论文部分内容阅读
摘要：三维地形图测绘技术在早期二维数字地形图的基础上增强了空间性和丰富性，本文通过笔者对三维数字地形图测绘技术的应用总结，探讨了测绘关键技术及应用方法，希望为同行业发展提供借鉴。
关键词：三维数字，地形图，测绘技术，应用分析
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
一、前言
地形图是对地理地形的客观存在特征进行了概述和抽象的一种科学方法，但由于地理地形本身存在多变性、空间性和实体性，想要全面充分的通过地形图来表达实际地理状态，具有一定的技术难度。随着我国科学技术水平的不断提升，目前人们已经在不断探索具有全面性、真实性、科学性等优点的测绘方法和技术，并获得成效。三维地形图测绘技术如今已经不仅仅是一种概念性的技术内容，而是在早期二维数字地形图的基础上增强了空间性，使数字地形图丰富化、三维化，也为实际的研究和测量工作提供新的依据。
数字地形图便于使用、储存和绘制，但目前大部分数字地形图仍然是二维的，即所有的高程点和所有线上的特征点只反映其平面位置，而不反映其高程，地形图中所有的点和线都是二维的。为了克服二维数字地形图在空间表示和应用方面的不足，三维数字地形图应运而生。在三维数字地形图中，特征点和特征线都是三维的，这使得计算或查询线状地物上任意两个特征点间空间折线段的长度；查询任意特征点的平面坐标和高程即三维坐标；绘制线状地物上任意两个特征点间的纵断面图；测量或查询任意两个特征点之间的倾斜距离、水平距离、高差、坡度、水平方位角和空间方位角变成可能。这些功能的实现对于线状地物的工程规划和设计如灌渠路线的规划和设计、输电线路的规划和设计等等具有极高的利用价值。本文通过笔者对三维数字地形图测绘技术的应用总结，探讨了测绘关键技术及应用方法，希望为同行业发展提供借鉴。
二、三维数字地形图的基本概念及特征
1、三维数字地形图概念
三维数字地形图已不是一个新概念，最早的三维数字地形图是在二维数字地形图的等高线和高程点上带高程，即这类数字地形图中只有等高线和高程点是三维的；后来以此为基础，又在一些不突出地表的地物如公路、河流等的特征点上注上高程值，使它们也变成三维的，从而使数字地形图更加三维化。但这些数字地形图都不是完整的三维地形图。三维数字地形图也是线划地形图，它把地形和地物都看成三维空间对象，用三维离散点表示地物和地貌的空间位置和立体形状。也就是说，所有表示地物和地貌的特征点和特征线都是三维的，其中X和Y用来表示地物或地貌在水平面上投影的位置；Z用来表示它的高程。
2、三维数字地形图具有如下特征：
①它既能反映制图区域内地球自然表面的高低起伏，又能反映其上地物立体形状。
②它是用三维离散点表示地形或地貌以及地物空间立体形态的矢量地图，在反映地物的平面位置或大小与竖直方向的高程或高度（所谓高度就是地面上空一点沿铅垂线到地面的距离）时，都是按1：1或同一比例尺表示的。
③它在反映空间地理信息时都是比较精确、细致和详细的，用比例尺（或空间分辨率）的概念表示就是大比例尺（或高分辨率）的，如1：500（或0.05米）、1：1000（或0.1米）和1：2000（或0.2米），且通常都是小区域的。
④它只能是数字或电子形式的，不能是纸质的。
三维立体图、视觉立体图、鸟瞰图、三维实景模拟地图，三维城市景观以及目前三维空间数据显示和可视化表达的主流技术——虚拟现实或临境技术等都是类似于三维数字地形图的概念。但他们都是用栅格或影像表示地理信息的，强調三维视图，重视空间认知的功能。目前，国内外的研究人员对数字城市、数字地球和三维可视化技术有非常广泛的研究，并且进行这方面研究的人员也越来越多，但是进行三维数字地形图研究的人员却不多。随着数字地形图在工程中的应用越来越深入，为了方便人们进行空间方面的分析和测量，对它表达地貌和地物的方法及精度提出了更高要求。它独特的应用价值就是，在CAD软件平台上，可以把它应用在工程上，并且能查询任何特征点的平面坐标及高程，即三维坐标，所以三维数字地形图有独特的应用价值。
