三维数字地形图测绘技术探索

刘德来+罗建忠+刘金柱

摘 要：三维数字地形图，丰富了传统形式上二维数字地形图信息，将其延伸为三维地理空间数据信息。该文从三维数字地形图的测绘、绘图以及应用3个层次入手，将分析的重点放在利用三维数字地形图，对地形较为特殊或者线状地物等处的测绘方法上，并研究了在建立地形模型以及地物模型方面的集成匹配技术，以三维空间的视角，观察其与客观事物之间存在着的空间结构关系。

关键词：三维数字地形图 三维规则网格 地形模型 地物模型

中图分类号：P217 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（b）-0052-02

三维数字地形图将小区域内的地理信息，借助大比例尺，直观、形象并且较为完整地展现出来，在展示地形时，能较为清楚真实地表现出客观世界，地表的高低起伏，在利用三维数字地形图，对地物进行表达时，能够直观清楚地表现出地物的真实形状以及空间立体结构。三维数字地形图要求更专业的测绘技术，以获取比二维数字地形图更详细的数据资料，需要对其技术展开细致研究。

1 三维数字地形图获取空间数据的相关技术

大量精细完整的数据，是明确全面的三维数字地形图的基础支持，现阶段对于大比例尺三维数字地形图，获取空间数据的相关技术，主要为有以下几个方面。

（1）数字摄影测量技术。通过利用摄影测量这一形式，完成地形立体空间模型的建立，并借助对高程数据的大量量取，完成对三维数字模型的构建，在区域范围较大的三维数字地形图进行绘制时，常使用这一技术方法。

（2）全站仪测量技术。全站仪测量技术能够对三维空间数据进行获取，并且对于Z坐标值，全站仪能够取得精度更高的坐标数据，获取三维数字地形图所取的地形及地物的点、线特征最有效的手段，就是全站仪测量技术，除此之外，全站仪还能保证地物高度测量的精确度，使用范围多为对区域范围相对较小，大比例尺以及对于精度有严格要求的三维数字地形图中，值得一提的是，全站仪测量技术与其他技术相比，较为费时费力。

（3）GPS RTK技术。同全站仪测量技术相同的是，GPS RTK都适用于大比例尺三维数字地形图的数据获取，但GPS RTK存在一定的缺陷，常因城市地段卫星信号接收效果差，导致高程异常，在对地形地物的高度值h进行获取时，造成了一定困扰。

（4）将地图数据作为三维空间数据来源。虽然地图表示了一定的地物高度信息，但无法保证其高度的精确性，导致三维数字地形图绘制的整体精度较为欠缺。

地物立体形状的数据基础之一，就是对多种点、线、面状地物的高度值数据获取。现阶段多种形式的数据采集方法，对地物高度值的采取都存在或多或少的缺陷，已经成为三维空间数据采集阶段的难点。

2 三维地形及地物测绘内容

2.1 绘制三维地形

通常情况下，等高线、不规则格网（TN）以及规则格网模型（Gird）是表达数字地形较为常见的3种方式。等高线模型在借助等高线上多个点的基础上，能够直接生成三维地形，其台阶痕迹较为明显，无法有效地对陡坎、沟壑等特殊地貌进行表达；不规则格网模型（TN）及不规则三角网，借助采样点的不规则布置特点，通过形成连续的三角形，生成相对真实的地形表面特征，这一方式格网结构较为凌乱，对地形表面的分析效果较差；规则格网模型（Gird）其分布等间距，能够更为直观、精准、完整地表达出地形特征，在对陡坎、沟壑等特殊地形的表达方面，这一方式更具备优势。二位数字地形图通常利用二维符号进行对特殊地形的空间结构特征的表达，其表现效果较差，而三维规则格网地形模型对特殊地形结构的表现相比二维数字地形图有了质的飞跃，通过对更为直观精准的可视化效果的加强，避免了符号表示方式中的复杂性以及不明确性。

三维数字地形图对于地形表达的精细与否，多与采样高程点设置的精细程度有关，三维格网在分辨率方面既受到地图比例尺的影响，同时也与地形复杂程度有直接关系。在進行地形表达时，可综合利用多分辨率的格网模型，平原地区地形简单可使用大格网，山区地形复杂，格网则需要细小一点，保证获取更小冗余的数据，提升地形起伏的表现真实性。

2.2 绘制三维地物

传统形式上的二维数字地形图在进行地物绘制时，多利用二维符号进行表达，在高层为零的平面上表现所有地物特征，根据等高线以及高程点，具体分析地物的高程以及高度等特征。

在表达线状地物立体空间模型方面，二维数字地形图更难以表达。对线状地物立体空间的表达，除了需要对其水平方向的拐点进行综合表现，还需要设计垂直方向多个拐点，即高程或者是坡度方面变化较为明显地点的详细表达。二维数字地形图，则借助二维符号进行表达的方式，无法直观显示地物在垂直方向上的真正形状以及位置特点，三维数字地形图则可以表现地物的真实效果。

3 三维地形地物模型的空间匹配集成技术

三维数字地形图还涵盖了地形模型、地表及地下等多种地物模型。在构建地形模型以及地物模型时，需要强调其内在联系，将三维地形以及地物数据，与地形地物模型进行有效融合，以完成空间位置的真实表达，其主要实现方法包括以下几点。

（1）在进行地形地物特征点测量时，需要对其高程值进行测量，确保地物特征点可以看作高程点进行利用，在对统一建筑物的多个地物特征点进行测量时，其高程点值整体相同，外业采集时高程值略有差异的，取平均值。

（2）对地物特征点进行采集时，既要对其水平方向拐点进行采集，同时还要采集其垂直方向的拐点。

（3）在进行三维格网地形模型生成时，高程点设为所有的地物特征点。

利用上述匹配集成技术对某一区域进行外业测量时，以1∶500为比例尺获取三维空间数据，其三维数字地形图及三维量算空间分析等如图1所示。

4 结语

三维空间地形图与传统形式二维空间地形图相比，突破了空间限制，丰富了二维数字地形图的内容。三维地理空间信息能够从三维空间视角，分析真实客观事件与三维数字地形图之间所存在的空间结构关系，按照大比例尺对小区域范围内的地形地物进行直观完整的展现，具备了广阔的市场应用前景，同时也能够推动三维GIS的积极发展。

参考文献

[1] 杨永崇，胡楠，郭岚.三维数字地形图测绘技术研究[J].测绘通报，2011（1）：75-77.

[2] 周锡圳，许嘉昌.三维数字地形图测绘技术探析[J].中华建设，2017（1）：154-155.

[3] 范玖国.三维数字地形图测绘技术的研究[D].西安科技大学，2009.

[4] 胡楠.三维数字地形图测绘技术研究[D].西安科技大学，2010.

[5] 黄群，王国顺.三维数字地形图测绘技术研究[J].科技创新与应用，2016（3）：296.

[6] 汤廖文.三维数字地形图的测绘技术研究[J].中国新技术新产品，2012（5）：34-35.