激光點云數據在1：2000地形圖測繪中的應用

摘 要：機載激光測圖是利用三維激光掃描技術獲取海量點云數據進行內業作圖的一門新技術，由于其可以詳細刻畫目標對象的細節特征，因此可以高精度、高效率地實現地形的數字化，與其他傳統測繪技術相比，數據更加豐富。本文重點探討了點云數據在數字化測圖中的應用原理及作業流程，結合外業調繪進行數據編輯。

關鍵詞：數字化；點云；機載激光測圖

1 概述

傳統的全野外數字化成圖方法，已經無法滿足現高速發展的城市建設，為了盡快解決城市規劃對基礎地理信息的供需矛盾，及時有效提供滿足城市規劃需要的現狀地形圖，加快項目的完成進度，經現場踏勘、分析，決定采用機載激光測圖輔助外業調繪編圖的方法完成。

此次采用的機載激光測圖方法，方要依據為點云數據，點云即利用三維激光掃描技術獲取的大量的、密集的、含有多樣化信息的散點數據的描述，測繪人員從點云的信息特點能自動獲取多點信息的面測量，從而提高了測繪的效率，也提升了測繪技術的應用空間。

2 基于DOM、DEM、激光點云的圖像生成

根據設計路線和圖幅結合表確定做圖范圍，準備好相應的數據：用ArcMap軟件根據DOM和坐標文件生成作圖時需要輔助參照的山影圖、坡度圖；用global_mapper軟件生成激光點云圖。常用的有以下兩種格式： *.JPG格式的正射影像數據、對應的*.JGW格式的坐標文件，以及對應的*.coo原始激光點數據。*.DWG格式的等高線與*.coo格式的出圖激光點數據，單位改成米。

3 正射影像和激光點數據的測圖

3.1 確定范圍及插入圖像

根據影像數據的精度，可知這批數據適用于小于1：1000比例尺的地形圖，符合本次1：2000測圖比例尺。首先，打開南方CASS9.0軟件，進行比例尺設置，其次，調整圖層疊放順序，將影像圖層放到最后，方便參考并繪制CAD圖。插入繪圖范圍并導入激光高程數據，然后運行展點程序，根據需要選擇不同的展點方式。當范圍較大時我們較常使用從文件展點，范圍較小時，我們會選擇多邊形展點方式。

3.2 地物要素的采集

依比例符號：是實地占有較大的面積的物體，比例尺縮小后，依然能夠顯示其輪廓，如房屋、湖泊等。

不依比例符號：是實地面積較小，且重要或具有方位意義的獨立物體，比例尺縮小后，圖上只能顯示為一個小點，必須放大表示，圖上和實地不成比例關系，僅能表示物體的位置和種類而不能表示物體的輪廓和大小，如測量控制點、紀念碑、煙囪等。

半依比例符號：實地上的線狀物體和狹長物體，其長度能夠依比例表示，而寬度則不能依比例表示必須放大其尺寸，如鐵路、公路、單線路、圍墻、單線溝渠等。

3.2.1 交通及附屬設施

一般未突出地面的線狀地物不存在投影變形改正，精度較高，只需根據影像描繪其邊線即可。

根據測圖比例尺的大小，按照《1：500、1：1000、1：2000地形圖圖式》上的要求來描繪。本次項目測圖比例尺確定為1：2000。

①一般鐵路：軌距為1.435米，1：2000地形圖上用不依比例尺符號表示。

②一般圖上寬度小于1mm，在CASS環境下，用距離量測工具量取的路面寬度小于1mm×2000=2m時，用不依比例尺的鄉村路或小路表示，大于2m時用依比例尺的鄉村路或大車路表示，其虛實線的表示方法遵循 “光影法則”處理，虛線繪在光輝部，實線繪在暗影部， 一般在居民地、橋梁、渡口、徒涉場、山洞、涵洞、 隧道或道路相交處變換虛實線方向。

