本科毕业论文---航空摄影测量内外业一体化在地形图测量中的应用

甘肃工业职业技术学院毕业论文

航空摄影测量内外业一体化 在地形图测量中的应用

姓 名： 冉 旭 升 指 导 教 师： 王利军 、王筱君 学 号： 12320325 专 业 名 称： 工 程 测 量

2015年 5 月 20 日

摘 要

随着计算机技术的发展和微处理机的广泛应用，航空摄影测量的成图方法和仪器正在向着半自动化和自动化方向发展，在这方面解析测图和内外一体化已经有了相当的成就。航空摄影测量的应用发展,极大的促进了测绘行业的自动化和现代化进程。使测量的成果不仅有绘在纸上的地形图,还有方便传输、处理、共享的基础信息,即数字地图，最为明显的就是其3D产品。本文从立体测图仪器的发展过程介绍了JX-4、GeoStreo 全数字摄影测量系统和该系统的测图方法，利用航空摄影测量对长兴地区进行测量为例具体阐述了3D产品和其生产方法以及生产过程。并通过自身的实践经验论述了全数字摄影测量内外业一体化方法的特点以及在地形图测量中的应用。

关键词：JX-4、GeoStreo 全数字摄影测量系统；DLG；DEM；DOM

目 录

第1章 绪 论 .................................................................................................................... 1 第2章 任务概况 .................................................................................................................... 4

2.1 测区自然地理概况 ............................................ 4 2.2 作业依据 .................................................... 4 2.3 地形图规格 .................................................. 5

2.3.1 投影方式和坐标 ............................................................................................................ 5 （3）产品格式 .......................................................................................................................... 5 2、与构Tin有关的三维矢量地形数据文件dgn格式 .......................................................... 6 GeoStreo .................................................................................................................................... 6 2、图廊整饰文件（dgn格式） ............................................................................................... 6 第3章 数字摄影测量的发展过程 ........................................................................................ 7

3.1 航空摄影测量的发展过程 ...................................... 7 3.2 航测内业测图经历了三种不同的量测方法 ........................ 8 3.3 数字摄影测量的产品 .......................................... 8

第4章 JX-4、GeoStreo全数字摄影测量系统 .................................................................. 10

4.1 JX-4、GeoStreo全数字摄影测量系统的特点 .................... 10 4.2 JX-4、GeoStreo全数字摄影测量系统的优点 .................... 10 4.3 使用JX-4、GeoStreo全数字摄影测量系统的体会 ................ 11

第5章 全数字摄影测量系统生产技术方法 ...................................................................... 13

5.1 常规航空摄影测量 ........................................... 13 5.2 内外业一体化 ............................................... 14

第6章 全数字摄影测量系统生产（DLG）工艺流程 ...................................................... 15 第7章 数字正射影象图（DOM） ..................................................................................... 17

7.1 DOM的定义 ................................................. 17 7.2 DOM作业方法 ............................................... 17 7.3 DOM工艺流程 ............................................... 18 7.4 DOM的特点及其优点 ......................................... 18 7.5 DOM的精度评定 ............................................. 19

第8章 数字高程模型（DEM） ......................................................................................... 25

8.1 DEM的定义 ................................................. 25 8.2 DEM作业方法 ............................................... 25 8.3 DEM工艺流程 ............................................... 26 8.4 DEM生产过程 ............................................... 26

第9章 内外业一体化技术总结 ............................................................................................ 28

9.1 判读和立体采集 ............................................. 28 9.2 外业调绘 ................................................... 29

9.2.1 一般规定： .................................................................................................................. 29 （1)一般技术规定按浙江省测绘局2007年制定的《浙江省基础地理信息1:5000 1:10000数字产品生产技术规程第3部分：数字线划图（DLG）生产技术规程》（待颁布）执行。 ...................................................................................................................................... 29 9.2.3 水系 .............................................................................................................................. 30 第10章 结束语 .................................................................................................................... 35

