三维数字地形图的测绘技术研究

三维数字地形图的测绘技术研究

发表时间：2016-11-08T16:29:05.687Z 来源：《基层建设》2015年11期作者：万映劲[导读] 摘要：本文从多个方面探索了三维数字地形图的技术应用思路，着重分析了三维数字地形图的测绘思路，测绘地形图从二维逐步发展为三维的巨大变化，表达了对于地理信息技术而言，从立体的多维技术和空间关系的巨大技术进步。

无锡市惠山测绘有限公司 214000摘要：本文从多个方面探索了三维数字地形图的技术应用思路，着重分析了三维数字地形图的测绘思路，测绘地形图从二维逐步发展为三维的巨大变化，表达了对于地理信息技术而言，从立体的多维技术和空间关系的巨大技术进步。三维数字地形图技术也给城市建设和发展起到了巨大的推进作用。

关键词：GIS；三维；地形图；测绘；技术随着我们国家的科技进步和经济发展，土地的利用正在逐步从粗放型宽泛利用过渡到寸土寸金的精细利用。针对土地利用的高效化和数据化，对于地形的测量和数据的收集就成为十分重要的一环。传统构架下的地形测绘主要是利用二维测绘的方式进行绘制，但是这种二维测绘的地图上所有的线特征点和对应的高程点都只能在其二维平面上进行设置对应，对其高程却没有相应的对照。为了克服这种二维地形测绘图上的不足之处，三维数字地形图应运而生。

1 三维数字地形图的概要介绍

三维数字地形图其主要表达的空间范围一般是小而精细的，它所具有的特点有如下组成：直观、完整、准确、形象。相对于传统的二维数据图，三维数字地形图能够对于地面上那些十分细小的起伏进行更准确的表现，对于空间自身的立体形状结构构架表现掌握的更加准确。下图就是普通的二维地形图和三维数字地形图的对比。

图1 二维地形图（左）和三维数字地形图（右）的对比 2 三维空间测绘数据的获取技术

相对于二维地形图粗放式的数据获取和输出，三维地形图进行数据输出精细化的前提就是要对于地理信息的数据进行精细化和完整化的处理。到目前为止，我们主要使用的数据三维信息化获取途径有以下的几种：首先是数字化的测量结束。我们可以通过摄影的手段进行对于地理信息的高精细度和完整度的数据获取，这需要大量而又细致的数据采集方法进行数据库填充。这种方法相对来说适合面积比较大的三维数字地图构建。

第二是GPS-RTK技术。相对于第一种方式，GPS-RTK技术更加适用于因为城市内部的卫星信号接收等级不够，或者是高程异常情况构建下的特殊测量方式。这种测量手段相对来说更加适合在城市内部进行测量。同时这种测量的弱点是对地物高度值的h测量方式有些不足。

第三是全站仪测量的方法。我们可以通过这种测量方式进行三维框架下的空间数据获取，并且在这种方面的构建下对于Z坐标值的获取精度应该说是最为明显的。这种测量手段的适用范围主要体现在对于三维数字地物的特征点、特征线和地形图进行标示，同时对于大比例尺的小范围数据有着很强的测量能力。但是因为其精确性较高，所以其花费的时间也相对来说比较多。

第四是基于地图原有数据的三维数据获取思路。这种方法最为快捷，效率也较高。但是因为对其高度很难进行把握，同时由于受到二维数据的限制，对于很多细节问题无法进行准确详实的描述，所以这种方式绘制出来的地图，在四种地图当中是最为不准确的。

3 三维地形测绘数据的获取思路

常见的数字地形表达思路有以下的几个方面：等高线模型构建、TIN模型构建和Gird模型构建。等高线模型自身可以通过对于等高线上的点进行三维地形生成。但是因为地图是机械对比不同高度的数据，因此不同高度之间的地形过度会因为缺乏过渡以及高度的跳跃性直接变成台阶形态。同时，等高线也没有办法对于特殊地貌进行描述，比如沟壑以及陡坎等等。TIN模型也叫做不规则格网模型，其另一个名称就是不规则三角网，其主要的构成方式是通过不规则分布的数据采集点生成相互关联不间断的三角形来对整体表面进行逼真地展示，这种方式的弱点是其没有格网结构规则，并且里面的表面分析能力相对来说也是一个弱点。Gird也被称为规则格网模型，它的特点是可以进行等艰巨的分布，因此对地形的直观表达程度就显得更加细腻逼真。（见图2），同时对于十分特殊的地形比如陡坎或者是干沟等等地方有着更为巨大的优势。（见图3）相对来说，二维的数字地形图的平面符号很难对这些特殊空间结构或者是形状进行表现，但是如果我们基于三维规则格网的框架就可以对这些特殊地形进行充分的表现和展示，这不仅让图形符号的特殊性和复杂性得到了体现，还是得可视化的效果更为准确详实。

图2 Grid模型展示

图3 二维陡坎（上）和Grid陡坎（下）的对比

对于地形的精细程度构建来说，三维的数字地形图其主要取决于对于当前高程采样的自身细致程度构建。整个地图的比例尺可以来决定三维的网格分辨率体现，同时地形的复杂程度也在很大程度上能够干预到地图自身的精细程度。我们可以充分考虑实际的需求，在对不同的地形框架下采用不同的分辨率构建，对于山区等等复杂地形采用较为密集的网格，对于地形简单的平原环境构建下采用大面积的网格。这样首先可以保证地形表达的数据冗余更小，同时还可以使得地形的起伏表现的更为真实。

4 三维地物的绘制思路构建

所有的第五都可以通过二维符号来进行针对传统二维数字地图的展现。在当前高程为零的相同平面构建下，我们可以显示所有的地物环境构架。我们同时也可以利用高程点以及等高线的构件来有针对性的判断地物自身的高度信息以及等高程信息。相对于上面的三维的数字地形图采用的复杂手段，这种表现方式更显得概括和抽象。

图4 三维公路可视化效果和矿井巷道可视化效果的展示

对于二维数字地形图来说，更加难以准确表达和精细化的构图就是在现状地物自身的空间立体形状构建下进行展现。我们不仅要在垂直的方向上对于其各个拐点进行展示，还要在水平的方向上进行表现，也就是说坡度或者高程上进行明显的变化要进行表现。在这方面，三维数字地形图相比较于二维数字地形图的表达思路就显得更加清晰流畅。见下两图的对比。

结论

三维数字地形图相对于二维的数字地形图来说，突破了空间到平面文字线条的桎梏，拓展成累了三维的地理空间信息，不再拘泥于传统的点线面和空间坐标之间的关系，而是从空间的角度去表达以及分析理解更为直观的结构形态，具有形象具体以及全面精细的特点，在当前的工程设计以及城市的规划当中有着十分广阔的实践远景，对于GIS自身发展也有着重要的促进作用。

参考文献：

[1] 窦兴伟，朱丽芳.临港工业园建设用地控制测量及数字化地形测量技术研究[J].科技创新导报.2011（18）

[2] 王继周，李成名，林宗坚.城市三维数据获取技术发展探讨[J].测绘科学.2004（04）