数字化内业制图中等高线若干问题的处理

冯国强，杨庆洪，刘子侠，张福和

（1.吉林大学应用技术学院，吉林长春130022；2.辽宁省第11地质大队，辽宁葫芦岛125000）

数字化内业制图中等高线若干问题的处理

冯国强1，杨庆洪1，刘子侠1，张福和2

（1.吉林大学应用技术学院，吉林长春130022；2.辽宁省第11地质大队，辽宁葫芦岛125000）

数字化地形图内业等高线的生成过程中，成图软件的不完善和外业高程数据采集的非无限多，将会使生成的等高线变形失真，从而降低图面和测量精度.这种情况并不全是由于外业测量造成的，可由内业完善处理.就等高线的生成修改问题进行了的探讨.

数字化地形图；自然地貌点；等值高程点；预生成；地性线

Abstract：During the generation of contours in digital mapping,the imperfect software and limited elevation data will make the contours distorted,thus reduce the precision of mapping.This problem is not caused totally by the field surveying.It can be treated and perfected in office mapping.This paper proposes some methods to solve the problems about the generation and modification of contours.

Key words：digital topographic map;natural geomorphic point;equivalent elevation point;Pre-generation;terrain feature line

数字化测图已经成为测绘行业内一种常见的普通工作模式，即用全站仪或动态GPS外业采集数据和计算机内业成图来完成.目前，测量内业成图软件有上百种，这些软件基本上可以分成3类，其一是在AutoCAD平台上二次开发而来［1］，其二是在Ustation平台上二次开发而来，最后一小部分是由国内软件公司自行开发研制的.所有这些软件都能进行等高线的自动生成处理.但由于等高线的生成过于复杂，这些软件在有些方面很难完善，加之外业采集的地形高程点不可能无限多，所以内业生成的等高线不会十分正确，有时细部还会产生很大的错误.而这些错误有时并非外业测点不正确，是可以通过外、内业结合或内业处理予以纠正的［2］.本文将就这一问题做简要的分析和探讨.

1 等高线的生成

等高线的生成方法，所有软件都大致相同：首先是建立DTM模型，建模的方式有两种，一是根据数据文件，二是根据图上高程数据，这两种方式各有所长；然后是完善图面DTM；第三是图上三角网的过滤、增加与删除；第四是等高线的图上生成；第五是等高线的修剪与注记，这部分工作是可以批量完成的；第六，在判断所有生成的等高线没有大的问题后进行细部修改；最后进行图面高程注记点的处理［3-4］.

2 等高线生成过程中的问题处理

2.1 外业采集数据中的错误高程点

生成等高线后，在图面上出现等高线非常密集的不正常的深坑或高点.这是因为在外业数据采集过程中，有些高程点的高程是不能用于等高线生成的，比如房屋的角点，它已不是自然地貌点.由于视线问题被迫举高而展点高程数据未处理的点，也是失真的，生成等高线时这样的数据也不能用.再有支站时为了视野开阔支在了房屋顶上的点，再就是全站仪本身不完善造成的不自然飞点等等.由于外业采集的数据每天都很多，往往很难在内业都及时地处理完毕，这样在生成等高线时就会形成错误.

问题处理：初次生成等高线时为预生成，不做修改；正常生成后看看有没有明显的高程错误点，如果有则在数据文件中把其高程值变为0（不参与等高线的生成）；若是由图面高程生成的等高线则在图面删除其高程点即可，然后删除等高线，重新建模生成即可［5］.

2.2 外业采集数据不足和软件不完善造成的失真

图1所示为一段长约50 m的陡崖，崖上端基本是平的，因此外业测量时仅测了两个地形点，高程分别为252.66 m与252.71 m.其上方为标准的等坡度山体，外业测了3个地形点.崖下为一河流，由于崖底长年流水且水深流急加之水面较为平坦，所以外业只在河的一边测了3个地形点.对此地形地貌而言，外业测得的这些地形点已足够说明问题了，在我们的理解中应该能够画出如图1所示的真实等高线与图形（水下地形未考虑），但在实际生成等高线时情况却是完全不同的（如图2），这样的图形只能称之为错误，连修改的可能都没有.

形成原因：计算机成图软件在等高线的生成过程中，是把所有外业实测高程点数据做为等坡度地形来处理的，它只根据高程数据来画图而不会考虑任何其他情况，所以就出现了错误的等高线图形［6］.

