三维立体图测绘技术及数据处理

三维立体图测绘技术及数据处理

摘要: 经典的地形测绘一般是测绘平面图，地形起伏部分采用等高线表达。随着

数字化时代的到来，我国勘测设计工作已全面进入 CAD。由于测绘技术的进步，

设计人员必然越来越多地提出了三维立体图的测绘需求。本文以建筑工程测量为例，实现数据的批量展点并生成三维建筑立体图的 AutoCAD 二次开发技术路线和实现方法。在汶川县映秀镇漩口中学 5. 12 地震文物遗址的三维立体图测绘中得

到了较好的应用。

关键词: 三维立体图测绘; AutoCAD 二次开发; 建筑结构节点建模

引言

二维地图在应用方面存在许多不足，首先是难以进行三维的量算与分析，空

间物体在二维地图上只能是其投影的反映。对三维空间的表示也不是很直观，

对工程设计与规划都会有一定困难。数字地图的发展解决了纸制地图的部分问题，而三维数字地形图的发展则在二维数字地形图的基础上进一步的完善。

1三维数字地形图的地物与地形表达

1.1地物表达

地物表达包括了两个方面，符号系统与数据描述。二维数字地图在表达方面

主要是通过物体投影到地表的轮廓线形状及位置，将其分为点、线、面状三种

类型，并用与之对应的三种符号进行表达。三维数字地形图在二维地形图的基础上，增加了对地表突出物的高度表达。与二维地形图的不同之处就在于地物特

征的水平点包括了水平方向的拐点，同时也包括了垂直方向的拐点。而在地表物

与突出物的顶部特征进行区别时，将其分为两个部分，高度点与地表点。前者

主要是指突出地表物体顶部特征点，既是反映物体高度的特征点也是反映立体形

状的特征点。后者则主要是指与地面紧贴物体的特征与地表突出物的底部特征点。点状物体通常是作为单独实体而独立存在的，可分为有高度与无高度的点

状实体，前者如电灯，路灯，后者如井盖与控制点。在符号表示方面，前者主

要由体积符号进行表示，空间位置需要由三维点来确定。相应的后者则是用点状

符号来进行表示，位置与特征点的位置相同，通常只需要一个三维点就可以确

定其位置。线状实体的特征线实际上是空间曲线，构成曲线的各特征点在高程

方面是不同的，也可以分为有高度的实体与无高度的实体。面状实体在表达方

面通常是将符号与外在轮廓线结合在一起，而轮廓特征线表示则可以用空间直

线段。体状实体主要是指突出地表同时又有立体形状的各类实体，比如建筑物。在数字地图中，其表示符号主要是立体符号，其特征线可以分为顶部特征线与

底部范围线。

1.2地形表达

在地形与地貌表达方面，三维数字地形图主要是采用三维网格线，并且用高

程注记点作为辅助，采用该方式不会影响到符号表达地物。网格大小主要由两

个方面来决定，其一是地形图分辨率，比例尺越大，对地形与地物的表达就会越

精细，网格就会越小。其二同是制图区地形情况，地形越是复杂，在表达时，

为了保证其准确性，避免信息失真，网格就会越小。结合到实际情况，对于同一

制图区内，地形可能会存在的简单与复杂情况，此时在用网格来进行表达时，

可以采用四叉树结构，简单地形用大网格进行表示，而复杂的地形则用小网格进

行表示。

2三维数据获取

大量细致的数据是三维数字地形图表达的基础。对于大量的数据获取方法主

要有以下几种：数字摄影测量。该方法适用的区域较大，通过摄影方法来建立立

体模型，数字模型的建立通过高程数字的密集量取来实现。全站仪测量。该方

法主要是对数字地形图的地物与地形图特征进行采集，是一种较为理想的手段。

主要适用于小范围，大比例并且对精度有较高要求的地形图。获取的数据精度较高，但是费时费力。 GPS RTK技术。该技术与全站测量仪都适用于大比例的地形

图的数据采集。该技术存在的不足之处在于可能会出现信息不足情况，在对地物

高度值获取时存在一定难度。最后一种方法是以地图为数据源的获取方法，采

用该方法制作的地形图精度较差。

3 三维地形与地物的绘制建议

常见的数字地形表达方式有三种：等高线模型，规则与不规则网模型。第一

种是利用等高线上的点直接生成的，无法很好的对地表地物进行表达。不规则

的格网模型主要是不规则的分布点生成三角形从而来倒逼地形真实表面，由于网

格没有规则，对表面分析的能力也相对较差。而规则格网模型在表达方面则可

以更加的真实与准确，在特殊地形的表达方面也更加具有优势。三维地形图能够

就二维地形图难以表达的特殊地形很好的表达，符号表达的不直观性与复杂性

被省略掉了，可视化的效果相应的就会更加精细与直观。三维地物绘制。二维

地图在对地物进行表达时，采用的是二维符号，在同一平面上，地物高程为零，对过高程点与等高线对高程与高度进行判断。二维地图在对空间立体形状进行表

达时有一定难度，线状地物在对其空间立体形状进行表达时，既要考虑到水平

方向的拐点也要考虑到垂直方向的拐点，拐点在表达时，采用的是特定的二维符号。

4技术实现

对建筑物进行三维测绘和建模，从测绘技术角度来看有多种手段可以实现，

激光三维扫描、全数字近景摄影测量、免棱镜激光测距全站仪测绘等。前两

者的优点是信息量大、自动化程度高、直接建立建筑物外廓模型。但缺点

也突出，仪器设备成本高、利用率相对较低; 测绘建筑物的盲区、死角较多，

更不能伸进建筑物内部和结构内部; 成图质量依赖仪器设备的功能，自定义

定制功能困难，工程应用的灵活性较差。对于大多数建筑结构的三维测绘，先建立三维测量控制网，控制点的点位和数量可以考虑满足测绘所有建筑特征点的

需要，再利用免棱镜激光测距全站仪进行非接触式数据采集，正好可以克服上

述方法的缺点，通过 AutoCAD 二次开发，使之具有更加灵活、便捷、高效和适

用的优点。

4.1 技术实现路线

对于房屋建筑物来说，其节点数量较多，由此产生的碎部点与节点之间的关

系和节点与节点之间的关系将会非常的复杂，人工作业其工作量将会非常的大，并且发生错误的概率也会大大增加。本文通过运用 C#编程实现自动读取碎部点

坐标并根据上面所推导出的节点计算模型计算出碎部点坐标所对应的节点坐标，

并根据节点之间的拓扑关系生成 AutoCAD 的脚本文件，将脚本文件在 AutoCAD 环

境下运行即可得到三维图。技术实现路线图如图 3 所示。

4.2 数据的组织与处理

在内业数据处理阶段，数据组织的好坏直接影响到数据处理的效率和最后结

果的数据质量。本文根据节点计算的需要和拓扑关系的内容在 C#实现程序运行过程中所有数据、参数都保存在文件中。不需要在软件界面上输入数据，所