基于三维数字地形图的测绘技术研究

基于三维数字地形图的测绘技术研究

刘丁鹏莫海山 李延全

青海领盛工程勘察设计有限公司  青海西宁  810000

摘要：三维数字化地形图，在传统的二维平面地形图基础上，添加了高度维度，将平面的地理信息以立体的空间坐标呈现出来，这大大丰富了地形图所呈现的地理信息的内容，使人们对地形、地貌有了更为直观的认识，对智慧城市、工程设计等方面的发展起到了积极的促进作用。

关键词：三维数字地形图；三维空间数据；绘制

对数字化地形图进行科学、合理的制图，是确保测绘工作顺利进行的重要环节。在数字化测绘中，合理使用全站仪、静态 GPS全球定位系统等先进的技术，可以使测绘精度得到极大的提高，为我国的数字化测绘工作的成功开展打下了坚实的基础，为其提供了丰富、高效的数据支持，从而提高了工程的质量。

一、数字地形图测绘技术的应用优势

（一）提高测绘精度

与以前使用的地形图相比，数字化地形图的绘制具有明显的优越性。传统的人工制图方法，由于人为因素的不同，造成测绘精度的不均匀。采用传统的光学仪器和视场法等方法，根据分层布置的基本原理，将产生更多的层次。随着全站仪数字化地形图成图技术的不断完善，使得测量结果的准确性得到了极大的改善，大大减少了测量误差的产生，提高了测绘工作的效率。

（二）数据更新快捷

采用数字化地形图作图，可以把数据信息快速传送到计算机等终端设备上，使得测绘工作可以实时地更新和传送数据，同时也可以使用该软件自带的功能，对成图要素执行删除、添加等操作指令，进行调节和修正，满足人们对成图的各种需要。

（三）保存管理方便

数字化地形图是以数字化的方式储存在电脑中，占用的内存很少。一般来说，1000张以上的地形图只要一个CD-ROM或700M的存储空间就足够了。与传统的纸质地形图相比，其占地面积大、易腐朽变形等不足之处，数字地形图能够被迅速拷贝，便于保存，且不会因资料遗失而引起的各种问题，因此，其安全性更高。另外，将数字化地形图保存后，再经其它设备制作成三维图像，使之更加直观。

二、三维空间数据采集方法

（一）全站仪三维数据采集

1.控制网布设

在 GPS控制网的建设中，一般都是由两个最基本的组成部分——参考站和流动站来完成。在此基础上，首先要确定参考站的坐标值，并结合具体的条件，确定适宜的测量范围，测线的方向，布设的网格密度等。其次，参考站的个数必须要合理。一般情况下，维持4-6台就足够了，以适应工程建设的需要。最后，根据实际情况确定参考站之间的距离，从而使 GPS定位系统的功能最大化。同时，也要对周围的环境进行监控，将监控的结果发送到中央电脑上。

2.导线点位测量

在这一工作中，以全站仪为主。为进一步提高测量的精度，必须采用 RTK技术对有关的数据进行分析和处理。另外，在实际工作中，利用全站仪进行点云的采集和分析，也是可行的。同时，也要注重 RTK技术的应用，要严格遵守操作规范的规定，避免产生一些错误，造成最后的测量结果不精确或有很大的偏差。

（二）机载激光扫描系统三维数据采集

1.直线式

此方法是最常见、最有效的一种，主要用于某些特定区域或地形复杂的地区，能很好地解决常规方法难以处理的问题，并保证所得资料的真实性和可靠性，但因其造价昂贵、效率低下而受到限制。结合一个具体的工程实例，阐述了在线性点云获取方式中，点云数据的处理过程。由于此次测绘中，我们采用全站仪为现场数据获取手段，并对点位进行均匀、密集的要求，这就需要将点云获取技术和地面控制技术相结合，以更好的满足工程应用的需要。首先，对点云进行预处理，剔除噪音，剔除不需要的点云，并对其进行坐标系的旋转；其次，用全站仪求取测区的平面坐标、高程和坡度，并在此基础上进行建模。