三、三维数字地形图测绘技术探讨
卫星定位技术、激光测量实时获取技术、地图特征信息提取等是三维数字地形图测绘技术的关键点，其基于电子计算机系统实现一系列的测绘与成形工作，具有快捷性、准确性、技术化和科学性。
1、卫星定位技术。全站仪集成技术和卫星定位是有效提供地形图测绘数据的重要技术手段，具有远大的发展方向。传统的地理测绘，需要大量的人力、物力和财力进行实地考察，且测量时间长、空间广、面积大、准确性低，造成测量结果误差性大，难以作为科学的研究依据，给研究结果带来不确定性。而卫星定位技术则很好的规避了非准确性的风险，由于卫星定位技术可在指令的要求下对某个被测量区域进行拍摄和测量，直接利用电子形式完成一系列工作，仅需专业人员在操作平台上实施操作，故而可大大节约人、物、财力，为国家节省资源，缩减成本，并提高产出。卫星定位不受天气、地物、地形等特殊性的影响，具有全局性和抗干扰性，定位速度快和准，精度高。
2、激光测量技术。激光测量技术与电子技术同步发展起来，并已经从静态点测发展成为动态的实时监测，分辨率高，测绘面积广，并迅速将空间测量以三维坐标数据的形式表达出来，使被测绘地的具体形态构建更加完善准确。
3、地图特征的提取。卫星定位技术和激光测量技术都仅仅为三维数字地形图的测绘提供了有利的数据，但数据是离散的，不具有观测性。而地图特征的提取则是在以上技术数据的基础上实现数字建模。
值得注意的是，卫星定位技术、激光测量技术和地图特征的提取技术是相辅相乘、缺一不可的，三种技术具有接续性，也具有共通性，有效综合应用方能完成整体被研究物的地形图测绘，并实现比例的调整与对比研究。
还有，三维数字地形图技术的关键点应用不能仅仅局限于地质科学或对地理特征的研究方面，单纯实现地理勘测与勘查的工作要求。随着我国科学技术的不断发展，包括市政建设的公路、铁路、电线铺设、水利维修、灌渠输水等具有线性特征的工作内容都具有一定的指导和数据提供意义，这些工程项目都需要有效利用卫星定位技术、激光测量技术、地图特征的提取实现对具体工程内容的水平、垂直位置、坡度、高差、角度等数学指标的测量和记录，并形成指导意见，甚至在譬如路灯照射范围、车辆行驶距离等等相关内容都可以提供确切的数据资料，大大提高了市政及其它类工程项目便捷性和效率。
四、结语
三维数字地形图技术综合了虚拟现实技术和GIS三维数据显示与管理技术，并借由这两种技术的发展不断改进和完善。尤其随着互联网技术水平的不断提升和在人们生活当中的普及应用，使三维数字地形图测绘技术获得了更广泛空间的交流与发扬，为我国的科技发展提供了线索，也为能源、环保、城市建设、地理研究、甚至是电信行业等提供了无限的商机。总之，三维数字技术在发展过程中还需要有更多的研究者深入探讨，并将其扩展到更广泛的应用领域，充分发挥其作用，该技术将具有更加远大的发展前景。当然，创新性仍是目前三维数字地形图测绘技术发展的必由之路，无论是对各类技术的提升，还是对建模方法的改进，或者对测量范围的明确等，都需要广大相关工作者转变思路，擅于钻研和思考，以不断创新的精神去将技术更加细致化和准确性，促进我国地形图测绘技术的成熟并应用于更广泛的实际工程操作中。
参考文献：
[1] 李秀玲. 浅谈大比例尺数字地形图的缩编方法[J]. 测绘地名学，2011，3（3）：75-76.
[2] 彭维吉，彭奇娟，杜勇波. 数字地形图测绘实践教学的设计与实施[J]. 黄河水利职业技术学院学报，2009，21（4）：64-66.
