探讨三维数字地形图测绘技术_宋秀容

二

○一二年第二十二期

３３５

华章

Magnificent Writing

探讨三维数字地形图测绘技术

宋秀容

（青海省第二测绘院，青海西宁810001）

［摘要］本文分析了总结二维数字地形图的局限性，以及三维数字地形图突破空间的限制，根据三维数字地形图

的特点，提出三维数字地形图研究的意义及需要解决内容。

［关键词］测绘技术；三维数字；意义现实世界是三维的立体空间，作为对客观存在特征的一种

科学的概括，随着时间不断地发生变化。传统的二维纸质地形图具有重要的科学和军事应用价值，但它不能直观地展现现实世界的丰富多彩和千姿百态，二维数字地形图的不足主要表现在二维数字地形图采用正射投影的方式表达地形和地物，无法表达地物的空间立体结构和关系，只能较准确地反映地形和地物在同一水平面上的位置，不能实现空间方面即三维的量算和分析，对于空间信息的抽象表达很不直观，随着地图学理论与技术的进一步发展表述三维的地理信息技术出现了。

三维数字地形图研究的意义在于它既能反映制图区域内地表微小的高低起伏，能比较精确、细致、直观地反映空间地理信息，又能真实的反映其上地物的空间立体形状和结构，能反映地物的平面位置与垂直方向的高度，是数字或电子的形式，是三维GIS 和虚拟现实技术VR 的数据基础和技术基础。

1、三维空间数据的实时获取

三维数字地形图对地理信息精细、完整的表达是建立在大量、细致的数据采集基础上，传统测量技术是空间定位的基本手段。

1.1点方式数据获取技术。全站仪测量技术可以获取三维的空间数据，不可以获得地表点的三维坐标数据。全站仪定位测量有以下五点优势是：布点灵活，精度高，可靠性高。效率高，经济性好。适合林区、矿井等复杂条件下的定位测量，以及精度要求高的区域测量和空间数据更新，比原来人工采集方法大大提高了工作效率，工作量提高的同时花费较小。卫星导航定位技术能够完成导航定位和授时功能，定位无需仰仗地面控制点,现在是我国控制测量的主要手段。其最主要的优点是几乎不受地形和天气限制，抗干扰能力好，实时定位速度快。

激光测量技术现在已经发展到动态的实时跟踪测量再到三维立体量测领域，其优点为快速性，不接触性，穿透性，实时、动态、主动性，高精度、高密度，数字化、自动化。它采用全数字特征，可靠性良好，能够实现大范围内目标空间数据的快速采集，解决测量人员难以到达的区域，反映目标地物不同层面上的采样信息，不受时间和空间的限制。

1.2面状方式获取技术。摄影测量技术是利用光学摄影机或者其它传感器采集被测对象的图像信息，目前摄影测量最常见的有以下几种分类方法按用途分类，按距离远近分类，按技术方法分类。数字摄影测量以数字影像为基础，根据像点与相应地面点之间的数学关系，利用计算机进行分析处理。

遥感技术获取的影像受到精度、分辨率的限制在构建三维模型的时候都要依赖于大地测量的数据成果。从远距离高空及外层空间的各种平台上利用可见光、红外、微波、干涉雷达等电磁波探测仪器，通过摄影或扫描、信息响应、传输和处理。

多传感器集成技术采用融合方法构建三维模型，不同的传感器可以组合成不同的多传感器集成空间数据采集系统，一般有地面车载测量系统、机载激光扫描系统和星载测图系统。

1.3图/像扫描数字化技术。地图数字化技术的主要优点是原始数据源比较容易得到，通过数字化仪将现有地形图负载的大量信息转换成数字信息，数字化仪分为两大类即图形数字化仪和图像扫描仪，使用地形图为数据源的数据含有三维空间数据所需要的几何信息，并且还有一定的属性信息。

总之，三维数字地形图的地形数据获取途径为直接使用原来二维数字地形图中的地形信息数据，全站仪野外测量可获取

小范围、大比例尺、高精度的地形三维数据，数字摄影测量系统，通过处理航摄影像特别是高分辨率遥感影像生成。机载激光扫描系统直接扫描并经过处理得到，用合成孔径雷达(SAR )获取数字高程模型。

2、三维数字地形图地形的绘制技术2.1数字地形建模方法。地形建模的图形描述方法有多种。等高线是地面上高程相等且相邻的各点连接成的曲线，是在任意离散点表达地形的基础上，是利用等高线上点直接生成三维地形，用以表达地形高低起伏特征和地面高程的抽象；不规则三角网模型。直接利用测量区域内野外实测采集的离散点进行构建，通过线性插值的方法获得该采样点的高程值。用不规则三角网模型进行三维地形的空间分析，连接成覆盖整个区域且互不重叠的许多三角形；规则格网模型，将测图区域按相应的单元大小划分成规则排列的格网，采用离散的高程点构建规则格网表达地形有直接法和间接法两种；混合结构模型。其特点是采样间隔随着地形复杂程度变化而变化，避免了规则格网表达地形的不足，但缺点是数据结构复杂。

2.2数字地形内插方法。各种不同的插值算法对于三维地形模型的精度影响各异，在很多情况下必须进行三维数字地形的内插。将内插方法分为整体内插方法、逐点内插和局部内插方法。整体内插方法建立在研究区域内的所有采样点的特征观测值基础上，特点是能够充分反映宏观的地形特征，适用于大范围的三维地形，内插结果较为粗略。逐点内插是以内插点为中心，然后确定一个邻域的范围。特点是计算方法简单、应用灵活，是高程数据测量中较为常用内插方法。

局部内插是指将某一地形区域范围按一定的规则进行分块，为了保证整个曲面的连续性其分块方法是根据地形结构线或者规则区域进行分块，相邻分块区域之间必须要有一定的重叠率，针对内插曲面，必要时补充一定的连续性条件。一般常见的内插方法有线性内插、双线性内插和样条函数内插。

2.3特征地形要素的提取。除了上插值算法，提高三维数字地形模型建模的精度最有效的方法有特征地形要素的提取和改善原始数据的精度。在实际工程应用中，用三维规则格网地形模型能够一目了然的直观显示，在实现特殊地形有更大的优势。

3、三维数字地形图地物的绘制技术

地物的绘制。在三维数字地形图中，三维地物的绘制用以表达三维数字地形图的重要内容。三维数字地形图将地物分为点状、线状、面状和体状。其中点状地物通常是作为一个实体独立存在的；线状地物的空间立体形状最难准确和形象表达二维数字地形图，特征线实际上是一类三维的空间曲线，面状地物是指地表面上由一条封闭的三维空间曲线围成的区域范围，三维软件AutoCAD 绘制面状地物基本步骤为用3DPOLY 精确绘制面状地物的三维空间曲线，空间曲线通过内插算法与地形表面互相匹配，最后将空间曲面进行颜色填充；体状地物。在三维数字地形图上，它描述包括底部范围线及其真实高度值。

【参考文献】

[1]郭岚，杨永崇，唐红涛.地理信息的三维表达理论与技术的研究[J ].工程勘察，2009.37.