三维数字地形图测绘技术研究

三维数字地形图测绘技术研究
三维数字地形图即线划地形图，地形和地物作为其空间对象，用三维离散点来表示空间位置和立体形状。

其中X、Y表示地物（地貌）水平面的投影位置，Z表示高程。

三维数字地形图突破了传统的二维数字地形图对空间的限制，用三维空间的角度去表现真实的客观世界，对空间结构关系表达更精细、更完整，具有更广泛的应用。

文章根据三维数字地形图的特征，从测量、绘图及应用方面来比较分析其不同的数据采集方法特点，以及地形模型和地物模型的绘制技术分析。

标签：三维数字地形图；三维规则网格；地形模型；测绘
在测绘技术发展迅速的今天，空间定位测量技术已经应用到各个方面，具有其不可取代性。

数字地形图由于其便于使用、存储和绘制的特性得到了广泛的使用，由于对地理空间表现的更高要求，人们对反映平面关系的二维数字地形图的不满足，随着地图学的理论与技术的的发展及各工程项目中数字地形图的应用，推动了三维数字地形图的出现和发展。

1 三维空间数据的采集方法
三维数字地形图由于其直观性，完整性，需要搜集大量的、密集的数据，并使用抽象符号让客观世界的表达可视化，与二维数字地形图相比，其绘制方法也有很大的区别。

以下总结了三种常用的数据获取技术方法。

1.1 数字摄影测量三维数据采集
数字摄影测量应用了数字影像匹配技术、计算机应用技术等多种学科的理论及方法，是采用摄影测量的方式获得三维地形数据来建立数字高程模型和绘制地形图。

对于三维地形数据的采集方法，由于我国地形的复杂多样性，我们有更多的经验，在这方面的研究已处于领先地位。

对于客观世界的地面的不同形态，实际数据的采集就会有断裂线间的问题产生，对于植被覆盖区，为了能准确地反映实际地面情况，需要在这些区域进行密集的散点方式的采集数据，以便让数据采集更全面更精确。

而其空间分析能力也是区别于二维数字地形图的重要功能；而另一方面三维地物数据的采集，是通过高空拍摄影像资料来分析获取数据，由于飞行高度和飞行角度，对于一些为了装饰用在顶部的建筑物而获得的伪特征点数据，进行处理后才能对真实的地物获取立体形状数据。

由于摄影影像作为地形图测绘和更新的主要手段，其更新速度快是一大优势，可利用航空航天影像迅速地更新大面积DEM数据，但对全数字摄影测量的高程数据分析对比，其绝对精度和相对精度比较低，不适合大比例尺的DEM生产。

另外，在拍摄时也会根据季节受到不同程度的影响，在成本上费用也比较高。

1.2 全站仪三维数据采集
全站仪采集方式作为三维数字地形图数据采集方法之一，主要是野外数据的采集，对各种技术人员的合作配合度比较高。

首先进行外业采集平面坐标和高程数据，然后将外业采集到的数据内业加密，即通过内插对特征点进行处理后，得到密度分布均匀的地形点和高程。

在地物稀疏和范围小的大比例尺区域，通过使用无棱镜测量，效率高、工作量小、成本低。

適合对精度要求高、作业范围比较小的大比例尺的三维空间数据。

但如果大范围的采用这种数据采集方式，由于受通视条件的限制，其测绘的效率低工作量大。

1.3 机载激光扫描系统三维数据采集
机载激光扫描系统作为新型的三维数据采集技术，利用激光脉冲的穿透能力，能够快速精确地获取三维地形信息，集合了激光扫描技术、定位技术、测量技术、计算机通信技术等，有着传统的摄影测量技术无法超越的优越性。

机载激光扫描系统也叫做三维激光成图系统，是把激光扫描器安装在飞行器上来记录激光脉冲接收处理数据，从而建立三维立体模型。

这种采集方法采用激光作为能源，具有穿透性强的特点，能够得到高密度和高精度的高程数据，不需要大量密集的控制点，数据采集速度快，也易于实时更新；并且由于测量工作的非接触性，安全性高；对目标环境的依赖性小，适合各种不同的野外环境，具有广阔的应用范围。

2 三维数字地形图绘制技术
传统二维数字地形图所表现的空间地理信息都是体现在同一水平面上，所有的高程为零的基础上，用点线符号来表示相对应的比例尺地形，不能完整真实的表达立体空间，具有很大的局限。

而三维数字地形图的表现法师是使用大比例尺完整形象的表现地理信息，反映在地面的高低起伏，立体结构形状。

如图1所示。

三维数字地形图是根据所采集数据的高程来建模生成模型。

一般的数字地形有三种表达方式：规则格网模型、不规则格网模型、等高线模型。

规则格网模型是均匀等间距表现地形，可以更直观精细的表现地形。

不规则格网模型也叫做不规则三角网，通过不规则采集点的数据产生连续三角形来表现真实地形。

等高线模型是采用等高线上的点生成台阶状的三维地形图。

而在三维数字地形图中的地物，则用点状、线状、面状、体状四种符号来表示，需要表达出立体地物的形状特征和投影到地面上的地物形状特征。

现实中地形与地物的一体化使得地形模型和地物模型必然发生联系，而为了让地物模型与地形模型更精确匹配，在测量地物的特征点时必须测量其高程，在水平方向和垂直方向立体的采集数据点，所采集的数据点当作高程来与三维规则格网地形模型相匹配。

不同的地形模型和地物模型需采用不同的方法融合才能误差更小的匹配。

3 结束语
文章从三维数字地形图的概念，数据采集方法和地形图的绘制，三个方面分析了三维数字地形图。

比较分析了不同的数据采集方法的优缺点。

三维数字地形图突破了地理空间限制，在城市规划和工程建筑设计方面有着广泛的应用，但在
三维数字地形图的软件开发方面仍然有很多的不足，在实现实用性方面还有待改善，而对数字地形区的精度误差方面也很多需要完善的空间。

这些都需要继续努力来实现三维数字地形图发挥更大的作用。

参考文献
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