[3] 赖振发. 全站仪测绘三维数字地形图技术分析[J]. 现代测绘，2010，33（3）：20-22.
关键词：三维数字，地形图，测绘技术，应用分析
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
一、前言
地形图是对地理地形的客观存在特征进行了概述和抽象的一种科学方法，但由于地理地形本身存在多变性、空间性和实体性，想要全面充分的通过地形图来表达实际地理状态，具有一定的技术难度。随着我国科学技术水平的不断提升，目前人们已经在不断探索具有全面性、真实性、科学性等优点的测绘方法和技术，并获得成效。三维地形图测绘技术如今已经不仅仅是一种概念性的技术内容，而是在早期二维数字地形图的基础上增强了空间性，使数字地形图丰富化、三维化，也为实际的研究和测量工作提供新的依据。
数字地形图便于使用、储存和绘制，但目前大部分数字地形图仍然是二维的，即所有的高程点和所有线上的特征点只反映其平面位置，而不反映其高程，地形图中所有的点和线都是二维的。为了克服二维数字地形图在空间表示和应用方面的不足，三维数字地形图应运而生。在三维数字地形图中，特征点和特征线都是三维的，这使得计算或查询线状地物上任意两个特征点间空间折线段的长度；查询任意特征点的平面坐标和高程即三维坐标；绘制线状地物上任意两个特征点间的纵断面图；测量或查询任意两个特征点之间的倾斜距离、水平距离、高差、坡度、水平方位角和空间方位角变成可能。这些功能的实现对于线状地物的工程规划和设计如灌渠路线的规划和设计、输电线路的规划和设计等等具有极高的利用价值。本文通过笔者对三维数字地形图测绘技术的应用总结，探讨了测绘关键技术及应用方法，希望为同行业发展提供借鉴。
二、三维数字地形图的基本概念及特征
1、三维数字地形图概念
三维数字地形图已不是一个新概念，最早的三维数字地形图是在二维数字地形图的等高线和高程点上带高程，即这类数字地形图中只有等高线和高程点是三维的；后来以此为基础，又在一些不突出地表的地物如公路、河流等的特征点上注上高程值，使它们也变成三维的，从而使数字地形图更加三维化。但这些数字地形图都不是完整的三维地形图。三维数字地形图也是线划地形图，它把地形和地物都看成三维空间对象，用三维离散点表示地物和地貌的空间位置和立体形状。也就是说，所有表示地物和地貌的特征点和特征线都是三维的，其中X和Y用来表示地物或地貌在水平面上投影的位置；Z用来表示它的高程。
2、三维数字地形图具有如下特征：
①它既能反映制图区域内地球自然表面的高低起伏，又能反映其上地物立体形状。
②它是用三维离散点表示地形或地貌以及地物空间立体形态的矢量地图，在反映地物的平面位置或大小与竖直方向的高程或高度（所谓高度就是地面上空一点沿铅垂线到地面的距离）时，都是按1：1或同一比例尺表示的。
③它在反映空间地理信息时都是比较精确、细致和详细的，用比例尺（或空间分辨率）的概念表示就是大比例尺（或高分辨率）的，如1：500（或0.05米）、1：1000（或0.1米）和1：2000（或0.2米），且通常都是小区域的。
④它只能是数字或电子形式的，不能是纸质的。
三维立体图、视觉立体图、鸟瞰图、三维实景模拟地图，三维城市景观以及目前三维空间数据显示和可视化表达的主流技术——虚拟现实或临境技术等都是类似于三维数字地形图的概念。但他们都是用栅格或影像表示地理信息的，强調三维视图，重视空间认知的功能。目前，国内外的研究人员对数字城市、数字地球和三维可视化技术有非常广泛的研究，并且进行这方面研究的人员也越来越多，但是进行三维数字地形图研究的人员却不多。随着数字地形图在工程中的应用越来越深入，为了方便人们进行空间方面的分析和测量，对它表达地貌和地物的方法及精度提出了更高要求。它独特的应用价值就是，在CAD软件平台上，可以把它应用在工程上，并且能查询任何特征点的平面坐标及高程，即三维坐标，所以三维数字地形图有独特的应用价值。