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第1章 绪 论

世界各国测绘科学技术的发展是从17世纪开始逐步发展起来的，随着生产力的逐步发展。各种科学也在相互促进下发展。随着时代的进步，世界测绘科学无论在测量理论，方法及测绘仪器各方面都有不少发明创造，但这个时期的确测绘工作仍然是手工生产方式，直到1899年摄影测量的理论研究得到了发展，到了1903年由莱特兄弟发明以后，促进了航空摄影测量学的发展，从而使测图工作部分由野外作业转到室内，利用仪器描绘成图，相应的减少了劳动强度，特别有利于测绘工作。20世纪50年代开始，不少新的科学技术迅速发展，如电子学，信息学，相干理论学，电子计算机，空间科学技术等，它们大大地推动了测绘科学的发展，这样，人们对地图的认识已经不在局限于线划图。对于一些非专业技术人员来说，线划图认知起来比较困难，而且不直观，再有，老的地图生产一般来说都是白纸测绘出来的，不易保存，而且携带也很不方便，随着计算机的速度的加快，遥感技术的发展，人们就开始用计算机成图，并且将之存储起来，而且利用航空航天数据成影像图，影像图更加直观，成图更加快捷，而将线划图和影像图套合后，它既丰富了信息内容，又保持了地形图符号，注记，和等高线。因此它能表达一般地形图不能表达的微小地貌，更加客观地反映地面情况，更重要的是，它的成本低，成图快，能满足各部门用图的迫切要求。

数字地图是纸制的地图的数字存在和数字表现形式，是在一定坐标系统内具有确定的坐标和属性的地面要素和现象的离散数据，在计算机可识别的可存储介质上概括的、有序的集合。在计算机技术和信息科学高度发展的当今，仅靠纸制的地图和一些零散的数字地图提供信息以无法满足需要，取而代之的是在飞机、舰船导航、新武器制导、卫星运行测控和部队快速反应、军事指挥自动化以及经济建设的各个行业中应用的，基于区域性或全国性的数字地图及各种各样的地图数据库管理系统和地理信息系统。这些系统共同的特点是：信息丰富多样，提供信息正确及时，修改、检索、传输信息方便快速，并可以对系统中的数据作进一步的分析操作，最后输出人们关注的专题信息。数据库技术的应用和信息系统的建立使传统的纸制地图的应用发生了质的飞跃，也为地图产品开辟了一个新的应用天地。地形图以相对平衡的详细程度表示地面水系、地貌、居民地、交通网、土质植被、境界等要素的一般特征。专题地图是以地形图作为基础底图，着重表示自然现象或社会现象中的某一种或几种要素的地图。地图广泛用于国民经济建设、

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国防建设、科学文化和日常生产生活等方面。数字形式的地图还具有信息载负、信息传输、模拟、认知等功能。总之，在新技术条件下，地图的功能实现了由被动的间接保障到主动的积极参与的转变，地图学已进入各级决策部门。

摄影测量学曾经历过模拟摄影测量和解析摄影测量阶段，随着计算机技术及其应用的发展以及数字图像处理、模式识别、计算机视觉等学科的发展，现已进入数字摄影测量阶段。九十年代初，国内外关于数字摄影测量技术的研究已趋于成熟，数字摄影测量系统得到了很大发展，己由试验阶段步人摄影测量生产阶段。目前国内外已有二十多家厂商推出数字摄影测量系统，如武汉测绘科技大学推出的VirtuoZo，北京测绘科学研究院推出的JX4A DPW，美国Intergraph公司推出的ImageStation，Leica公司推出的Helava数字摄影测量系统等。基于影像数字化仪、计算机、数字摄影测量软件和输出设备构成的数字摄影测量工作站是摄影测量、计算机立体视觉影像理解和图像识别等学科的综合成果，计算机不但能完成大多数摄影测量工作，而且借助模式识别理论，实现自动或半自动识别，从而大大提高了摄影测量的自动化功能。数字摄影测量系统的应用使得传统摄影测量生产发生了深刻的变革。在这种情况下，4D产品就应运而生了，全新的数字化测量就逐步取代了模拟摄影测量和解析摄影测量。

随着社会经济的发展，政府各部门对测绘资料的需求越来越大，对资料现势性要求越来越高，对资料所能包涵的信息容量越来越强，传统的采集方式已经无法满足日益发展的需要，由于计算机的飞速发展促进了测绘技术的发展，绘制地图技术也发生了根本性变化。同时全站仪、全球卫星定位系统、全数字摄影测量系统的普及和发展，地形图的成图方法正在逐步由传统的成图方法向全数字测图方向发展。在提高工时效率、缩短成图周期方面的优点将是不言而喻的。笔者通过一定范围内的实践，就利用全数字摄影测量内外业一体的方法来生产1：10000数字线划图（DLG）地形图所采用的方法与大家一起探讨。

