摘要:文中主要針對(duì)電子地圖測(cè)繪的原理及方法進(jìn)行分析論述，僅供相關(guān)同行參考。
　　關(guān)鍵詞：電子地圖，GPS，測(cè)量技術(shù)
　　
　　前言：
　　隨著互聯(lián)網(wǎng)、汽車電子和無(wú)線手持設(shè)備對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)需求的劇增,使得中國(guó)電子地圖產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展。面臨這些需求,許多城市和地區(qū)出現(xiàn)了各類電子地圖。在電子地圖的制作過(guò)程中,地圖數(shù)據(jù)采集約占整個(gè)工作量的70%～80%。目前,電子地圖的數(shù)據(jù)獲取主要有三種方法:掃描現(xiàn)有地形圖資料、圖像資料(航片、衛(wèi)星影像等)數(shù)字化以及數(shù)字測(cè)圖。其中數(shù)字測(cè)圖是利用GPS、電子全站儀等在野外實(shí)測(cè)直接生成數(shù)字地圖,這一方法適合于在沒(méi)有現(xiàn)成圖紙和航片時(shí)的大比例尺的地形測(cè)圖，隨著GPS測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用,GPS數(shù)字測(cè)圖已經(jīng)成為電子地圖數(shù)據(jù)采集的首選方式。
　　
　　1電子地圖測(cè)繪的軟、硬件設(shè)備
　　電子地圖測(cè)繪采用的是集PDA掌上電腦技術(shù)、GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù)和GIS地理信息系統(tǒng)技術(shù)的軟、硬件為一體的公路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),如圖1所示。在整個(gè)系統(tǒng)中對(duì)硬件部分的要求是:PDA采用的是WindowsMobile2003微軟操作系統(tǒng);中央處理器主頻率CPU為624MHz,內(nèi)存容量RAM185M,外加1GPDA擴(kuò)展卡容量。GPS采用藍(lán)牙接口,數(shù)據(jù)更新頻率1次/s,自動(dòng)定位時(shí)間45s,定位精度小于5m;對(duì)軟件部分要求是:e-RoadForPDA和e-RoadForPC軟件操作系統(tǒng)。前者是將GPS接收的信號(hào)傳輸?shù)絇DA上,后者是將PDA的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上,并對(duì)導(dǎo)出的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行合并和編輯。
　　
　　圖1測(cè)繪系統(tǒng)的組成
　　
　　2電子地圖測(cè)繪的原理
　　全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS分成3個(gè)部分:GPS衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)、GPS接收機(jī)。一般在測(cè)繪中所使用的是第三部分GPS接收機(jī)。GPS使用測(cè)距交會(huì)的原理確定點(diǎn)位,其基本定位原理是每顆太空衛(wèi)星在運(yùn)行時(shí),任一時(shí)刻的位置都用一個(gè)坐標(biāo)值來(lái)表示,GPS接收機(jī)所在的位置坐標(biāo)為未知值,而太空衛(wèi)星的訊息在傳送過(guò)程中存在時(shí)間差,將此時(shí)間差值乘以電波傳送速度,就可計(jì)算出太空衛(wèi)星與GPS接收機(jī)間的距離,如此就可依三角向量關(guān)系列出一個(gè)相關(guān)的方程式。每接收到一顆衛(wèi)星就可列出一個(gè)相關(guān)的方程式,因此,至少同時(shí)接收到三顆衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)后,即可計(jì)算出平面坐標(biāo)(經(jīng)緯度)值,收到四顆衛(wèi)星信號(hào)則可同時(shí)測(cè)出高程值,五顆衛(wèi)星以上可大大提高其測(cè)量精度。一般來(lái)說(shuō),GPS接收機(jī)在運(yùn)動(dòng)中每秒的坐標(biāo)數(shù)據(jù)都是最新的,也就是說(shuō)GPS接收機(jī)會(huì)自動(dòng)不斷地接收衛(wèi)星訊息,并實(shí)時(shí)地計(jì)算其所在位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù),同時(shí)記錄下來(lái)。
