，从而可以获得高精度（与仪器测量同精度）的测量成果。数字地形图最好地体现了外业测量的高精度，也最好地体现了仪器发展更新、精度提高等高科技进步的价值。

（2）测图过程自动化

机助测图野外测量数据自动记录，自动解算处理，自动成图、绘图，整个过程实现了测量工作的内、外业一体化和自动化。因而机助测图具有自动化程度高，劳动强度小，错误几率小，绘制的地形图精确、美观、规范等优点。

（3）图形数字化

机助测图的成果以数字信息保存，能够使测图用图的精度保持一致，精度毫无损失，避免了对图纸的依赖性，便于远距离传输、处理和多用户共享。

（4）便于成果更新

机助测图的成果以点的定位信息和属性信息存入计算机，当实地有变化时，只需输入变化信息的坐标、编码，经过数据处理即能方便地进行数据更新和修改，从而始终保持图面整体的可靠性和现势性（现势性是指地图提供的地理空间信息要尽可能地反映当前最新的情况）。

（5）成果应用灵活

数字信息分层存放，不受图面负载量的限制，通过图层操作可以方便地绘制各种比例尺的专题图和综合图，便于测量成果的深加工利用，从而拓宽测绘工作的服务面。

（6）可作为GIS的重要信息源

地理信息系统具有方便的空间信息查询检索功能、空间分析功能以及辅助决策功能。GIS要发挥辅助决策的功能，需要现势性强的地理信息资料。数字测图能提供现势性强地理基础信息，及时更新GIS的数据库。1

基本过程机助测图系统是以计算机为核心，在外连输入/输出设备硬件和软件的支持下，对地形空间数据进行采集、输入、编辑、成图、输出和管理的测绘系统。机助测图系统主要由数据采集、数据处理和数据输出三部分组成。

数据采集

各种机助测图系统必须首先获取测区野外图形信息，地形图的图形信息包括所有与成图有关的各种资料，如测量控制点资料、解析点（地形点）坐标、各种地物的几何位置和符号，各种地貌的形状以及相应的各类注记等，在机助测图中获取这些信息的工作称为数据采集。

机助测图是经过计算机软件自动处理（自动计算、自动识别、自动连接、自动调用图式符号等），自动绘出所测的地形图。进行机助测图时不仅要测定地形点的位置，还要知道是什么点，当场记下该测点的编码和连接信息，显示成图。利用测图系统中的图式符号库，只要知道编码，就可以从库中调出与该编码对应的图式符号成图。因此，机助测图时必须采集绘图信息，它包括点的定位信息、连接信息和属性信息。

数据处理

机助测图的全过程都是在进行数据处理，这里所讲的数据处理主要是指在数据采集以到图形输出之前对图形数据的各种处理。数据处理主要包括数据传输、数据预处理、数据转换、数据计算、图形生成、图形编辑与整饰、图形信息的管理与应用等。

数据预处理包括坐标变换、各种数据资料的匹配、图比例尺的统一、不同结构数据的转换等。数据转换的内容很多，如将碎部点记录数据（距离、水平角、竖直角等）文件转换为坐标数据文件；将简码的数据文件或无码数据文件转换为带绘图编码的数据文件，供计算机绘图使用。数据计算主要是针对地貌关系的。当数据输入计算机后，为建立数字地面模型绘制等高线，需要进行插值模型建立、插值计算、等高线光滑处理三个过程的工作。数据计算还包括对房屋类呈直角拐弯的地物进行误差调整，消除非直角化误差等。

图形生成是在地图符号的支持下利用所采集的地形数据生成图形数据文件的过程。

要想得到一幅规范的地形图，还要对数据处理后生成的“原始”图形，利用机助测图系统提供的各种编辑功能进行修改、编辑、整理；还需要加上汉字注记、高程注记，并填充各种面状地物符号等，即图形处理。除此之外，图形处理还包括测区图形拼接，图廓整饰，图形信息保存、管理、应用等。图形裁剪是保留给定区域内的图形而除掉区域外的图形的一种处理方法，主要用于图形分幅。

数据处理是机助测图的关键阶段。机助测图系统的优劣取决于数据处理的功能。在数据处理时，既有对图形数据的交互处理，也有批处理。

数据输出

输出图形是机助测图的主要目的，通过对层的控制，可以编制和输出各种专题地图（包括平面图、地籍图、地形图、管网图、带状图、规划图等），以满足不同用户的需要。可采用矢量绘图仪、栅格绘图仪、图形显示器、缩微系统等绘制或显示地形图图形。为了使用方便，往往需要用绘图仪或打印机将图形或数据资料输出。在用绘图仪输出图形时，还可按层来控制线划的粗细或颜色。2

发展历程数字化成图是由制图自动化开始的。20世纪50年代美国国防制图局开始研究制图自动化问题，这一研究同时推动了制图自动化配套设备的研制与开发。20世纪70年代，制图自动化已形成规模生产，美国、加拿大及欧洲各国都建立了自动制图系统。当时的自动制图主要包括数字化仪、扫描仪、计算机及显示系统四个部分，数字化仪数字化成图成为主要的自动成图方法。当一幅地形图数字化完毕后，由绘图仪在透明塑料片上回放出地图，并与原始地图叠置以检查、修正错误。

20世纪80年代，摄影测量经历模拟法、解析法发展为数字摄影测量。数字摄影测把摄影所获得的影像进行数字化得到数字化影像，利用计算机视觉原理借助立体观测系观测立体模型，利用系统提供的扫描数据处理、测量数据管理、数字定向、立体显示、地物采集等软件实现量测过程自动化，从而提供数字地形图或专题图、数字地面模型等各种数字化产品。

大比例尺地面机助测图，是20世纪70年代在轻小型、自动化、多功能的电子速测仪问世后，在机助地图制图系统的基础上发展起来的。20世纪80年代全站型电子速测仪的迅猛发展，加速了机助测图的研究与应用。目前，机助测图技术在国内已趋成熟，它已作为主要的成图方法取代了传统的图解法测图。其发展过程大体上可分为两个阶段。

第一阶段：主要利用全站仪采集数据，电子手簿记录，同时人工绘制标注测点点号的草图，到室内将测量数据直接由记录器传输到计算机，再由人工按草图编辑图形文件，并输入计算机自动成图，经人机交互编辑修改，最终生成数字地形图，并由绘图仪绘制地形图。

第二阶段：仍采用野外测记模式，但成图软件有了实质性的进展。一是开发了智能化的外业数据采集软件；二是计算机成图软件能直接对接收的地形信息数据进行处理。

20世纪90年代，RTK实时动态定位技术（载波相位差分技术）出现，能够实时提供测点在指定坐标系的三维坐标成果，定位精度高。随着RTK技术的不断发展和系列化产品的不断出现，GPS数字测量系统在开阔地区将成为地面机助测图的主要方法。1

本词条内容贡献者为:

何星 - 副教授 - 上海交通大学