航空摄影测量内外一体化成图过程大体上分三个阶段：航空摄影、航测外业和航测内业。航空摄影就是在航摄飞机上安装航空摄影机，从空中对测区地面作有计划的摄影，以取得适合航测制图要求的航摄像片，航测外业是野外实地进行像片联测和判读调绘，像片联测的目的是利用地面控制点把航摄像片与地面联系起来；像片的判读调绘是在像片上补绘，没有反映出的地物、地类界等，并搜集地图上必需有的地名、注记等地图元素，此外，对于内业难以施测的平坦地区的等高线，航摄漏洞以及大面积的云影、阴影、影像不清地区的补

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测工作，也是航测外业工作的任务，航测内业就是根据航摄像片和航测外业成果在室内专用的航测仪器上的测绘地形原图。内外一体化指在室内对立体模型进行判读，做成调绘片，再到野外对影像进行核实查看，最后回到室内进行修改和编辑。在室内对立体模型操作的平台是全数字摄影测量立体采编系统。

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第2章 任务概况

根据浙江省第一测绘院的新人培训计划安排，将对长兴测区1:10000 DLG、DEM、DOM进行试生产。

测区范围：

东经 11933′00″～ 12006′00″ 北纬 3043′00″～ 3011′00″

2.1 测区自然地理概况

本测区位于浙江省最北端，是长江三角洲经济区迅速崛起的一个对外开放城市，面积约为1427.8平方公里，平原占43%，丘陵坡地占53.2%，水域占3.8%。西倚天目、东临太湖，地形为多山区，三面环山。

测区气候宜人，属亚热带海洋性季风气候，历年平均气温15.6℃。总特征是：光照

充足、气候温和、降水充沛、四季分明、雨热同季、温光协调，适宜农作物的生长。

测区景色秀丽，主要景区有：碧岩，香山，顾渚山等风景区。

主要交通情况：江苏新沂—浙江长兴铁路、宣州—杭州铁路、杭州—牛头山铁路、杭宁高速、杭长高速、申苏浙皖高速、北京—福州的104国道、上海—拉萨的318国道、长兴—湖州—上海的水运以及县乡道公路。

2.2 作业依据

（1） GB/T 13977-92 《1:2000、1:5000、1:10000地形图航空摄影测量外业规范》； （2） GB/T 13990-92 《1:2000、1:5000、1:10000地形图航空摄影测量内业规范》； （3） GB/T 13989-92《国家基本比例尺地形图分幅和编号》； （4） GB/T 5791-93 《1:2000、1:5000、1:10000地形图图式》； （5） GB/T 18316-2001《数字测绘产品检查验收规定和质量评定》

（6） CH/T 1006-2000《1:2000、1:5000、1:10000地形图航空摄影测量数字化测

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图规范》；

（7） CH/T 1007-2001《基础地理信息数字产品元数据》；

（8） CH/T 1011-2005《基础地理信息数字产品1:5000 1:10000数字线划图》； （9） 浙江省测绘局2005年5月《浙江省基础地理信息要素数据内容及矢量 模型》（简化试行版）

（10） 浙江省测绘局2005年5月《浙江省基础地理信息要素分类与代码》（试行版）

（11） 浙江省测绘局2005年5月《浙江省基础地理信息要素属性》（试行版） （12） 浙江省测绘局2007年1月《浙江省基础地理信息1:5000 1:10000数字产品作业指导书》（试行本）

（13） 浙江省测绘局2005年8月《浙江省基础地理信息产品_数字线划图（DLG）地理名称注记和名称说明性注记补充技术规定》（试行）

2.3 地形图规格

2.3.1 投影方式和坐标

采用高斯—克吕格正形投影，按3度分带，中央子午线为120，平面坐标系统采用1980西安坐标系，高程系统采用1985国家高程基准，外业将控制点坐标统一换算成80坐标系。本测区图幅编号采用新图号并后缀旧图号， 2.3.2 地形类别及成图方法

