影像地形圖在坦桑尼亞中央鐵路預可研階段的應用

周 琦

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

1 概述

我國在西部測圖重大測繪項目中，通過采用影像地形圖的制作，填補了西部困難地區200萬平方公里1∶5萬地形圖的空白;中石油華北分公司曹彥章等人也嘗試用GE中高分辨率影像結合地形圖開展了數字影像圖的制作研究。目前，衛星成像技術和傳感器平臺的高速發展，使得全球范圍內基本都具備了可供使用的免費數字產品，而類似Google Earth、Virtual Earth、天地圖等數據平臺為我們提供了大量影像數據的獲取窗口。

結合坦桑尼亞中央鐵路在預可研階段基礎地理數據資料相對較少、獲取難度大的特點，提出了一套利用免費數據進行境外鐵路預可研階段中小比例尺地形圖制作的方法，形成附帶屬性信息和要素信息的影像地形圖文件，與鐵路線位進行空間和屬性關聯，為專業選線和設計提供有效的數據保障。

2 影像地形圖制作流程

影像地形圖主要由數字正射影像(Digital Orthophoto Topographic Map，DOM)與矢量數據組成，經過數據編輯、信息采集和要素篩選等，形成最終的成果文件。

2.1 基礎數據準備

在預可研階段，根據收集到的線路方案，確定數據區域范圍。需收集的基礎數據主要包括DEM、DOM數據和矢量信息，該類數據可通過免費下載獲取。

DEM數據:收集和下載數據范圍內的SRTM和GDEM數據。

DOM數據:收集和下載Google Earth、Google Map影像、全球范圍內的免費TM影像等。

矢量數據:下載全球免費矢量數據，結合DOM數據和Google Earth平臺進行矢量采集。

孕婦激素水平的增高，致使靜脈中的血流量增加，同時由于妊娠子宮壓迫盆腔靜脈，影響下肢靜脈回流所致。持久站立位工作，妊娠晚期腹內壓力的增加，都促使癥狀加重。當然，這種現象會隨孕期的消失而消失。

2.2 DOM數據制作

鐵路項目設計前期可采用小比例尺地形圖進行規劃，目前主要采用1∶5萬比例尺地形圖。根據項目規劃信息確定研究區域，以此區域做為影像圖的范圍。

在大范圍的區域，DOM數據主要采用免費的TM影像組成，通過對其波段重組、色彩分析，結合線路設計的坐標投影方式，通過轉換后使其成為線路設計的影像底圖。對重點區域和段落進行衛星影像的下載，通過對Google Map(GM)數據接口的二次開發，形成基于服務器端的最高層金字塔影像的下載，該類影像具備以下優點:

①提供了全球大部分地區的衛星影像，影像間拼接無縫，按照金字塔結構存放。

②清晰度高，在大、中城市部分影像的分辨率達到了0.5 m。

③數據免費，獲取方便。

2.3 矢量數據生成

(1)等高線數據的生成

通常情形下，等高線數據可利用物方DEM內插出等高線，存為二進制文件。用于等高線生成的DEM格網間距要符合要求，必要時對等高線文件可導入測圖模塊進行修測。

獲取到的免費數據中，SRTM數據和GDEM數據均存在區域漏洞和異常。在研究過程中，參照機載激光雷達數據的處理流程，對下載的數據進行離散化處理，形成含有三維地表信息的點云數據后進行濾波處理，剔除異常點后，再形成連續、光滑的數字地面模型，內插生成等高線和高程點，再對等高線進行平滑、接邊等處理，即完成等高線數據的生成。

(2)地物數據的生成

在制作影像地形圖的過程中，地物數據不是全要素采集，一般只表示一些重要的要素，如重要道路、主要河流等，采集的過程則按照標準規范對地物進行代碼分層記錄和量測。影像地形圖的地物數據采集則包括兩種方式:

①在收集到的矢量文件中進行選擇。

②直接在DOM上進行平面量測。

(3)矢量文件的導出

將生成后等高線數據和地物數據進行合并，以文件導出，作為制作數字正射影像地形圖的矢量要素部分。圖1為某一矢量文件的示意。

2.4 矢量數據及影像合成

利用CAD等軟件進行矢量數據與影像的疊加合成，在合成過程中，必須保證影像數據與矢量數據坐標系統的高度一致，以實現嚴格迭加。疊加完畢后依據航測外業調繪的成果添加文字注記，如居民地、水系、道路等，還可以根據各專業的實際需要，添加其他要素，如鐵路線位等。

制作影像地形圖的技術流程如圖2所示。

圖1 矢量文件要素示意

圖2 影像地形圖制作流程

3 數據制作與具體應用

以坦桑尼亞中央鐵路前期研究為例，對影像地形圖在境外鐵路預可研階段的制作方法與應用開展分析。

坦桑尼亞位于非洲的中東部，氣溫條件惡劣，年平均氣溫21℃ ～25℃，終年濕熱。地形復雜，東部沿海為低地，西部為內陸高原，東北部乞力馬扎羅山的基博峰海拔5 895 m，是非洲最高峰。坦桑尼亞中央鐵路東起首都達累斯薩利姆，終至基戈馬，全長約1 150 km。該地區經濟欠發達，基礎資料匱乏，收集困難。

3.1 DEM和DOM數據收集制作

根據項目信息，確定坦桑尼亞中央鐵路研究區域后，經查閱發現Google Earth上影像為2013年5月拍攝，且分辨率為0.5 m。因此，DOM數據采用Google影像來制作。該線路區域基本為平地，DEM數據采用在平地精度更高的SRTM數據(如圖3所示)。

圖3 DEM和DOM數據示意

3.2 矢量文件制作

參照《國家基本比例尺地圖圖式》1∶5萬地形圖圖式中的規定，將等高線、高程點根據不同的屬性，制定對應的層碼，形成CAD可以讀取的dwg格式文件(如圖4所示)。

圖4 矢量文件示意

3.3 矢量與影像合并

將區域內的五萬影像底圖、矢量文件、矢量要素文件合并疊加，即可得到1∶5萬影像地形圖(如圖5所示)。

圖5 坦桑尼亞中央鐵路1∶5萬影像地形圖

3.4 選線應用

在全線范圍內提供的1∶5萬影像地形圖可作為設計底圖疊加到線位上，也可作為基礎設計資料應用于選線過程。在坦桑尼亞國內基礎數據缺乏的情況下，為鐵路線路設計提供了有效的數據保障(如圖6所示)。

圖6 影像地形圖與線路方案疊加

4 結束語

在境外鐵路項目的預科研階段，大部分區域沒有1∶5萬地形圖。在坦桑尼亞中央鐵路中利用免費數據進行中小比例尺影像地形圖的方法，大大彌補了沒有小比例尺地形圖的缺陷，給前期研究工作帶來了極大的方便，對優化線路起到了重要作用，目前該方法已成功應用到多個境外生產項目中。

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