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摘要：传统的地形图是以二维形式体现，对于高程信息反应不直观。本文提出了利用绘图软件实现地形图的三维化，主要对地形图中断裂线的三维化。并对其在公路设计项目中的应用进行了分析。
关键词：三维化、断裂线、数字地面模型
中图分类号：S611文献标识码： A
1、概述
地形三维化是一门研究数字地形模型(digital terrain model，DTM)或数字高程模型(digital elevation model，DEM)的显示、简化、仿真等内容的学科，它属于计算机图形学的一个分支。它的应用涉及地理信息系统、虚拟现实(VR)、战场环境仿真、娱乐与游戏、地形的穿越飞行、土地管理与利用、气象数据的可视化等领域[1]
传统的地形图都是以二维的形式体现。以往绘图工作基本上是应用AutoCAD软件或是在其基础上进行二次开发的软件（如南方CASS）进行的。图面能够全面的对地形平面信息进行反映，但是对高程信息的表示不够全面。除等高线是具有高程信息的特征线外，也没有专门绘制山脊、山谷等特征线，坡线和坎线不含高程信息，因此对这种断裂线的表示并不直观。在公路设计过程中，地形图是公路路线走廊带地理信息的载体，作为公路选线和平、纵、横设计的基础资料之一。地形图是否能够准确形象的将这些信息反映给设计者，决定了其质量的好坏。
本文中提出利用在AutoCAD软件基础上进行二次开发的软件系统实现绘图的三维化，将地形中的断裂线（沟、坎、坡）赋予不同的高程信息，使其信息量更加丰富。在实际的项目中有较好的应用，特别是对于激光雷达测图项目有较好的效果，利用实测的三维化数据对已获取的激光点数据进行完善改正，从而得到更接近真实地貌的地形图。
2、地形图三维化处理
传统的地形图由于表示方法的局限性，只能通过高程点反映高程信息，这就很难将断裂线的信息详细的表示。看图人员只能通过高程点大概得到沟的深度，坡的高度等断裂线信息。绘图过程中为图面的美观，图面的高程点不可能很密，因此为了获取地貌的详细信息，在公路设计过程中需要进行横纵断面的测量工作，不仅浪费人力物力，而且测量过程中存在误差较大，出现粗差的机会较多。是基于AutoCAD软件基础上进行二次开发的软件系统，其可以将原始的测图数据制成三维化的地形图。其主要是将地形中的断裂线（沟、坎、坡）赋予不同的高程信息，完善了传统地形图的不足。三维化后的地形图承载了更多的信息量，将断裂线的信息较完整地反映出来。使得横纵断面的获取，完全可以在图形上解决。本文将以下从几个步骤介绍三维化的过程：
2.1三维数据的获取
要构建三维数据模型，必须有可供三维化的数据源。在外业的数据采集过程，要针对断裂线的不同信息分别采集，并且进行数据编码，例如：沟边数据编码为S*N*（*为数字，分别表示第几条沟的第几个点）。在后期数据处理过程中，程序可将编码的数据进行识别，自动连接成断裂线，断裂线节点处的三维信息为测点数据的信息，节点之间的断裂线信息则由其对应两边的节点的三维坐标内插得到。加上所采集的离散高程点数据，就可以进行三维建模了。
2.2生成高精度数字地面模型
