ArcGIS 與南方CASS 軟件在大比例尺地形圖制圖中的應用

陳慧慧

（甘肅省基礎地理信息中心，甘肅 蘭州 730000）

1 研究背景

大比例尺地形圖在水利、交通等基建工程中是一項基礎性測繪成果，傳統大比例尺地形圖測繪根據地形復雜程度，工程工期往往無法滿足項目的需求。航空攝影測量在大比例尺地形圖測繪中的應用已十分成熟，近年來該項技術也得到了突飛猛進的發展，地形圖獲取周期也極大縮短。外業航攝數據的獲取根據區域面積及影像分辨率大小，獲取時間基本可以確定。外業航攝數據獲取后，在保證地形圖制圖數據質量的前提下，采用的技術方法對如何縮短制圖時間有很大影響。本文總結ArcGIS 與南方CASS 軟件在大比例尺地形圖制圖中的應用經驗，以便工作人員能快速輸出地形圖制圖產品。

2 技術流程

技術路線如圖1 所示。

2.1 DEM 的獲取

數字高程模型（Digital Elevation Model），簡稱DEM。目前點云獲取的常用方法為無人機航攝匹配密集點云或搭載激光雷達傳感器直接獲取。無人機航攝匹配密集點云是在空三加密結果滿足規范要求的基礎上，通過軟件匹配算法獲取密集點云；激光雷達點云是用激光器發射光源，采用光電探測手段的主動式遙感設備，可以穿透部分植被，采集到地面反射數據，獲取海量三維點云數據[1]。上述2 種方法獲取點云數據后并對點云進行地面點分類，經過處理后得到所需格網尺寸的DEM。

2.2 影像數據處理

利用精度滿足要求的DEM 數據，對影像數據進行數字微分糾正，生成數字正射影像圖（Digital Orthophoto Map，簡稱DOM）。

2.3 獲取等高線及高程點數據

利用符合精度要求的DEM 生成等高線數據，基于DOM 人工選取高程注記矢量點shp 數據，利用DEM賦值矢量點提取高程注記點高程。

2.4 地物地貌的采集

通過對DOM 進行標準分幅，利用南方CASS9.2軟件加載分幅影像進行矢量數據采集，采集時保持原始記錄的完整性、正確性，不應斷缺、遺漏、移位。

2.5 數據整合編輯整飾

等高線和高程點數據獲取后與地物采集數據整合到一起，按照圖式規范要求整飾地形圖圖面及圖廓內容，并按標準分幅輸出。

圖1 技術路線

3 案例應用

3.1 項目概況

以某地區1∶2 000 地形圖測繪項目為例，該地區地形以山地為主，南北有大量山區，中部偏南坐落著大面積盆地，測區范圍位于盆地內，地勢相對平坦，居民地相對集中。

3.2 點云數據處理

本文DEM 獲取方式采用激光雷達點云數據，利用點云軟件進行點云數據處理，濾波占有極其重要的位置，濾波識別的地面點可直接用于生成DEM、歸一化數字表面模型等產品。

機載雷達點云數據分類采用了分層分類的思路，首先把點云數據中的地面點和非地面點分離開，并利用地面點生成DEM。

3.3 DOM 處理

利用圖像處理軟件對影像進行色彩、亮度和對比度的調整處理，對于影像中的臟點、劃痕等問題及現象，應查找和分析原因，并進行相應的影像處理。對相鄰的像片DOM 應檢查鑲嵌的接邊精度是否符合規范規定，誤差超限時應返工處理。鑲嵌后的影像應確保無明顯拼接痕跡，過渡自然，紋理清晰。按標準的圖幅（50 cm×50 cm）范圍裁切數據，生成圖幅DOM。DOM 成果格式為*.tif 及*.tfw。

