摘要:文中主要針對電子地圖測繪的原理及方法進行分析論述，僅供相關同行參考。
　　關鍵詞：電子地圖，GPS，測量技術
　　
　　前言：
　　隨著互聯網、汽車電子和無線手持設備對導航系統需求的劇增,使得中國電子地圖產業得到迅猛發展。面臨這些需求,許多城市和地區出現了各類電子地圖。在電子地圖的制作過程中,地圖數據采集約占整個工作量的70%～80%。目前,電子地圖的數據獲取主要有三種方法:掃描現有地形圖資料、圖像資料(航片、衛星影像等)數字化以及數字測圖。其中數字測圖是利用GPS、電子全站儀等在野外實測直接生成數字地圖,這一方法適合于在沒有現成圖紙和航片時的大比例尺的地形測圖，隨著GPS測量技術的發展與廣泛應用,GPS數字測圖已經成為電子地圖數據采集的首選方式。
　　
　　1電子地圖測繪的軟、硬件設備
　　電子地圖測繪采用的是集PDA掌上電腦技術、GPS全球衛星定位系統技術和GIS地理信息系統技術的軟、硬件為一體的公路數據采集系統,如圖1所示。在整個系統中對硬件部分的要求是:PDA采用的是WindowsMobile2003微軟操作系統;中央處理器主頻率CPU為624MHz,內存容量RAM185M,外加1GPDA擴展卡容量。GPS采用藍牙接口,數據更新頻率1次/s,自動定位時間45s,定位精度小于5m;對軟件部分要求是:e-RoadForPDA和e-RoadForPC軟件操作系統。前者是將GPS接收的信號傳輸到PDA上,后者是將PDA的數據傳輸到電腦上,并對導出的地圖數據進行合并和編輯。
　　
　　圖1測繪系統的組成
　　
　　2電子地圖測繪的原理
　　全球衛星定位系統GPS分成3個部分:GPS衛星星座、地面監控系統、GPS接收機。一般在測繪中所使用的是第三部分GPS接收機。GPS使用測距交會的原理確定點位,其基本定位原理是每顆太空衛星在運行時,任一時刻的位置都用一個坐標值來表示,GPS接收機所在的位置坐標為未知值,而太空衛星的訊息在傳送過程中存在時間差,將此時間差值乘以電波傳送速度,就可計算出太空衛星與GPS接收機間的距離,如此就可依三角向量關系列出一個相關的方程式。每接收到一顆衛星就可列出一個相關的方程式,因此,至少同時接收到三顆衛星發出的信號后,即可計算出平面坐標(經緯度)值,收到四顆衛星信號則可同時測出高程值,五顆衛星以上可大大提高其測量精度。一般來說,GPS接收機在運動中每秒的坐標數據都是最新的,也就是說GPS接收機會自動不斷地接收衛星訊息,并實時地計算其所在位置的坐標數據,同時記錄下來。
　　在GPS定位中,根據其運動狀態可以將GPS定位分為靜態定位和動態定位。靜態定位指的是對于固定不運動的待定點,將GPS接收機安置于其上,觀測數分鐘乃至更長的時間,以確定該點的三維坐標,又叫絕對定位。若將2臺或2臺以上分別固定不變地安置在待定點上,則通過一定時間的觀測,可以確定這些點之間的相對位置,又叫靜態定位。而動態定位則至少有一臺接收機處于運動狀態,測定的是各觀測時刻運動中的接收機的點位。在電子地圖測繪系統中采用的是動態定位。GPS以全天候、高精度、自動化、高效率等特點贏得廣大測繪工作者的信賴。
　　
　　3電子地圖測繪的方法
　　3.1外業采集
　　外業采集是整個測繪的核心工作,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臺作業車組成。PDA操作員要熟練掌握PDA操作技術,事先對要測的路線進行編號,對于已經有編號的路線要進行核對,做到不重復,不遺漏每一條路線;記錄人員要求反應速度快,能領會操作員的意圖,配合操作員進行記錄,做到不遺漏,準確率達到100%;帶路者要求熟悉當地地形,對整個地區的路線了如指掌,做到不走重復路,以最佳路線測繪。駕駛員要平穩、勻速駕駛作業車,并保養維修好。另外還要確保測繪設備具有充足的電量,避免設備自動關機,造成數據丟失。因此,要求在測繪之前做好各項準備工作,只有這樣才能達到最佳的效果。