（1）本测区1:10000地形类别为： 高山地 等高距 10米 山地 等高距 5 米 丘陵地 等高距 2.5 米 山地（平地） 山体等高距 5 米 平地（山地） 山体等高距 5 米

（2）本测区成图方法地貌采用原全面更新1:10000地形图DLG中的地貌要素，对变化部分的地貌进行修改（或修测），地物及相关的其他要素采用JX-4、GeoStreo内外业一体化仪器测绘成图。

（3）产品格式

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本测区同时生产数字线划图（DLG）、数字高程模型（DEM）和数字正射影像图（DOM）三种基本产品。

数字线划图（DLG）：软件平台：MicroStationV8.05、JX-4、GeoStereo 数据格式：*.dgn

数字高程模型（DEM）：软件平台GeoTin 数据格式：1、GeoTin生成的NSDTF DEM文件

2、与构Tin有关的三维矢量地形数据文件dgn格式 3、精度检测报告

数字正射影象图（DOM）：软件平台GeoTin、MicroStationV8.05、jx-4、

GeoStreo

数据格式：1、*.tiff

2、图廊整饰文件（dgn格式） 3、定位信息文件

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第3章 数字摄影测量的发展过程

3.1 航空摄影测量的发展过程

航空摄影测量指从空中由飞机、卫星等航空器拍摄获得的像片。为使取得的航空像片能用于航空测量－在专门的仪器上建立立体模型进行量测，摄影时飞机应按设计的航线往返平行飞行进行拍摄，以取得具有一定重叠度的航空像片。再利用摄影测量学原理及立体测图仪，将像片组成立体模型，以从事各种地图测绘及地物判读工作。航空摄影测量是量测地物空间关系，如：坐标、高程、距离等，最后可得地形图、平面图、影像图以及三维地面模型。航空摄影测量一直是我国基本地图成图的主要方式，由于其制图速度快，精度高且均匀，是我们今后数字制图的一个重要发展方向。随着数字地球在中国的广泛认同，数字城市建设正如火如荼。航空数字测量为数字城市建设提供基础城市空间数据，同时还广泛应用于国土资源调查、土地利用、城市规划、道路交通、港口选址及房地产等方面。按摄影机物镜主光轴相对于地表的垂直度，又可分为近似垂直航空摄影和倾斜航空摄影。近似垂直航空摄影主要用于摄影测量目的。科学考察和军事侦察有时采用倾斜航空摄影。航空摄影测量是一种高技术含量的测绘方法。

航空摄影测量的诞生、发展：1858年的一天，法国首都巴黎的上空飘荡着一个巨大的气球。气球距地面80米。摄影师汤纳森在气球上用照像机拍下了世界上第一张空中像片。之后，气球摄影盛行。1860年10月13日，美国的博兰克在“空中皇后”号气球上，从365米的高空拍下了波士顿商业区一部及邻近的港口的像片。这像片刊登在大西洋月刊1863年7月号上，其标题是：波士顿，如同老鹰和野雁在天上的眼光来看，与一般市民站在屋顶和烟囱上看同一地方的景观非常不同。这是保存下来的最早的空中像片。1903年莱特兄弟发明了飞机，但是当时并没有用来航空摄影，直到1909年，一位电影摄影师跟随莱特飞行，拍下了第一部以飞机为平台的电影。这一年4月23日，莱特兄弟在意大利训练海军军官时，在机翼上安放照像机，拍下了世界第一张真正意义上的航空像片。第一次世界大战期间，为了军事侦察，飞机上的摄影才受到重视，并获得了迅速发展，于是诞生了航空摄影测量。中国的航空摄影测量始于1931年。这年8月，在购置航摄飞机、航摄设备及培训人员的基础上，南京国民党政府参谋本部陆地测量总

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局正式建立航摄队。航空摄影测量的发展到现在共经历了模拟摄影测量、解析摄影测量以及数字摄影测量的时代。将数字摄影测量系统与地理信息系统结合，促进了测绘生产过程的数字化和自动化；利用GPS确定航摄外方位元素，从而实现无地面控制点或少地面控制点的航空摄影测量。