三、三维数字地形图测绘技术探讨
卫星定位技术、激光测量实时获取技术、地图特征信息提取等是三维数字地形图测绘技术的关键点，其基于电子计算机系统实现一系列的测绘与成形工作，具有快捷性、准确性、技术化和科学性。
1、卫星定位技术。全站仪集成技术和卫星定位是有效提供地形图测绘数据的重要技术手段，具有远大的发展方向。传统的地理测绘，需要大量的人力、物力和财力进行实地考察，且测量时间长、空间广、面积大、准确性低，造成测量结果误差性大，难以作为科学的研究依据，给研究结果带来不确定性。而卫星定位技术则很好的规避了非准确性的风险，由于卫星定位技术可在指令的要求下对某个被测量区域进行拍摄和测量，直接利用电子形式完成一系列工作，仅需专业人员在操作平台上实施操作，故而可大大节约人、物、财力，为国家节省资源，缩减成本，并提高产出。卫星定位不受天气、地物、地形等特殊性的影响，具有全局性和抗干扰性，定位速度快和准，精度高。
2、激光测量技术。激光测量技术与电子技术同步发展起来，并已经从静态点测发展成为动态的实时监测，分辨率高，测绘面积广，并迅速将空间测量以三维坐标数据的形式表达出来，使被测绘地的具体形态构建更加完善准确。
3、地图特征的提取。卫星定位技术和激光测量技术都仅仅为三维数字地形图的测绘提供了有利的数据，但数据是离散的，不具有观测性。而地图特征的提取则是在以上技术数据的基础上实现数字建模。
值得注意的是，卫星定位技术、激光测量技术和地图特征的提取技术是相辅相乘、缺一不可的，三种技术具有接续性，也具有共通性，有效综合应用方能完成整体被研究物的地形图测绘，并实现比例的调整与对比研究。
还有，三维数字地形图技术的关键点应用不能仅仅局限于地质科学或对地理特征的研究方面，单纯实现地理勘测与勘查的工作要求。随着我国科学技术的不断发展，包括市政建设的公路、铁路、电线铺设、水利维修、灌渠输水等具有线性特征的工作内容都具有一定的指导和数据提供意义，这些工程项目都需要有效利用卫星定位技术、激光测量技术、地图特征的提取实现对具体工程内容的水平、垂直位置、坡度、高差、角度等数学指标的测量和记录，并形成指导意见，甚至在譬如路灯照射范围、车辆行驶距离等等相关内容都可以提供确切的数据资料，大大提高了市政及其它类工程项目便捷性和效率。
四、结语
三维数字地形图技术综合了虚拟现实技术和GIS三维数据显示与管理技术，并借由这两种技术的发展不断改进和完善。尤其随着互联网技术水平的不断提升和在人们生活当中的普及应用，使三维数字地形图测绘技术获得了更广泛空间的交流与发扬，为我国的科技发展提供了线索，也为能源、环保、城市建设、地理研究、甚至是电信行业等提供了无限的商机。总之，三维数字技术在发展过程中还需要有更多的研究者深入探讨，并将其扩展到更广泛的应用领域，充分发挥其作用，该技术将具有更加远大的发展前景。当然，创新性仍是目前三维数字地形图测绘技术发展的必由之路，无论是对各类技术的提升，还是对建模方法的改进，或者对测量范围的明确等，都需要广大相关工作者转变思路，擅于钻研和思考，以不断创新的精神去将技术更加细致化和准确性，促进我国地形图测绘技术的成熟并应用于更广泛的实际工程操作中。
参考文献：
[1] 李秀玲. 浅谈大比例尺数字地形图的缩编方法[J]. 测绘地名学，2011，3（3）：75-76.
[2] 彭维吉，彭奇娟，杜勇波. 数字地形图测绘实践教学的设计与实施[J]. 黄河水利职业技术学院学报，2009，21（4）：64-66.
[3] 赖振发. 全站仪测绘三维数字地形图技术分析[J]. 现代测绘，2010，33（3）：20-22.