3.4 DOM 及DEM 精度分析

本項目主要利用DOM 和DEM 數據來進行地形圖的生產，所以數據采集生產前要保證DOM 和DEM 的精度滿足規范要求。采用外業實測平高點來檢測DOM和DEM 的精度，共檢測平面點位52 個，平面中誤差0.10 m；檢測高程點70 個，高程中誤差0.21 m，滿足規范要求。具體情況如表1、表2 所示。

表1 平面點位精度統計（單位：m）

表2 DEM 精度統計（單位：m）

3.5 等高線及高程點的處理

3.5.1 等高線的生成及處理

利用ArcGIS 軟件中3D Analyst“等值線”功能，根據柵格表面創建等值線的線要素類。即利用DEM 數據生成地形圖等高線，此功能輸出的等高線折線角度相對較大，利用該軟件制圖工具“平滑線”功能對輸出的等高線折線進行平滑，平滑容差根據地形圖等高距確定。等值線生成操作界面如圖2 所示。平滑線生成操作界面如圖3 所示。

圖2 等值線生成操作界面

圖3 平滑線生成操作界面

3.5.2 高程注記點處理

在ArcGIS 軟件中新建*.shp 文件并加載DOM，依據地形圖高程注記點密度要求在DOM 底圖上均勻選取shp 點。基于ArcGIS 軟件中“Spatial Analyst Tools”提取分析中的“值提取至點”功能，利用已選取的shp點提取高程注記點的高程值，該功能主要是基于點要素提取柵格的像元值，并將這些值記錄到輸出要素類的屬性表。高程點選取位置示意圖如圖4 所示，值提取至點示意圖如圖5 所示。

圖4 高程點選取位置示意圖

圖5 值提取至點示意圖

3.6 地物數據采集

地物數據采集時，底圖采用1∶2 000 分幅DOM，利用CASS9.2 軟件加載分幅DOM，基于DOM 選取不同地物符號進行線劃圖繪制。部分帶有方向性屬性的地物地貌，利用點云數據判定地物地貌方向性后進行數據采集，對內業不確定的地物進行外業調繪。基于無人機航攝的高分辨率DOM，外業調繪的工作量相對較少，主要是性質注記調繪。數據采集示意圖如圖6所示。

3.7 地形圖的整飾

地形圖的內容包括以下幾個部分：測量控制點、居民地、獨立地物、管線與垣柵、境界、道路、水系、地貌與土質、植被、注記、圖廓整飾等。圖廓整飾是對地形圖的外部整飾，是地形圖圖面的設計與表達[2]。對上述地形圖的內容按照圖式規范整飾是地形圖制圖的重要環節。而南方Cass9.2 軟件采集地形圖內容信息快，操作快捷，但輸出的內容顏色及注記大小和圖式要求不一致，通過與《國家基本比例尺地圖圖式第一部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000 地形圖圖式》規定的符號大小及顏色對比分析，總結出一套利用CASS 軟件到標準出圖的轉換參數，如表3 所示，利用Cass9.2軟件批量選擇功能可以快速對地形圖圖層顏色、線型寬度等圖面內容進行整飾，極大提高工作效率。圖面內容整飾完成后，CASS 軟件可快速按標準分幅，分幅前圖廓整飾各參數按表4 輸入，輸出的制圖數據圖廓符合圖式要求，直接出圖打印。

表3 CASS 各圖層參數表

表4 圖廓整飾各參數表

4 結論

無人機航測技術是一種非常便捷靈活的技術方法，而且可以獲得非常精確的測繪成果，所以在大比例尺地形圖測圖工作中有很高的應用價值[3]。利用ArcGIS 與南方CASS 軟件獲取大比例尺地形圖制圖數據的技術方法，可在無人機航測技術成果的基礎上快速輸出制圖數據，為工期緊、要求精度高的工程項目提供技術保障，但對房屋測繪要求較高的項目，需考慮房檐改正。同時該技術方法為應急測繪的制圖需求提供參考，具有一定推廣價值。