2.曲线式

提出了一种基于三维坐标系的直线段坐标系的概念，并利用 CAD软件对其进行了三维坐标变换，得到了坐标系下的直线段坐标系。这一方法主要用于地形比较复杂的地形，或者是不规则的地形。

3.内业数据处理

点云数据以特定的规律在二维平面上排列，需要经过内业的几何校正、特征提取与编辑，才能有效地提升点云的精度，这也是点云质量检验中的一个关键步骤。

（三）数字摄影测量三维数据采集

1.在计算机软件中对影像进行处理和编辑

将拍摄到的照片输入到 PhotoScan软件中，然后用这个软件把自己想要的资料给提取出来。在根据实际情况上，再结合具体的环境条件，选取不同的尺度和分辨率等参数，最终实现对图像的处理。

2.在三维立体模型上构建三角网模型

在建立三角网的过程中，首先要确定每一个结点的位置、尺寸和方位。再用摄像机设定好对应的焦距和光圈，这样就能使整个三角网更加逼真。然后求出每个三角形的区域，并确定它们是否对称。当一个以上的三角形存在时，需要将其按一定的次序排成一条线，并且两个三角形的间隔必须在5厘米以内。

三、三维地形与地物绘制技术

（一）三维地形的绘制

目前常用的三维地形表示方法主要有等高线模型、非规则网格模型以及规则网格模型。等高线模型以等高线为主要手段，将地表的三维形态表达出来，但其效果并不十分理想，存在着比较明显的阶梯痕迹，以及与地面高程之间的过渡不够好，而且利用等高线也不能很好地刻画出地表的地貌特征。非规则三角形网格模型（简称“非规则三角形”）的工作思想是以无穷多个三角形逼近实际地表，其不足之处在于其对地表的解析能力较弱，无法准确刻画地表特征。规则网格模型以其等距、均匀分布的特点，能更细致、更细致地刻画地形特征。可以根据不同的地形类型及具体条件，采用多分辨率网格模型来表示。

（二）三维地物的绘制

传统的数字化地形图在表示对象时，采用的是点、线、面等平面标志，并且均在相同的高度面上，用等值线或高程点表示主要的高程信息。这样的表述方法太粗糙、太抽象，对具体内容的描写太过简略，不利于人们的直觉理解，也不能取得令人满意的表现效果。而3D数字地形图在表现地物特征时，可以从横向和纵向两个方向上描述地物的形态，并能将它们在地图上的实际位置和形态表现出来。

四、三维地形与地物的空间匹配集成技术

三维数字地形图由地形模型与各种类型的对象模型组成，它们之间的关系应相互结合，相互配合，否则就会造成地形图的变形，造成地图内容与实际地形状况不符。基于这一思想，本文提出了一种新的方法，即将地形与地物信息进行有机的融合。当前，可以将这两种方式有机结合起来的方式有：（1）在获取地物资料时，需要获取它们的高度值，从而使这些地物特征点可以作为一个高高程点来使用，尽量详细地描绘出更多的细节，并且可以利用大量的高程资料来计算。同一地物，其特征点的高度应该一致；（2）在获取地面特征资料时，不但要收集其水平高度点，也要收集其垂直高度点，以便更加细致地刻画目标的信息，并能反映出目标的实际位置与形态；（3）以所收集的各类地物特征点为数据源点，建立三维格网地形模型，便于对地物形态进行刻画，便于对地物进行表示。

结论

数字化地形图测量是一项非常有意义的工作，它可以弥补传统测量方法的缺陷，减轻测量工作量，确保测量结果的精确性，从而提高测绘工作的效率。

参考文献

[1] 吕友成,梁忠森,樊继福. 三维数字地形图测绘技术研究[J]. 无线互联科技,2021,18(4):84-85.

[2] 梁永生. 三维数字地形图测绘技术的运用研究[J]. 世界家苑,2021(16):175.