三維數字地形圖測繪技術探索

劉德來+羅建忠+劉金柱

摘 要：三維數字地形圖，豐富了傳統形式上二維數字地形圖信息，將其延伸為三維地理空間數據信息。該文從三維數字地形圖的測繪、繪圖以及應用3個層次入手，將分析的重點放在利用三維數字地形圖，對地形較為特殊或者線狀地物等處的測繪方法上，并研究了在建立地形模型以及地物模型方面的集成匹配技術，以三維空間的視角，觀察其與客觀事物之間存在著的空間結構關系。

關鍵詞：三維數字地形圖 三維規則網格 地形模型 地物模型

中圖分類號：P217 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（b）-0052-02

三維數字地形圖將小區域內的地理信息，借助大比例尺，直觀、形象并且較為完整地展現出來，在展示地形時，能較為清楚真實地表現出客觀世界，地表的高低起伏，在利用三維數字地形圖，對地物進行表達時，能夠直觀清楚地表現出地物的真實形狀以及空間立體結構。三維數字地形圖要求更專業的測繪技術，以獲取比二維數字地形圖更詳細的數據資料，需要對其技術展開細致研究。

1 三維數字地形圖獲取空間數據的相關技術

大量精細完整的數據，是明確全面的三維數字地形圖的基礎支持，現階段對于大比例尺三維數字地形圖，獲取空間數據的相關技術，主要為有以下幾個方面。

（1）數字攝影測量技術。通過利用攝影測量這一形式，完成地形立體空間模型的建立，并借助對高程數據的大量量取，完成對三維數字模型的構建，在區域范圍較大的三維數字地形圖進行繪制時，常使用這一技術方法。

（2）全站儀測量技術。全站儀測量技術能夠對三維空間數據進行獲取，并且對于Z坐標值，全站儀能夠取得精度更高的坐標數據，獲取三維數字地形圖所取的地形及地物的點、線特征最有效的手段，就是全站儀測量技術，除此之外，全站儀還能保證地物高度測量的精確度，使用范圍多為對區域范圍相對較小，大比例尺以及對于精度有嚴格要求的三維數字地形圖中，值得一提的是，全站儀測量技術與其他技術相比，較為費時費力。

（3）GPS RTK技術。同全站儀測量技術相同的是，GPS RTK都適用于大比例尺三維數字地形圖的數據獲取，但GPS RTK存在一定的缺陷，常因城市地段衛星信號接收效果差，導致高程異常，在對地形地物的高度值h進行獲取時，造成了一定困擾。

（4）將地圖數據作為三維空間數據來源。雖然地圖表示了一定的地物高度信息，但無法保證其高度的精確性，導致三維數字地形圖繪制的整體精度較為欠缺。

地物立體形狀的數據基礎之一，就是對多種點、線、面狀地物的高度值數據獲取。現階段多種形式的數據采集方法，對地物高度值的采取都存在或多或少的缺陷，已經成為三維空間數據采集階段的難點。

2 三維地形及地物測繪內容

2.1 繪制三維地形

通常情況下，等高線、不規則格網（TN）以及規則格網模型（Gird）是表達數字地形較為常見的3種方式。等高線模型在借助等高線上多個點的基礎上，能夠直接生成三維地形，其臺階痕跡較為明顯，無法有效地對陡坎、溝壑等特殊地貌進行表達；不規則格網模型（TN）及不規則三角網，借助采樣點的不規則布置特點，通過形成連續的三角形，生成相對真實的地形表面特征，這一方式格網結構較為凌亂，對地形表面的分析效果較差；規則格網模型（Gird）其分布等間距，能夠更為直觀、精準、完整地表達出地形特征，在對陡坎、溝壑等特殊地形的表達方面，這一方式更具備優勢。二位數字地形圖通常利用二維符號進行對特殊地形的空間結構特征的表達，其表現效果較差，而三維規則格網地形模型對特殊地形結構的表現相比二維數字地形圖有了質的飛躍，通過對更為直觀精準的可視化效果的加強，避免了符號表示方式中的復雜性以及不明確性。

三維數字地形圖對于地形表達的精細與否，多與采樣高程點設置的精細程度有關，三維格網在分辨率方面既受到地圖比例尺的影響，同時也與地形復雜程度有直接關系。在進行地形表達時，可綜合利用多分辨率的格網模型，平原地區地形簡單可使用大格網，山區地形復雜，格網則需要細小一點，保證獲取更小冗余的數據，提升地形起伏的表現真實性。

2.2 繪制三維地物

傳統形式上的二維數字地形圖在進行地物繪制時，多利用二維符號進行表達，在高層為零的平面上表現所有地物特征，根據等高線以及高程點，具體分析地物的高程以及高度等特征。

在表達線狀地物立體空間模型方面，二維數字地形圖更難以表達。對線狀地物立體空間的表達，除了需要對其水平方向的拐點進行綜合表現，還需要設計垂直方向多個拐點，即高程或者是坡度方面變化較為明顯地點的詳細表達。二維數字地形圖，則借助二維符號進行表達的方式，無法直觀顯示地物在垂直方向上的真正形狀以及位置特點，三維數字地形圖則可以表現地物的真實效果。

3 三維地形地物模型的空間匹配集成技術

三維數字地形圖還涵蓋了地形模型、地表及地下等多種地物模型。在構建地形模型以及地物模型時，需要強調其內在聯系，將三維地形以及地物數據，與地形地物模型進行有效融合，以完成空間位置的真實表達，其主要實現方法包括以下幾點。

（1）在進行地形地物特征點測量時，需要對其高程值進行測量，確保地物特征點可以看作高程點進行利用，在對統一建筑物的多個地物特征點進行測量時，其高程點值整體相同，外業采集時高程值略有差異的，取平均值。

（2）對地物特征點進行采集時，既要對其水平方向拐點進行采集，同時還要采集其垂直方向的拐點。

（3）在進行三維格網地形模型生成時，高程點設為所有的地物特征點。

利用上述匹配集成技術對某一區域進行外業測量時，以1∶500為比例尺獲取三維空間數據，其三維數字地形圖及三維量算空間分析等如圖1所示。

4 結語

三維空間地形圖與傳統形式二維空間地形圖相比，突破了空間限制，豐富了二維數字地形圖的內容。三維地理空間信息能夠從三維空間視角，分析真實客觀事件與三維數字地形圖之間所存在的空間結構關系，按照大比例尺對小區域范圍內的地形地物進行直觀完整的展現，具備了廣闊的市場應用前景，同時也能夠推動三維GIS的積極發展。

參考文獻

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