三维数字地形图测绘技术研究

三维数字地形图测绘技术研究

李灿标

关键词：三维数字地形图；测绘技术；实例

1、三维数字地形图的概念

三维数字地形图指的是地物、地貌等立体形状和空间坐标用三维点表示出来，在这样的途中，地形、地貌都是它描述的对象，即线划地形图。这就意味着，三维地形图中所有的地形、地貌、地物都是三维体现的，横轴和纵轴表示的是地貌、地物的水平投影，而Z轴则表示的是三维的坐标，是立体的、空间的。

2、实例分析三维数字地形图测绘

受广州市某工业园区管理委员会委托，对其工业园建设用地进行控制性测量和数字化三维地形图测绘。该工业园区周边有数个村落，南边有一条国道通过，交通比较便利，测区村庄密集，村庄周围树木较多，通视困难；测区东北部有大片水田；测区西部为鱼塘，水深测量相当困难。经现场勘探并从多方面收集资料，测区附近有广东省国土资源厅测绘院布设3个GPS-D级点、2个GPS-E级点作为本次平面控制起算点，测区高程控制采用4个四等水准点作为本次测绘的高程起算，采用GPS高程拟合测区高程。

2.1测绘选点和埋点

本次测量的首级平面、高程控制都是采用GPS全球定位系统。根据测区的现场情况，在楼房、高坡地、公路边、岩石区等土质坚硬的地方选点，采用预制好的混凝土标石进行标示并对其编号，混凝土标石的型号为上截面15×15㎝、下截面20×20㎝、高为60×60㎝。

2.2测量观测方案

2.2.1测前准备。在观测之前，先要注意做好GPS内存数据容量检查、认真了解各GPS点所处的环境及最佳观测时间、GPS各项设置如静态或动态、高度截止角、天线类型、天线量测方式、数据采样率等是否正确等数项准备工作。

2.2.2观测方案。观测作业开始后，出发到测点前，应认真检查GPS主机、电池、电缆、测GPS天线的钢尺、记录纸、笔、脚架及对讲机等必备品；认真地架好仪器，对中、整平、接好电缆；量测天线高，这里要注意GPS天线高的量测一般都是量的斜高，不要人为地改为垂直高；开始观测时，只需按下电源开关，这时记录好测点名、开机时间、开机时天线高；观测结束时，先关电源，不要马上拆机，还要再量天线高，以判断观测过程中仪器是否动过。

2.3GPS数据传输及处理

2.3.1数据传输

由于开关电源以及一些外界干扰会造成GPS数据异常，因此在数据传输之前首先要查看GPS中每个时段里记录的数据是否大小相近，删去无效数据；随后要检查软件中的各项设置如GPS类型、天线类型、天线高的测量方式等是否一致；传输数据时，要记录好各数据文件的时段号、点名，以备基线解算后用；在做好上述工作后，查看高级设置，给定高度截止角、PDOP值等几个重要设置，即可传输数据。

2.3.2数据处理

基线向量解算时，可根据不同情况，设置好是解算部分基线还是解算全部基线，软件自动解算；基线向量解算后，可初步检查一下评判各基线的置信参数，检查同步环、异步环等闭合差，检查不同时段同一条边的较差，查出超限原因，剔除有粗差的基线；若发现有问题的基线，还可以查看各点接收到的卫星状况及其他有关部因素，以查找原因，确定此基线是否重新解算还是重测。

2.4平差计算和高程拟合

GPS定位结果要从WGS—84大地坐标系转换为1954年国家坐标系，GPS基线向量网的平差一般分为无约束平差、约束平差和联合平差三种类型。

GPS网一般要联测3~5个已知点，联合平差是解决GPS网成果转换的有效手段，也是绝大多数的地区目前唯一行之有效的方法；根据无约束平差成果分析，主要考察基线向量观测值改正数、各点坐标中误差、点位中误差、GPS基线向量边的方位和边长相对精度，若发现有明显粗差，则要在联合平差前剔除；主要考察各类观测值的改正数的分布是否有明显粗差，平差坐标、点位误差、转换参数、单位权中误差是否通过统计检验，边长相对精度是否满足设计的精度要求。

GPS高程拟合根据不同软件的要求，至GPS高程拟合根据不同软件的要求，至少要联测4个水准高程点，但其高程精度不高，一般只能达到3㎝左右。

3、数字化三维地形图的测绘

3.1图根控制测量

测区采用全站仪布设成附合导线、闭合导线、支导线、极坐标支点可以连续支两次。导线相对闭合差≤1/4000、极坐标支点不宜大于500米、三角高程测量其附合线路或闭合线路≤±40㎜，其中D为测距边边长（km），图根导线采用简易平差计算。

3.2数字化地形测绘

3.2.1设站和检查。仪器对中整平，仪器对中误差≤5㎜，量仪器高，仪器高量至毫米；输入气温、气压、棱镜常数；建立文件名；输入测站坐标、高程及仪器高；输入后视点坐标，瞄准后视目标后确定。测量1个已知坐标的点的坐标并与已知坐标对照；测量1个已知高程的点的高程并与已知高程比较；如果前两项检查都在限差范围内，便可开始测量，否则检查原因重新设站。

3.2.2立镜和观测。依比例尺地物轮廓线折点立镜，不依比例尺地物的中心位置立镜。在建筑物的外角点、地界点、地形点上竖棱镜，回报镜高；全站仪跟踪棱镜，输入点号和改变的棱镜高，在坐标测量状态下按测量键，显示测量数据后，输入测点类型代码后存储数据。继续下一个点的观测。对于那些本站需要测量而仪器无法看见的点，可用皮尺量距来确定点位；半径大于0.5m的点状地物，如不能直接测定中心位置，应测量偏心距，并在草图上注明偏心方向；丈量的距离应标注在草图上。

3.2.3绘草图和检查。现场绘制地形草图，标上立镜点的点号和丈量的距离，房屋结构、层次，道路铺材，植被，地名，管线走向、类别等。草图是内业编绘工作的依据之一，应尽量详细。测量过程中每测量30点左右及收站前，应检查后视方向，也可以在其它控制点上进行方位角或坐标、高程检查。

3.2.4数据传输与转换。连接全站仪与计算机之间的数据传输电缆；设置通讯中端的通讯参数与全站仪的通讯参数一致；全站仪中选择要传输的文件和传输格式后按发送命令；计算机接收数据后以文本文件的形式存盘。通过软件将测量数据转换为成图软件识别的格式。

3.2.5编绘并建立测区图库。成图采用南方测绘仪器有限公司软件CASS5.0成图。图幅编号采用西南角图廓坐标编码，坐标以公里为单位。建立测区图库，图幅接边，输出成图。

结束语：

随着数字地形图在工程应用中的深入，为了便于进行空间方面的量测和分析，人们对它表示地物和地貌的方法和精度提出了更高的要求。而三维数字地形图在工程上具有良好的应用基础，其可以查询任意特征点的平面坐标和高程等三维坐标信息。因此，三维数字地形图具有其独特的应用价值，随着三维数字地形图的不断开发和完善，相信在不久的将来它一定会有越来越好的应用前景。

参考文献

[1]郭岚.三维数字地形图及其应用的研究[J].测绘通报，2015.

[2]李成名.城市三维数据获取技术发展探讨[J].测绘科学，2014.