3.2 航测内业测图经历了三种不同的量测方法

第一种是 B8S 精密立体量测仪。它的量测工作完全是由人工来完成的，量测地形图的精度完全取决于作业员的业务水平、文化知识和责任心等综合因素。不同的作业员，量测出来的地形图就会有差异，即使是同一作业员，不同时期也会出现不同的结果。无论是地物、地貌，还是注记，都是通过人工移动笔架找准相应的位置描绘上去的。相对于现在的数字测图来说，劳动强度大，测图速度慢。

第二种是上世纪九十年代初开始使用的 JX-3 解析测图仪。这种仪器及测图方法比 B8S 精密立体量测仪来说，先进了许多。它可以通过计算机自动保存采集数据，连接绘图仪自动回放测图数据绘图，也可以脱机绘图。使地形数据采集速度加快并且符号化，脱机绘图可以提高仪器效率。

第三种是目前正在使用的 JX-4、GeoStreo全数字摄影测量系统。该系统测图全过程数字化，完全取代了以往模拟和解析的测图方法。不但可以生产数字线划地形图，同时还可以根据国民经济和社会发展对测绘产品的不同需求生产以“ 4D ”测绘产品为基础的多种类、多用途的复合型测绘产品。

3.3 数字摄影测量的产品

随着数字摄影测量时代的到来，其产品已突破原有地形图的概念。其主要产品有：（1）数字高程模型（Digital Elevation Model，缩写DEM）：DEM是一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或相似立体模型进行数据采集（包括采样和量测），然后进行数据内插而形成的。DEM是对地貌形态的虚拟表示，可派生出等高线、坡度图等信息，也可与DOM或其它专题数据叠加，用于与地形相关的分析应用，同时它本身还是制作DOM

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的基础数据。 （2）数字线划地图（Digital Line Graphic，缩写DLG）：DLG是地形图基础要素信息的矢量数据集，其中保存着要素间的空间关系和相关的属性信息，能较全面的描述地表目标。DLG按不同的地图要素分为若干数据层（如：交通、水系、植被、行政区划等），可以根据不同的需要实现地图要素的分层提取或相互叠加，满足GIS的空间检索和空间分析，因此它被视为带有智能的数据。它还可以和DOM叠加成复合产品，制作各种专题地图或电子地图，满足各专业部门的需要。 （3）数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，缩写DOM）：DOM是利用DEM对经过扫描处理的数字化航空像片或遥感影像（单色或彩色），经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌，并按规定图幅范围裁剪生成的形像数据，带有公里格网、图廓（内、外）整饰和注记的平面图。DOM同时具有地图几何精度和影像特征，精度高、信息丰富、直观真实、制作周期短。它可作为背景控制信息，评价其它数据的精度、现实性和完整性，也可从中提取自然资源和社会经济发展信息，为防灾治害和公共设施建设规划等应用提供可靠依据。（4）数字栅格地图（Digital Raster Graphic，缩写DRG）：DRG是利用现有的纸质地形图经扫描、几何纠正、图像处理（彩色地图还需色彩纠正）和数据压缩后形成的栅格数据文件，其在内容、几何精度和色彩上与原图保持一致。DRG是模拟产品向数字产品过渡的一种产品形式，它是现有纸介质地形图以数字方式存档和管理最简捷的形式，也是利用现有地形图制作DLG的基础，可作为GIS的空间背景数据广泛应用，也可与DOM、DEM集成使用，派生出新的可视信息，从而提取和更新地图数据，绘制纸质地图。航空摄影测量还是地理信息系统GIS的主要数来源。它广泛地应用于资源管理、土地规划、环境监测、防灾减灾、电力行业、交通管理、城市规划、科研、教育和国防等领域，在我国国民经济建设中发挥着越来越重要的作用。

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第4章 JX-4、GeoStreo全数字摄影测量系统

全数字摄影测量系统是利用相关学科技术，实现真正意义上的自动化测图，它是摄影测量工作者多年的追求，它是将影像灰度转换成电信号，再转换成数字信号，由计算机来实现摄影测量的自动化过程。随着数字图像处理、模式识别、人工智能、专家系统以及计算机和视觉学科的不断发展，这些技术已在生产中得到广泛应用。采用JX-4、GeoStreo全数字摄影测量系统测图应当是在选择好适合于本单位的绘图软件、程序运行正常、准确提供外业控制成果和满足测图精度的航空像片数据等所需资料的前提下进行。