③道路的附屬設施。

涵洞：指修筑于鐵路、公路路基下的過水構筑物，當圖上寬度小于1mm時用不以比例尺的符號表示。較大的涵洞提醒外業調繪人員注意，必要時要進行外業實地采點補繪。注意涵洞虛實線方向。

路塹和路堤：應該特別注意較規則道路兩旁的路塹和路堤，影像圖上加固的路塹和路堤會非常明顯，再結合激光高程點數據，便可準確判斷出其邊緣線，對于未加固就根據激光高程點數據進行判讀繪制。

橋梁：由于影像不能較好地判斷橋頭的實際位置，且很多大橋是高出地面的，也存在著投影變形改正，不能較好地通過地面點和非地面點的激光數據進行判斷其位置進行平移，建議對于比較重要的公路橋、鐵路橋等要求外業實地采點繪制。

3.2.2 居民地和垣柵

房屋高出地面，影像圖存在投影變形改正，且房屋層數越多越高，其變形程度越大。點云數據卻能較好地表示出房屋的位置和形狀，或利用事先生成的激光點云圖作為參考。

①繪制房屋前，首先要將非地面激光點數據，也即*_object.coo文件用與地面點也即*_ground.coo文件相同比例尺展繪，展繪的方法與上述方法相同，但是范圍可以圈小一些，只包含房屋部分即可。展繪后以塊的形式插入到我們的繪圖文件上，在插入前最好改變一下圖層和顏色，以便后面繪制房屋時能有效地區分地面點和非地面點。

②繪制房屋時，按照房屋頂部來描繪房屋的邊緣線，一般用CASS命令下的“多點一般房屋”和“四點房屋”來描繪，應特別注意的是，如果房屋邊緣線僅為四點，則最好用“四點房屋”命令來描繪，這樣可以保證房屋沒有明顯的變形。

③利用原始激光點數據對房屋進行平面位置改正。將需要改正的房屋區域選中，然后導入對應區域的地面激光點數據和非地面激光點數據，用不同的顏色進行區分。由于激光點沒有投影差，是直接的三維坐標，所以平面精度是非常高的，作圖時，可根據其高程值大小，區分所落點是在房屋上還是在地面上，根據房屋上的激光點的密集程度和范圍就可以較準確確定房屋的位置。如果通過影像傾斜，可以看到房屋其中一邊底部，可以先繪制房頂的位置，然后將其整體平移，使房屋的另一邊位置大致準確。

3.2.3 水系及附屬設施

水系是江、河、湖、海、井、泉、水庫、溝渠、池塘等自然和人工水體的總稱，在地形圖上需準確表示，凡有名稱的均要加注。對于較大的江、河、湖、海、池塘、水庫、人工修筑的灌溉用的溝渠、運河等在影像圖上很容易判讀其邊界，但是在具體繪制時應根據地面激光數據，較為準確的判斷其邊界，且常年有水的河流、溪流、運河、湖泊、水庫、池塘應描繪其水涯線。當水涯線與陡坎線在圖上的投影距離小于1mm時，用陡坎符號表示。河流在圖上寬度小于0.5mm時用單線表示。

應特別注意道路兩旁的水系，尤其是公路旁的排水用的溝渠，一般溝渠都是能找到源頭和流向的，且溝渠穿過道路時一定會通過涵洞。如繪圖范圍內未找到源頭，應將溝渠按流向繪至范圍線外。且每條溝渠都應根據地面激光高程點來判斷其流向后標注在圖上，以便外業作業員調繪。

3.2.4 地貌和土質

①等高線

等高線由DEM在AcrMap中自動生成，再人工進行整飾、取舍。整飾好等高線的前題是一定要把其他的地物地貌繪制準確，尤其是陡坎和斜坡等對等高線的形狀和走勢影響較大的地物地貌。

