前言
隨著互聯(lián)網(wǎng)、汽車電子和無線手持設(shè)備對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)需求的劇增, 使得中國電子地圖產(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)字測圖。其中數(shù)字測圖是利用GPS、電子全站儀等在野外實(shí)測直接生成數(shù)字地圖, 這一方法適合于在沒有現(xiàn)成圖紙和航片時(shí)的大比例尺的地形測圖，隨著GPS測量技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用, GPS 數(shù)字測圖已經(jīng)成為電子地圖數(shù)據(jù)采集的首選方式。
1、電子地圖測繪的軟、硬件設(shè)備
電子地圖測繪采用的是集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Windows Mobile 2003 微軟操作系統(tǒng); 中央處理器主頻率CPU 為624 MHz, 內(nèi)存容量RAM185M, 外加1G PDA 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5 m; 對(duì)軟件部分要求是:e-Road For PDA 和e-Road For PC 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。
2、電子地圖測繪的原理
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)。一般在測繪中所使用的是第三部分GPS 接收機(jī)。GPS 使用測距交會(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)測出高程值, 五顆衛(wèi)星以上可大大提高其測量精度。一般來說, 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。
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, 觀測數(shù)分鐘乃至更長的時(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, 則通過一定時(shí)間的觀測, 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), 測定的是各觀測時(shí)刻運(yùn)動(dòng)中的接收機(jī)的點(diǎn)位。在電子地圖測繪系統(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)贏得廣大測繪工作者的信賴。
3、電子地圖測繪的方法
3.1 外業(yè)采集
外業(yè)采集是整個(gè)測繪的核心工作, 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, 可以開始數(shù)據(jù)采集。采集數(shù)據(jù)前還要對(duì)將其測量數(shù)據(jù)進(jìn)行命名, 方式建議采用當(dāng)天的時(shí)間來命名, 并存入SD 卡上, 這樣方便數(shù)據(jù)的合并和校核。測繪過程中常見問題的原因及解決的辦法有:
?。?1） 測繪過程中GPS 無法定位。
GPS 無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、天橋下、樹木密集、四面環(huán)山及
隧道中。在汽車內(nèi), 應(yīng)使用有長天線的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） 測繪過程中GPS 信號(hào)飄逸。
GPS 信號(hào)飄逸問題有多方面原因: 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） 測繪過程中行車速度過快。
對(duì)于一般的車載GPS 其數(shù)據(jù)更新頻率是1 次/s, 因此測繪過程中車速要保證勻速行駛, 速度不宜過快, 車速一般控制在50 km/h, 防止在測繪過程中出現(xiàn)GPS 接收信號(hào)中斷, 而使測繪數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。
（ 4） 測繪過程中不應(yīng)長時(shí)間停留在某個(gè)區(qū)域。
當(dāng)正在進(jìn)行路線測量時(shí), 如果較長時(shí)間在某個(gè)區(qū)域停頓時(shí),要求PDA 操作人員暫停測量。避免長時(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） 測繪過程中基本信息處理。
由于PDA 對(duì)路線的線形和里程是自動(dòng)記錄的, 為使測繪過程中保證測繪準(zhǔn)確迅速, 要求PDA 操作員對(duì)路線的基本信息不要過多輸入, 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)處理過程中進(jìn)行補(bǔ)充和完善。
（ 6） 測繪過程中跨區(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, 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:
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） 測繪地圖的數(shù)據(jù)傳輸。
將測繪的地形圖通過數(shù)據(jù)線拷貝到PC 機(jī)的硬盤上, 啟動(dòng)e-Road For PC 進(jìn)行數(shù)據(jù)的編輯。e-Road For PC 上的功能同PDA 上的e-Road For PDA 是一樣的。因此, 可在e-RoadFor PC 上進(jìn)行內(nèi)業(yè)的處理。
?。?2） 測繪地圖的數(shù)據(jù)編輯。
通過e-Road For PC 在地形圖上進(jìn)行地圖編輯。要求外業(yè)測量時(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)測繪的時(shí)間順序來合并。
（ 4） 測繪地圖的頂點(diǎn)編輯。
由于外業(yè)測繪過程中存在信號(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)赜衅渌牡匦螆D時(shí), 可對(duì)照測繪地圖的路線有無偏差。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。
4、結(jié)束語
隨著國民經(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)在電子地圖測繪中的應(yīng)用勢在必行, 必將會(huì)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)測繪技術(shù)。