4.1 JX-4、GeoStreo全数字摄影测量系统的特点

(1)实用性强； (2)人机交互功能好；

(3)具有强大的立体编辑功能和产品质量的可视检查功能。

4.2 JX-4、GeoStreo全数字摄影测量系统的优点

（1）内业测图可减少大量野外工作，提高劳动效益，减少劳动强度。它可以将大量的外业测量工作移到室内完成，成图速度快，精度高且成本低，不受气候和季节的限制；

（2）JX-4、GeoStreo 测图系统完成的测绘产品是数字化产品，能根据需要很方便与其它产品生成复合产品；

（3）在建立的数字立体模型上进行测图，具有影像直观性等优点。同时数字化产品可以文件的形式保存在磁盘上，根据需要随时可以进行网络传输或输出所需要的图形文件；

（4）成果还可以转换成各种文件格式，便于保存，减少空间；

（5）利用 JX-4、GeoStreo测图系统的特点，可以不经过外业调绘先测图（盲采），

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输出纸图拿到外业调绘，再回到内业进行修改，实现在仪器下目视判读量测加外业补充调绘的方式成图。在 JX-4 测图系统上可以生成数字正射影像图（像片图），也可以生成有等高线表示的影像地形图，有较高的直观性和实用性。

（6）测图成果需要时可以通过计算机输出设备提取。在工作中非常方便，同时便于检查人员提取检查，如果图幅内容偏复杂，可以分别提取地物和地貌二次检查。

（7）对测绘产品的检查也是保障产品质量的重要措施，产品完成后，检查人员可在计算机上对产品进行检查，检查结果也可以在计算机上修改，一次性生成产品，可减少时间和耗材。

（8）图件内的测绘成果发出变更，可以随时改动，减少复杂的工作，降低劳动强度，提高经济效益。

4.3 使用JX-4、GeoStreo全数字摄影测量系统的体会

（1）利用 JX-4、GeoStreo 测图系统测图要求外业成果一定要符合规范要求，成果文字要表达清楚，否则会影响到测图工序，并一步步传递到最后，很难消除。同时也会增加内业人员的作业难度，增加工作时间，造成不必要的麻烦。实际工作中就经常遇到这种由于外业没有表达清楚的问题，最突出的是：调绘片外业没有接好边，内业很难处理。所以说，外业是第一手资料，应该是文字规范、调绘片严格按标准清绘。

（2）在进行测图前，要建立相应的数字地面模型，也就是我们所说的定向。这项工作有时是自动的，有时是用人工操作的，难免会有些误差，所以也要求我们的作业员要精心操作，严格按照设计书要求作业，定向误差控制在允许误差范围之内，尽量减少误差的产生。同时在测图过程中，也要求我们的量测人员必须严格掌握好各种比例尺地形图的制图知识，并具有实际量测地形图的多方面经验，熟悉规范和图式，具有相关的外业经验会更好。出现问题，应报请上一级进行分析处理。

（3）在测图工作中，大量的地物、地貌需要人工进行采集，由于人与人之间存在着差异，对于地物点和地形点的采集，都有可能存在差异，这就需要我们的测图人员要经过相关知识的学习和严格的培训，才能达到上岗操作，同时还应具备高水平的立体观察能力和判读能力以及严格的工作态度。在工作中，有的作业员会出现立体判断不清，出现反立体的现象。

（4）在 JX-4、GeoStreo测图工作中，对于测图成果的保存及备份应做到及时、准

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确。即使是在测图当中，也要设置正确的自动保存时间，以免由于突然断电等意外因素造成的成果丢失。更应该注意的是，重复图名在一个目录下的再次键入，这样会使原有成果被覆盖。如果新键入的是空文件，那原来的内容就丢失了。在最初的工作中或者是刚接触 JX-4、 GeoStreo测图系统的新同事，或多或少都会出现丢失成果的现象，所以在工作中大家应格外注意。

（5）在 JX-4 测图系统的测图过程中，尤其是在测绘地貌的过程中，等高线的内插功能它是要求在等倾斜情况下内插，对有小变化的地形区域内，内插的曲线常会出现主体偏沉或偏浮现象，不会象用手工采集出来的那样准确切住模型，这一点还需进一步完善功能。

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