　　在GPS定位中,根據(jù)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以將GPS定位分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。靜態(tài)定位指的是對(duì)于固定不運(yùn)動(dòng)的待定點(diǎn),將GPS接收機(jī)安置于其上,觀測(cè)數(shù)分鐘乃至更長(zhǎng)的時(shí)間,以確定該點(diǎn)的三維坐標(biāo),又叫絕對(duì)定位。若將2臺(tái)或2臺(tái)以上分別固定不變地安置在待定點(diǎn)上,則通過(guò)一定時(shí)間的觀測(cè),可以確定這些點(diǎn)之間的相對(duì)位置,又叫靜態(tài)定位。而動(dòng)態(tài)定位則至少有一臺(tái)接收機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài),測(cè)定的是各觀測(cè)時(shí)刻運(yùn)動(dòng)中的接收機(jī)的點(diǎn)位。在電子地圖測(cè)繪系統(tǒng)中采用的是動(dòng)態(tài)定位。GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效率等特點(diǎn)贏得廣大測(cè)繪工作者的信賴。
　　
　　3電子地圖測(cè)繪的方法
　　3.1外業(yè)采集
　　外業(yè)采集是整個(gè)測(cè)繪的核心工作,采集組一般由4名成員(PDA操作員、記錄員、帶路者、駕駛員)和1臺(tái)作業(yè)車組成。PDA操作員要熟練掌握PDA操作技術(shù),事先對(duì)要測(cè)的路線進(jìn)行編號(hào),對(duì)于已經(jīng)有編號(hào)的路線要進(jìn)行核對(duì),做到不重復(fù),不遺漏每一條路線;記錄人員要求反應(yīng)速度快,能領(lǐng)會(huì)操作員的意圖,配合操作員進(jìn)行記錄,做到不遺漏,準(zhǔn)確率達(dá)到100%;帶路者要求熟悉當(dāng)?shù)氐匦?對(duì)整個(gè)地區(qū)的路線了如指掌,做到不走重復(fù)路,以最佳路線測(cè)繪。駕駛員要平穩(wěn)、勻速駕駛作業(yè)車,并保養(yǎng)維修好。另外還要確保測(cè)繪設(shè)備具有充足的電量,避免設(shè)備自動(dòng)關(guān)機(jī),造成數(shù)據(jù)丟失。因此,要求在測(cè)繪之前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,只有這樣才能達(dá)到最佳的效果。
　　準(zhǔn)備就序后,首先要對(duì)GPS進(jìn)行定位,然后打開(kāi)GPS藍(lán)牙,將其連接到PDA上,待其在PDA上顯示為“3D”狀態(tài)時(shí)就表示GPS已聯(lián)接上PDA,可以開(kāi)始數(shù)據(jù)采集。采集數(shù)據(jù)前還要對(duì)將其測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行命名,方式建議采用當(dāng)天的時(shí)間來(lái)命名,并存入SD卡上,這樣方便數(shù)據(jù)的合并和校核。測(cè)繪過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題的原因及解決的辦法有:
　　(1)測(cè)繪過(guò)程中GPS無(wú)法定位。
　　GPS無(wú)法定位的原因可能是接收不到衛(wèi)星信號(hào),這時(shí)可到一個(gè)空曠、周圍建筑物少、天線少、外界干擾小的地帶進(jìn)行定位,待其定位好后再進(jìn)行測(cè)繪。為了減少接收干擾,GPS不能安置在根本接收不到衛(wèi)星直射訊號(hào)的地方,如室內(nèi)、地下停車場(chǎng)、天橋下、樹(shù)木密集、四面環(huán)山及隧道中。在汽車內(nèi),應(yīng)使用有長(zhǎng)天線的GPS,并把天線用磁石置在汽車外。在地形復(fù)雜、建筑物多、干擾多的地方,建議使用帶有延長(zhǎng)天線的GPS。如果碰到信號(hào)好的地帶最好不要采用天線。
　　(2)測(cè)繪過(guò)程中GPS信號(hào)飄逸。
　　GPS信號(hào)飄逸問(wèn)題有多方面原因:①在陰雨天衛(wèi)星信號(hào)較弱,很容易造成飄逸。②當(dāng)?shù)啬承┑貐^(qū)使用了衛(wèi)星信號(hào)屏蔽,使信號(hào)飄逸。③在信號(hào)很強(qiáng)時(shí)還使用了延長(zhǎng)天線,也會(huì)造成信號(hào)的飄逸。④操作錯(cuò)誤所造成。對(duì)于不可避免的信號(hào)飄逸可以在內(nèi)業(yè)頂點(diǎn)編輯中進(jìn)行處理。
　　(3)測(cè)繪過(guò)程中行車速度過(guò)快。
　　對(duì)于一般的車載GPS其數(shù)據(jù)更新頻率是1次/s,因此測(cè)繪過(guò)程中車速要保證勻速行駛,速度不宜過(guò)快,車速一般控制在50km/h,防止在測(cè)繪過(guò)程中出現(xiàn)GPS接收信號(hào)中斷,而使測(cè)繪數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。
　　(4)測(cè)繪過(guò)程中不應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間停留在某個(gè)區(qū)域。