问题处理：这种情况下的处理方法比较简单，不需要外业多测任何高程点，只要在内业计算机图面上补足必要的点即可（如图3）.由于崖上较为平坦，所以我们人为地加了3个等值高程点，而崖下水面是平的，所以根据水面另一端所测数值，又加了4个高程点.这些内业加点虽然是内业补足的，但与实地真实情况是完全一致的，所以是正确的.（如果是根据数据文件生成等高线，则这些图面新加高程点应追加到数据文件中去，这种追加所有测量软件都是可以做到的.即使做不到这一点，也可以根据图面加点位置的坐标和高程数据人为写入数据文件中.）这样，再重新生成等高线时就生成了如图3所示的图形，这个图形则是完全正确与实地一致的.此时再做一下必要的修改，把崖内的等高线删除就是我们所要的图形（图1）.

图3 内业加点后情况Fig.3 Result after office work

需要指出的是：实测中外业缺点情况是普遍存在的，我们头脑中的想法与计算机软件的认识是完全不同的，而外业实测也并非真的缺少实测地形点，这就需要内外业紧密结合，让内业人员充分了解实地具体情况，只有这样才能内业做出符合实地情况的等高线.常见的缺点情况如图4，处理方法与上文一致.

图4 分水线与合水线情况Fig.4 Ridge line and valley line

2.3 地性线的连接

地性线是指分水线与合水线（山脊线与山谷线），它在等高线的生成过程中起着至关重要的作用.正确地利用地性线则生成的等高线会在地性线处拐弯，否则等高线就会直接穿越地性线造成错误的等高线走向.

常见问题现象：（1）等高线穿越了地性线；（2）对于走等高线的较宽的大沟，等高线的走向偏离了正确位置.

产生这种错误的原因，一是地性线未连接使用，二是外业采点数量不足够，三是软件不完善.

问题处理：外业作业中，采集数据时应尽量在地形变换点上打点，分水线与合水线上的点应该采足，在外业草图中应把分水线、合水线连线，对于走等高线的大沟来说，除了连线沟底线外，还应把沟帮点连线，并及时与内业沟通.内业制图中，对于外业连线的地性线，计算机图面也要连线，并在等高线的生成时要应用这些地性线（很多成图软件能识别地性线）.对于外业草图沟帮连线的点，内业也要用辅助线连上.由于外业采集的数据不会足够，即使应用了地性线，又内业补足了一些必要点，其生成的等高线也不会完准确，或多或少会偏离正确位置，这时只要按照图面上的地性线和沟帮等特征线把它们修改过来即可以得到正确的等高线.修改方法多种多样，用拖拽、剪切重画都可以.

2.4 地形图内面积较大区域不需要等高线问题

在地形图的测绘过程中，有时会遇到较大面积不需要绘制等高线而只需要加注高程点的情况，比如一大片井下渣子堆、露天采石厂、乱掘地.这些人造地形是不能生成等高线的，否则就会使等高线失真，所以在内业生成等高线过程中应避开这些区域.

问题处理：用辅助线圈出此区域，建模DTM后，删除此区域内的三角形，这样全图生成等高线后此区域内的等高线就简单得多（区域外围都有高程点，计算机软件会认为此区域内高程变化是与周围高程等坡度变化的，所以区域内也会有稀疏的等高线存在），但也不是我们所需要的.这时只要以辅导线为边界，剪除区域内的等高线就可以了.另外也可以把区域内的高程数据做块后删除此区域内的高程点，然后全图生成等高线，用区域边线剪切掉区域内的等高线，再把高程数据块插入过来.

2.5 大面积测区等高线的生成

当要成等高线的测区面积较大（如超过10 km2）时，如果所有外业数据采集完成后一次性生成等高线，可能会有比较大的困难：其一外业测量时间较长，对于每天所测地区的地貌特点不会都记得很清楚，这样内业生成的等高线走向是否正确就很难做出全部正确的判断；其二修改起来非常麻烦，工作量大是一个原因，主要还是由于不能准确了解实地情况而使得微地貌的修改不正确，从而影响了图面精度；其三，受计算机配置影响，当大面积一次生成等高线时，其内存占用量很大，有时拖动图面会很困难，这样也会影响内业的图面修改速度.

问题处理：一是及时清理图面垃圾.现在多数成图软件在图面内容被删除后，并不是真正的删除，它仍然保存在图面后台以备恢复使用.这样当图面较大，做图时间较长，删除的内容较多时，这些垃圾会占有大量的空间，有时都能超过图面大小.所以及时清理这些垃圾是必要的.如果软件的图形清理不容易做，那么关闭不要的东西，保留图面内容然后做切块存盘也是一种很好地选择，切块存盘以后的图面是很干净的，没有任何垃圾.二是分片阶段性地生成等高线.当外业采集的数据足够多，能用道路等自然地物分成块时，可以分块生成等高线.生成时应该用图面高程数据的等高线生成模式，在用辅助线画生成区域时应注意在线外留有少量的高程数据，而且边界上应尽可能地多打些外业点，之后生成的等高线就可做内业修改了.已圈边界的辅助线不应删除，待相邻测区又能成等高线时还应以此边界做为成等高线边界.这样做虽然多了些接边工作量，但由于边界点的外业点足够，接边并不困难，从而能大大提高工作效率和图面精度.