　　準備就序后,首先要對GPS進行定位,然后打開GPS藍牙,將其連接到PDA上,待其在PDA上顯示為“3D”狀態時就表示GPS已聯接上PDA,可以開始數據采集。采集數據前還要對將其測量數據進行命名,方式建議采用當天的時間來命名,并存入SD卡上,這樣方便數據的合并和校核。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星信號,這時可到一個空曠、周圍建筑物少、天線少、外界干擾小的地帶進行定位,待其定位好后再進行測繪。為了減少接收干擾,GPS不能安置在根本接收不到衛星直射訊號的地方,如室內、地下停車場、天橋下、樹木密集、四面環山及隧道中。在汽車內,應使用有長天線的GPS,并把天線用磁石置在汽車外。在地形復雜、建筑物多、干擾多的地方,建議使用帶有延長天線的GPS。如果碰到信號好的地帶最好不要采用天線。
　　(2)測繪過程中GPS信號飄逸。
　　GPS信號飄逸問題有多方面原因:①在陰雨天衛星信號較弱,很容易造成飄逸。②當地某些地區使用了衛星信號屏蔽,使信號飄逸。③在信號很強時還使用了延長天線,也會造成信號的飄逸。④操作錯誤所造成。對于不可避免的信號飄逸可以在內業頂點編輯中進行處理。
　　(3)測繪過程中行車速度過快。
　　對于一般的車載GPS其數據更新頻率是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50km/h,防止在測繪過程中出現GPS接收信號中斷,而使測繪數據不準確。
　　(4)測繪過程中不應長時間停留在某個區域。
　　當正在進行路線測量時,如果較長時間在某個區域停頓時,要求PDA操作人員暫停測量。避免長時間停滯在這個區域造成在PDA顯示的路線發生飄逸。
　　(5)測繪過程中基本信息處理。
　　由于PDA對路線的線形和里程是自動記錄的,為使測繪過程中保證測繪準確迅速,要求PDA操作員對路線的基本信息不要過多輸入,只需旁邊的記錄員詳細記錄每一條路線的基本信息以及附屬設施的基本參數。對于路線的基本信息可在內業處理過程中進行補充和完善。
　　(6)測繪過程中跨區路線處理。
　　由于地形復雜,一些路線的基本信息在同一條線上都不盡相同。對于一些路線里程比較長,是跨省或跨市(區)或跨鄉(鎮)的,要對這些路線進行分段,對于帶路者要熟悉這一區域的地形,做到不出現任何誤差。記錄員要在記錄本上詳細記載分段情況以及分段路線的基本信息。對于跨省或跨市(區)鄉(鎮)的路線一定要在當天測完,方便以后的內業處理。
　　3.2內業處理
　　外業采集到的地圖數據還需要經過整理修飾才能應用,路線上的附屬設施信息也需要完善,因此要最后得到完美的電子地圖,內業處理工作是必不可少的。內業數據處理操作的流程如圖2所示:
　　
　　圖2內業處理
　　內業處理是一個重要的環節需要各人員協同完成,其具體有以下幾個方面:
　　(1)測繪地圖的數據傳輸。
　　將測繪的地形圖通過數據線拷貝到PC機的硬盤上,啟動e-RoadForPC進行數據的編輯。e-RoadForPC上的功能同PDA上的e-RoadForPDA是一樣的。因此,可在e-RoadForPC上進行內業的處理。
　　(2)測繪地圖的數據編輯。
　　通過e-RoadForPC在地形圖上進行地圖編輯。要求外業測量時的數據記錄員將路線的基本信息和附屬設施信息進行編輯完善,保證不丟失任何數據。
　　(3)測繪地圖的數據合并。
　　編輯完成所有的路線基本信息和附屬設施信息后,需要進行地形圖的合并。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,然后再進行合并,合并時要按照外業測繪的時間順序來合并。
　　(4)測繪地圖的頂點編輯。
　　由于外業測繪過程中存在信號飄逸,因此在內業處理中,需要PDA操作者對飄逸的路線進行頂點編輯,將飄逸的頂點拉到實際位置,對于一些重復的頂點要進行刪除。
　　(5)測繪地圖的校核。
　　校核時最好讓熟悉地形的帶路者進行校核,這樣能確保每一條路線的準確性。如果當地有其他的地形圖時,可對照測繪地圖的路線有無偏差。如果路線偏差比較嚴重或者信號飄逸嚴重,為保證數據的準確性最好是進行重測。
　　4結束語
　　隨著國民經濟的高速發展,交通等領域對導航技術的需求更加迫切,電子地圖對于公路的設計和管理、公路交通的信息化都有著強大的推動作用,推廣與總結GPS和PDA技術在電子地圖測繪中的應用勢在必行,必將會逐漸代替傳統測繪技術。