实现地形图的三维化是要以数字地面模型(DTM)为基础,DTM是用数字阵列来离散表达地形表面,能够真实反映描述地区的地形条件。[3]在本程序中实现等高线地形图三维化，是利用Delaunay三角网将离散高程点数据和断裂线数据进行三维建模，由于TIN模型具有精度高、速度快、效率高、容易处理断裂线和地物等特点，故在实际应用中多采用TIN模型[2]。
TIN模型按优化组合原则把离散数据点和由断裂线生成的密集的点数据作为三角形顶点，将这些点数据按照算法一一连接成三角面，在空间中形成互不相交与包含的三角网系。每个三角形都表示地表形态的趋势面，也就是用大量表征局部地表形态的趋势面组合成地面形态模型。
2.3地形的三维化
对于已生成的地面形态模型，程序将进一步对其细化平滑和去噪的处理后，生成最终的精细化三维化地面模型。三维可视化是结合Surfer软件完成的，如下图1。
图1
建立了三维模型，就可以在此基础上就可以直观的进行道路线位的设计和横纵断面的获取。
3、应用实例分析
在高速路设计项目广佛肇高速肇庆大旺至封开江口A2段(下文稱广佛肇高速)中应用了此技术。广佛肇高速全长71km，项目利用了机载激光雷达技术，为了提高成图精度，在该项目的定测阶段进行了断裂线的采集和离散高程点的取点工作，并对激光点进行了后期的改正。中的地形图三维化功能在测量工作的前后发挥着重要的作用。其操作流程如下图2：
图2
3.1对数据的与分析
测量前用的地形图三维化对处理过但没有经过外业实测点改正的的激光点进行三维化处理，对三维可视化的数据进行分析。分析原始的激光点云分布情况和激光点的改正情况，为下一步的测量工作做好准备。如下图3中，红色圆圈标出的部分点云分布较稀疏，不能够真实反映地表信息，就需要在外业的测量中对其区域进行补充测量。如图4中，由于没有获取到真实地面的点数据，图面上没有将鱼塘和水沟真实的形状反映出来，需要结合外业的实测数据进行完善。
图3 图4
3.2 成果三维化
对处理好的激光点数据和实测的断裂线数据生成三维化的数字模型，模型中可以清楚地将实际地形中的道路、沟渠、坡等断裂线反映出来，如下图5中，改正后的地形图中，可以真实的将平整的道路和土坡体现出来。如下图6中，原有的激光点数据中并不能分辨出山谷中的沟渠，利用三维的断裂线改正后的数据就更加真实。
图5 图6
4、结论
三维电子地图的表现是实现交互式操作的前提。[4]中的地形图三维化系统是针对而设计的。它弥补了传统地形图对地形地貌反映不够直观，对道路、沟渠、坡等断裂线数据的高程信息反映不够准确的缺点。便于设计人员在上面进行线路的设计选线，并且可以利用三维化的数模获取纵横断面数据，其中道路宽度，沟渠的宽度和深度等都可反映出来，是线路测量领域一大技术提升，大大提高了后期设计工作的效率。
参考文献：
[1]徐青. 地形三维可视化技术 [M]. 北京: 测绘出版社,2000.
[2]姚建新,冯秀兰.等高线的三维地形建模与实现 [J].北京:林业资源管理,1998.
[3]候波.卫星遥感影像三维可视化处理[J].中国体视学与图像分析.2001.
[4]Kraak Menno Jan.Geo visualization the role of 3D computer graphics and software engineering[J].GeoInformatics,2002(12):8.20.