　　當(dāng)正在進(jìn)行路線測(cè)量時(shí),如果較長(zhǎng)時(shí)間在某個(gè)區(qū)域停頓時(shí),要求PDA操作人員暫停測(cè)量。避免長(zhǎng)時(shí)間停滯在這個(gè)區(qū)域造成在PDA顯示的路線發(fā)生飄逸。
　　(5)測(cè)繪過(guò)程中基本信息處理。
　　由于PDA對(duì)路線的線形和里程是自動(dòng)記錄的,為使測(cè)繪過(guò)程中保證測(cè)繪準(zhǔn)確迅速,要求PDA操作員對(duì)路線的基本信息不要過(guò)多輸入,只需旁邊的記錄員詳細(xì)記錄每一條路線的基本信息以及附屬設(shè)施的基本參數(shù)。對(duì)于路線的基本信息可在內(nèi)業(yè)處理過(guò)程中進(jìn)行補(bǔ)充和完善。
　　(6)測(cè)繪過(guò)程中跨區(qū)路線處理。
　　由于地形復(fù)雜,一些路線的基本信息在同一條線上都不盡相同。對(duì)于一些路線里程比較長(zhǎng),是跨省或跨市(區(qū))或跨鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的,要對(duì)這些路線進(jìn)行分段,對(duì)于帶路者要熟悉這一區(qū)域的地形,做到不出現(xiàn)任何誤差。記錄員要在記錄本上詳細(xì)記載分段情況以及分段路線的基本信息。對(duì)于跨省或跨市(區(qū))鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的路線一定要在當(dāng)天測(cè)完,方便以后的內(nèi)業(yè)處理。
　　3.2內(nèi)業(yè)處理
　　外業(yè)采集到的地圖數(shù)據(jù)還需要經(jīng)過(guò)整理修飾才能應(yīng)用,路線上的附屬設(shè)施信息也需要完善,因此要最后得到完美的電子地圖,內(nèi)業(yè)處理工作是必不可少的。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理操作的流程如圖2所示:
　　
　　圖2內(nèi)業(yè)處理
　　內(nèi)業(yè)處理是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)需要各人員協(xié)同完成,其具體有以下幾個(gè)方面:
　　(1)測(cè)繪地圖的數(shù)據(jù)傳輸。
　　將測(cè)繪的地形圖通過(guò)數(shù)據(jù)線拷貝到PC機(jī)的硬盤上,啟動(dòng)e-RoadForPC進(jìn)行數(shù)據(jù)的編輯。e-RoadForPC上的功能同PDA上的e-RoadForPDA是一樣的。因此,可在e-RoadForPC上進(jìn)行內(nèi)業(yè)的處理。
　　(2)測(cè)繪地圖的數(shù)據(jù)編輯。
　　通過(guò)e-RoadForPC在地形圖上進(jìn)行地圖編輯。要求外業(yè)測(cè)量時(shí)的數(shù)據(jù)記錄員將路線的基本信息和附屬設(shè)施信息進(jìn)行編輯完善,保證不丟失任何數(shù)據(jù)。
　　(3)測(cè)繪地圖的數(shù)據(jù)合并。
　　編輯完成所有的路線基本信息和附屬設(shè)施信息后,需要進(jìn)行地形圖的合并。合并前要選擇好底圖,最好使用空底圖,這樣可盡量減少路線的飄逸,然后再進(jìn)行合并,合并時(shí)要按照外業(yè)測(cè)繪的時(shí)間順序來(lái)合并。
　　(4)測(cè)繪地圖的頂點(diǎn)編輯。
　　由于外業(yè)測(cè)繪過(guò)程中存在信號(hào)飄逸,因此在內(nèi)業(yè)處理中,需要PDA操作者對(duì)飄逸的路線進(jìn)行頂點(diǎn)編輯,將飄逸的頂點(diǎn)拉到實(shí)際位置,對(duì)于一些重復(fù)的頂點(diǎn)要進(jìn)行刪除。
　　(5)測(cè)繪地圖的校核。
　　校核時(shí)最好讓熟悉地形的帶路者進(jìn)行校核,這樣能確保每一條路線的準(zhǔn)確性。如果當(dāng)?shù)赜衅渌�的地形圖時(shí),可對(duì)照測(cè)繪地圖的路線有無(wú)偏差。如果路線偏差比較嚴(yán)重或者信號(hào)飄逸嚴(yán)重,為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性最好是進(jìn)行重測(cè)。
　　4結(jié)束語(yǔ)
　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,交通等領(lǐng)域?qū)��?dǎo)航技術(shù)的需求更加迫切,電子地圖對(duì)于公路的設(shè)計(jì)和管理、公路交通的信息化都有著強(qiáng)大的推動(dòng)作用,推廣與總結(jié)GPS和PDA技術(shù)在電子地圖測(cè)繪中的應(yīng)用勢(shì)在必行,必將會(huì)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)測(cè)繪技術(shù)。