数字化成图等高线自动生成

数字化成图等高线自动生成

在地形图上表示地貌的方法有很多种，在测量工作中通常采用等高线法。所谓等高线是指地面上高程相同的相邻点所集合而成的闭合曲线。用等高线表示地貌，不仅能明显表示出地面的起伏状态，而且能表示出地面的坡度和地面点的高程，便于在图上进行工程的规划设计。

本文就如何生成准确合理的等高线作简单的探讨。外业的数据采集采用全站仪，内业等高线的生成利用广州南方测绘仪器公司开发的地形地籍成图软件（CASS）。

1.外业数据采集

测等高线时，除了测量特性线点外，还应尽量多测一些加密的点，特征点也要尽量测到,满足计算机建模，才能更加详尽地反映出实地地貌。尤其在测量一些微型地貌，细小的变化计算机的模拟是难以比较真实的反映出这些实际地形的，最好手工来完成。为了让成图软件生成准确合理的等高线，在外业用全站仪采集数据时，除了在地貌变向点和坡度变换点都要立镜外，对于陡坎，只要不是接近90度的，最好坎上坎下同时测点,陡坎边必须测出并连线，同时记录陡坎的走向和坎向，这样生成的等高线才没有问题。另外,在沟底、山脊测了一排特征点后,还应该在沟底、山脊两侧各测一排点,这样生成的等高线才真实。

在测量居民区时，有时难免要在房顶上立镜，此类不能代表当地高程的碎部点，应使其高程为零，即让内业建地面高程模型（DTM）时不予考虑该点。

外业立镜人的测量经验和碎部点的合理性直接影响内业等高线的生成质量，所以立镜人一般由搞测量多年的老工程师担当。同一类地物(貌) 应先测,以避免内业造成一些不必要的麻烦,当然,根据实地的实际情况,可作灵活的运用。

要做好外业数据的备份工作,最好把当天所测的数据传输到计算机中备份,然后删去全站仪中的数据,以免内存不足丢失数据;

2．等高线的生成

当外业工作结束后，回到室内启动CASS成图软件，设置好通讯参数，利用CASS软件的数据传输功能把全站仪上的坐标数据传出来保存为*.DAT格式的文件，然后就可以利用此文件开始内业成图了，在这里仅讨论内业成图中等高线的生成。

地形图中地貌的起伏是用等高线表示的，CASS 系统的等高线由计算机自动绘制，而且能充分考虑到等高线通过地性线和断裂线的处理，遇到封闭地物或陡坎时能自动断开、错位。等高线的绘制通常是在平面图的基础上进行的，步骤如下：

2．1建立数字地面模型（构建DTM）：

并非所有点的高程都用来生成等高线，有必要保留用于生成等高线的高程点。在内业处理时，必须将一些不合理或错误的高程去掉。例如：举起棱镜、倒立棱镜时未量镜高，野外作草图时要注明。内业展点前，必须在坐标数据文件中将这些点的高程修改为零，然后再展点。展绘高程点时，不用“绘图处理”菜单的“展高程点”功能，因这样会使所有的碎部点高程都展在图面上，而我们需要保留的高程点毕竟是少数。应该用CASS工具栏中的“交互展点”功能来展绘高程点，此时应打开“最近点”捕捉方式，光标指向所选点附近时，状态栏上立即显示该点的三维坐标，十分方便。

DTM 是绘制等高线的基础，因此建立DTM是绘制等高线的主要步骤。CASS系统采用不规则三角形格网（简称TIN）数据结构来建立数字地面模型（DTM），在TIN建立过程中CASS系统较好地处理了以下几个问题：地性线的处理：地性线包括山脊线、山谷线等，在构建TIN 时，软件提示选择地性线，可用鼠标逐个点取地性线上的点，若地性线较多，可专门建一图层放置，在输入图层名将地性线信息输入计算机，这样就保证了DTM与实际地形相符；断裂线的处理：地面坡度变化陡峭的特殊地形边线称为断裂线，最常见的断裂线--陡坎，构建TIN 时，程序会提示是否考虑坎高，一般情况下，均应考虑坎高，那么这就要

求，在野外采集数据时，不但要记清楚地性线上的点，还要丈量坎顶各测点处的坎高，即每测一个坎顶点就要量一次坎高。

2．2修改数字地面模型（修改DTM）：

用野外采集的数据通入计算机,用计算机完成地物的编辑,再由计算机自动生成等高线。由于等高线的生成并不容易,至少现在成图软件中等高线的生成还不完善。在自动生成的过程中,首先必须对野外采集的数据进行加密和处理,数据应尽量加密,数据的分布尽量均匀,才能保证建立起良好的网型,最后追踪生成等高线。自动化生成的等高线大多需要修改,使等高线尽量与实际地貌相符。否则生成的等高线较实际地貌变形大,再来修改等高线就需要更多的时间,所以数据处理尤为重要。即使有良好的网型自动生成等高线,往往等高线的形状都不尽人意,应进行认真修改使其与原地貌一致。

三角网TIN构建完成后，可在屏幕上显示出来，对局部与实际地貌不太一致的地模，可进行修改；包括：删除三角形、增加三角形、过滤三角形、三角形内插点以及重组三角形，修改后的一定要地模存盘，否则修改无效。

用数模生成等高线时, 局部等高线与实地不符,等高线生成不合理可能由下面几种情况造成:

①绘制等高线的区域内有参加建模的其他地物点, 该地物点的高程与地形不符. 可通过

点修改使该地物点不参加建模;

②高程点分布不合理. 在需要打点的地方重新施测高程点;

③可以通过删除部分三角形或增加部分三角形使等高线更趋合理;

④可以通过牵拉等高线使等高线更圆滑、更符合实际地形.

2．3绘制等高线：

在上两步的基础上便可会制等高线了。等高线绘出后，再对等高线加以修改、整饰后，与平面图进行叠加，一幅完整的数字地形图也就完成了。

等高线的绘制中,主要考虑以下要求: (1) 曲线必须通过已知的等值点(节点) ; (2) 曲线在节点处光滑,即其一、二阶导数连续; (3) 相邻两节点间的曲线没有多余的摆动; (4) 同一高程等高线不能相交。一般的曲线光滑方法,都能满足(1) 、(2) ,对于(3) 、(4) 则不能完全满足。尤其当节点分布不均匀或较稀疏时,问题尤为突出。在三角网较密、离散点分布较均匀时,五点光滑法能满足后两个条件。

等高线自动生成适应在山区地貌不是十分复杂，地物不多的情况下比较实用，但是生成等高线后图形文件变的比较大，为后期处理带来许多不便，在微机配置不高的情况下一般不要用。此时可采用手工绘制等高线。

为了提高外业效率，达到即不丈量坎的比高，又能利用CASS 系统绘制出数字地形图的目的。方法是：对所有的坎、沟都不量比高，外业观测时，即观测坎（沟）顶特征点，同时又测量适当数量的坎底高程点。内业绘制等高线时，首先建立只考虑地性线不考虑坎高的数字地面模型（DTM），然后利用修改数字地面模型的“过滤三角形“之功能，输入过滤条件：①三角形的最小角度（10°）；②三角形中最大边长与最小边长之比(5 倍)。经两次过滤三角网中，跨坎、沟的三角形（不符合过滤条件的三角形）基本全部被删除，最终就得到了较为符合实际地形的DTM，在此基础上绘制的等高线，就比较客观地反应出实际地形起伏。