关键词：三维化、断裂线、数字地面模型
中图分类号：S611文献标识码： A
1、概述
地形三维化是一门研究数字地形模型(digital terrain model，DTM)或数字高程模型(digital elevation model，DEM)的显示、简化、仿真等内容的学科，它属于计算机图形学的一个分支。它的应用涉及地理信息系统、虚拟现实(VR)、战场环境仿真、娱乐与游戏、地形的穿越飞行、土地管理与利用、气象数据的可视化等领域[1]
传统的地形图都是以二维的形式体现。以往绘图工作基本上是应用AutoCAD软件或是在其基础上进行二次开发的软件（如南方CASS）进行的。图面能够全面的对地形平面信息进行反映，但是对高程信息的表示不够全面。除等高线是具有高程信息的特征线外，也没有专门绘制山脊、山谷等特征线，坡线和坎线不含高程信息，因此对这种断裂线的表示并不直观。在公路设计过程中，地形图是公路路线走廊带地理信息的载体，作为公路选线和平、纵、横设计的基础资料之一。地形图是否能够准确形象的将这些信息反映给设计者，决定了其质量的好坏。
本文中提出利用在AutoCAD软件基础上进行二次开发的软件系统
2、地形图三维化处理
传统的地形图由于表示方法的局限性，只能通过高程点反映高程信息，这就很难将断裂线的信息详细的表示。看图人员只能通过高程点大概得到沟的深度，坡的高度等断裂线信息。绘图过程中为图面的美观，图面的高程点不可能很密，因此为了获取地貌的详细信息，在公路设计过程中需要进行横纵断面的测量工作，不仅浪费人力物力，而且测量过程中存在误差较大，出现粗差的机会较多。
2.1三维数据的获取
要构建三维数据模型，必须有可供三维化的数据源。在外业的数据采集过程，要针对断裂线的不同信息分别采集，并且进行数据编码，例如：沟边数据编码为S*N*（*为数字，分别表示第几条沟的第几个点）。在后期数据处理过程中，程序可将编码的数据进行识别，自动连接成断裂线，断裂线节点处的三维信息为测点数据的信息，节点之间的断裂线信息则由其对应两边的节点的三维坐标内插得到。加上所采集的离散高程点数据，就可以进行三维建模了。
2.2生成高精度数字地面模型
实现地形图的三维化是要以数字地面模型(DTM)为基础,DTM是用数字阵列来离散表达地形表面,能够真实反映描述地区的地形条件。[3]在本程序中实现等高线地形图三维化，是利用Delaunay三角网将离散高程点数据和断裂线数据进行三维建模，由于TIN模型具有精度高、速度快、效率高、容易处理断裂线和地物等特点，故在实际应用中多采用TIN模型[2]。
TIN模型按优化组合原则把离散数据点和由断裂线生成的密集的点数据作为三角形顶点，将这些点数据按照算法一一连接成三角面，在空间中形成互不相交与包含的三角网系。每个三角形都表示地表形态的趋势面，也就是用大量表征局部地表形态的趋势面组合成地面形态模型。
2.3地形的三维化
对于已生成的地面形态模型，程序将进一步对其细化平滑和去噪的处理后，生成最终的精细化三维化地面模型。三维可视化是结合Surfer软件完成的，如下图1。
图1
建立了三维模型，就可以在此基础上就可以直观的进行道路线位的设计和横纵断面的获取。
3、应用实例分析
在高速路设计项目广佛肇高速肇庆大旺至封开江口A2段(下文稱广佛肇高速)中应用了此技术。广佛肇高速全长71km，项目利用了机载激光雷达技术，为了提高成图精度，在该项目的定测阶段进行了断裂线的采集和离散高程点的取点工作，并对激光点进行了后期的改正。
图2
3.1对数据的与分析
测量前用
图3 图4
3.2 成果三维化
对处理好的激光点数据和实测的断裂线数据生成三维化的数字模型，模型中可以清楚地将实际地形中的道路、沟渠、坡等断裂线反映出来，如下图5中，改正后的地形图中，可以真实的将平整的道路和土坡体现出来。如下图6中，原有的激光点数据中并不能分辨出山谷中的沟渠，利用三维的断裂线改正后的数据就更加真实。
图5 图6
4、结论
三维电子地图的表现是实现交互式操作的前提。[4]
参考文献：
[1]徐青. 地形三维可视化技术 [M]. 北京: 测绘出版社,2000.
[2]姚建新,冯秀兰.等高线的三维地形建模与实现 [J].北京:林业资源管理,1998.
[3]候波.卫星遥感影像三维可视化处理[J].中国体视学与图像分析.2001.
[4]Kraak Menno Jan.Geo visualization the role of 3D computer graphics and software engineering[J].GeoInformatics,2002(12):8.20.