編輯完等高線后，應對等高線進行注記，一般只注記計曲線，且不應倒注。應在谷地、鞍部、山頭及斜坡方向不易判讀的地方和凹地的最高、最低一條等高線上繪出示坡線。

②高程點的展繪。

高程點按照不同，比例尺地形圖有不同的間距要求：如表1：

③地類界。

地類界一般是根據影像的顏色進行判斷，有時地類界可以進行取舍的，尤其是山上只能以主要地物來標注，植被符號由外業作業員進行調繪。

④管線及附屬設施。

除電塔和雙桿外，其余管線設施在影像圖上難以確定準確位置，建議外業補調繪人員應以甲方提供的線位為基礎，線位左右各50米內的電塔要重新踩點修測，雙桿要全線進行修測。

⑤獨立地物

影像圖上獨立地物中，獨立墳、墳群和散墳較容易判斷，其余無法判斷。

3.3 圖形自檢和互檢

每幅圖做完以后，首先要進行自我檢查，看有沒有漏繪的或者繪錯的，對誤差比較大的地方進行改正。然后再相互之間進行互檢，由于每個人畫圖的經驗和對圖像的判別不一樣，通過互檢則可以減少判讀錯誤。

4 外業調繪和補充測圖

4.1 外業調繪

制訂調繪計劃，收集現勢性強的各類專業資料，熟悉測區情況，研究測區環境特征，選擇調繪路線，進行人員分配。

對于內業無法確定的隱蔽、遮擋地物，可根據周邊明顯地物，采用交會法、截距法等方法進行補測。調繪與內業數字化測圖、數據編輯應有效銜接，保證地形要素表達的完整性和準確性。

調繪時應對已有數據進行實地核查，對錯、漏等進行修改和補充；補調地物、地貌要素和屬性和注記，以及內業無法獲取的地理名稱；補測數字化測圖無法或不能準確采集的要素，如陰影區地物、隱蔽和地形復雜部位地物，以及需要補測的新增地物等；最終形成調繪成果。

攝影后新增的一般地物可不補調，但新增的公路和變化較大的開發區、居民區等應進行補調或補測；航攝后拆除的地物，應在影像上標記。

調繪成果使用的符號、文字及調繪成果的整飾宜參考GB/T 20257.1的規定，以方便內業人員使用為原則，應統一、清楚、易讀、實用。具體要求在技術設計書中規定，必要時采用圖例說明。

4.2 野外補測

當內業數字化測圖無法達到高程注記點高程精度要求時，應野外實測足夠的高程注記點，等高線由內業數字化測圖生成。高程注記點測量要求和具體方法由技術設計書確定。

當由于云影、陰影等影響無法進行內業測圖或處理，航空攝影出現絕對漏洞且不補攝，新增大型工程設施、大面積開發區或居民地變化較大等情況時，應進行野外補測。內業測圖無法準確采集的城市建筑物密集區，亦可進行野外補測。可將陰影、漏洞等向外擴大圖上4mm，確定補測范圍。補測的地物、地貌要素，相對于附近明顯地物點的平面位置誤差不大于圖上0.75mm，困難地區不大于圖上1mm。

5 總結

隨著城市發展的需要，規劃測量技術面臨著新的挑戰，因此，我們應不斷探索解決問題的新方法，保障城市的現代化建設，在本次1：2000數字化測圖過程中，發現激光點云測圖技術作為一種先進的測量方法，在精度、進度、操作等方面都有較大的優勢，是傳統測繪技術不能相比的，在總結經驗過后，將更廣范地用于未來的大比例尺測圖工作中。

參考文獻：

[1]李濱，王漢順，等.點云檢測技術在高速公路邊坡監測中的應用[J].城市勘測，2014（4）：20-22.

[2]劉德明.低空機載GPS攝影測量在1：1000地形圖測繪中的應用[J].城市勘測，2014（6）：24-26.

[3]CH/T 3007.1—2011.數字航空攝影測量 測圖規范.

[4]GB/T 20257.1—2007.國家基本比例尺地圖圖式.

作者簡介：

羅婷方（1989-），女，助理工程師，主要從事城市測繪及地理信息系統工作。