2.6 图面高程数据不足时的内业补点

数字化外业数据采集过程中，理论上各种比例尺地形图的高程注记点密度为图上3～4 cm一个，数据采集点密度为图上1.5～2 cm一个.但实际作业中有时很难做到这一点，比如在树高林密的山坡上，通视条件不佳，不论是全站仪还是动态GPS采集数据都是很困难的.通常的做法是用GPS把控制点引到能收到信号的空旷地上（不论在其中还是周围，总会找到这样的地方），然后全站仪用支导线的方法，一站几个地形点向前推进，这样只能做到控制地形总貌，却做不到理论要求值，这是常见的一种情况.另外一种情况是山坡是等坡度均匀变化的，而且通视条件极好，此时外业采点之间的距离可能为两倍以上的理论值.这两种作业情况在实际工作中常常遇到，而且从理论上说也是能满足测图精度的，但却不能符合图面高程注记的要求，所以在内业成图时还要人为地加上一些高程点数据.

问题处理：等高线生成并修改完成后，按等高线的数值，可以内插一些图上高程注记点.插点时应注意方式，复制其他高程点就字改字是不可取的.其一是高程注记点的点内是含高程值信息的，复制过来的点其内信息与插点位置高程是不一致的，这为将来的用图可能留下隐患（比如图上切剖面、图上土方量计算等）；其二是数据文件中没有后补点的数据信息.正确的做法是用数据追加的方式，这样既能保证图面精度，又能保证数据文件的完整.

2.7 生成后局部三角形内没有等高线

图上生成等高线后，局部三角形内没有等高线，是空白的，等高线断开了.这是因为在建DTM生成三角网时，有些三角形的形状不佳，个别角度过小，而在三角形过滤时又没滤去，当生成的等高线穿过时，由于等高线生成时的步长大于穿越三角形的宽度，所以在图面上的表达就断开了，形成空白.

问题处理：生成三角网后，删除形状不佳、精度不好的三角形，或在生成等高线时，修改等高线的生成步长.

3 结论

（1）生成等高线时应该先进行预处理，以剔除可能存在的错误高程点.

（2）预处理时应该根据外业草图补足地性线以及关键部位的高程点数据，内外业人员应紧密协调配合.

（3）等高线的生成不宜在全部外业数据采集工作都完成后才进行，应该短期内逐片生成，计划的接边区域外业采集点的密度应该足够大，以减少接边工作量.

（4）等高线图面完善修改时，应先进行拖拽修改，后进行剪切修改.（剪切会“炸碎”等高线，使得其后的拖拽变得困难，步长越短越碎.）

（5）等高线的修改工作应在图面等高线没有大的走向错误后再进行.

［1］薄继康，张强华.AutoCAD 2002实用教程［M］.北京：电子工业出版社，2005:55—70.

［2］冯国强.数字化内业制图测站纠错问题的研究［J］.测绘科学，2007，6（32）:148—149.

［3］杨德麟，等.大比例尺数字化测图的原理方法与应用［M］.北京：清华大学出版社，2001:73—82.

［4］潘正风，杨正尧.数字化测图原理与方法［M］.武汉：武汉大学出版社，2002:243—245.

［5］陈炳超.现代数字化地图测绘技术的应用与研究［J］.广西师范学院学报：自然科学版，2003，20（S1）:195—200.

［6］杨明存.数字化测图在地籍补测中的两种应用技巧［J］.测绘通报，2006（9）:67—68.

DISCUSSION ON THE TREATMENT OF CONTOURS IN OFFICE DIGITAL MAPPING

FENG Guo-qiang1,YANG Qing-hong1,LIU Zi-xia1,ZHANG Fu-he2
（1.Department of Application Technology,Jilin University,Changchun 130022,China;2.No.11 Geologic Party of Liaoning Province,Huludao 125000,Liaoning Province,China）

1671-1947（2012）04-0417-04

P285.1

A

2011－11－24.编辑：张哲.

冯国强（1964—），男，副教授，主要从事数字化制图的教学和科研工作，通信地址吉林省长春市亚泰大街4026号，E-mail//fenggq@jlu.edu.cn