城市大比例尺地形图数据更新方法及其应用

2016-12-15肖炜枝

测绘通报 2016年9期

关键词：测绘成果测量

肖炜枝

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060)

城市大比例尺地形图数据更新方法及其应用

肖炜枝

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州 510060)

以笔者所在单位近几年研制采用的城市大比例尺地形图数据更新方法为例，分析讨论了分别采用机载LiDAR技术、地面LiDAR技术、地图综合缩编软件、建设工程竣工测量成果、传统地形图更新修补测方法进行城市大比例尺地形图数据更新的工作流程、技术方法，对各自优缺点进行了比较，建议5种地形图更新方法相互借鉴补充配合使用。

地形图更新；比例尺；竣工测量；地图缩编；LiDAR

随着测绘技术的发展，机载LiDAR、地面LiDAR、移动道路测量、无人机等多种新型测量仪器和设备应运而生，极大地改变了传统的测绘作业模式，减轻了外业工作量，丰富了测绘产品类型。另外，用于城市规划、工程设计、施工放样、建设和管理等的地形图需求量增多，且对现势性的要求越来越高。为了满足城乡发展建设的需要，并提高地形图现势性，地形图数据更新问题显得尤为重要。地形图动态更新技术已成为测绘科技领域研究的重点与热点之一，城市建设工程竣工测量成果、LiDAR点云数据成为城市大比例尺地形图更新的重要数据源。

国家测绘地理信息局于2006年启动了数字城市地理空间框架建设的试点工作，面向政务和公众版的电子地图数据是城市地理空间框架和地理信息服务平台的核心基础数据，而政务和公众版电子地图来源于基础地形图。因此，如何快速、高效地利用大比例尺基础地形图综合缩编成城市系列比例尺电子地图，加快系列城市地形图更新周期也是数字城市和智慧城市建设必须面对的一个问题。

为加快城市大比例尺地形图数据更新速度，笔者所在单位联合武汉大学、清华山维新技术有限公司、北京市测绘设计研究院等开展了多源大比例尺地形图数据更新方法研究，取得了一系列研究成果，并得到了实际应用。

一、机载LiDAR技术更新城市大比例尺地形图

应用清华山维新技术有限公司开发的EPS2008机载激光测图软件，选择1∶5000的模板，进行地形图更新。工作步骤包括：调入影像图和点云数据；绘制道路、河流等图幅内的主要骨架地物(水系、绿地、道路、工矿等地物)；绘制居民地；根据高程、等高线或利用断面图判读并绘制陡坎、斜坡；叠加等高线并处理等高线与地貌之间的关系，以及等高线与陡坎、斜坡的关系；添加高程点；图廓整饰；图幅接边。采用机载LiDAR技术更新1∶5000地形图的作业流程如图1所示。

图1 机载LiDAR技术更新1∶5000地形图作业流程

1∶5000成图可采用内外业综合法进行：对于城镇无等高线的地形图，先在室内按影像进行全要素采集，采集完成后到实地调绘、定性、巡视及修补，即先内业后外业的方式；对于有等高线的林地，如果从图上可以判读激光点打到了地面，即疏林地区，采用先内业后外业的方式，对于密林地区或激光点云打不到的盲点区域，采用先外业后内业的方式，先调绘丛林(灌木丛)的高度或盲点区域，再进行内业作业。

熊登亮等研究了机载LiDAR技术在测制城市1∶1000地形图中的应用[1]。其基本原理和工作步骤与笔者所在单位的技术方案类似。主要工作步骤包括航线设计、地面GPS基站布设、像控及检查点测量、数据解算及激光点云分类处理、DEM及DOM制作、1∶1000 DLG制作、坐标转换8大步骤。1∶1000 DLG制作在MicroStation工作站上进行。数据采集时，根据图幅位置引入恢复相应的影像立体模型，并对各类地物要素进行采集。首先利用LiDAR点云提取出等高线及高程注记点数据，并与点云提取的数据合并；其次利用CASS软件进行编辑、检查，生成初步数字线划地形图；然后对采集数据进行回放调绘，并将调绘得到的地名、房屋层数、屋檐改正数等配置到图上，对新增地物进行补测；最后进行内业编辑，生成相应1∶1000比例尺DLG数据。

二、地面LiDAR技术更新城市大比例尺地形图

联合北京市测绘设计研究院等单位，笔者所在单位参编了测绘地理信息行业标准《地面三维激光扫描作业技术规程》[2]。地面LiDAR技术制作1∶500大比例尺地形图一般不单独进行，是数字高程模型、三维数据模型等的副产品。制作流程包括点云分类、特征点线提取、等高线绘制、其他要素采集和图面整饰等。

依据点云和图像数据情况，可采用分类拟合或人机交互方式提取特征点线制作1∶500比例尺地形图。其中要素的分类与代码应符合《基础地理信息要素分类与代购》(GB/T 13923—2006)[3]的要求，采用拟合中心的方法采集管线井、独立树、电线杆等有规则形状的独立地物，采用拟合线的方法采集电力线、道路、房屋、河流、土坎等线状地物，根据成图比例尺和地形类别，或项目要求确定等高距，利用地面点云标注地面高程、内插生成等高线，对内业无法判定的地物还应进行外业核查和补测，最后应依据《基础地理信息数字成果1∶500 1∶1000 1∶2000数字线划图》(CH/T 9008.1—2010)[4]进行地形图图幅整饰。

三、地图综合缩编软件更新城市大比例尺地形图

联合武汉大学资源与环境科学学院研究国家和地方图式标准制定地形图要素综合方法，确定地形图要素综合指标，系列比例尺序贯综合的制图综合规则库，并进行规则知识的计算机表达；采用地图模式识别技术，利用Delaunay三角网、Voronoi图、凸壳原理、图论方法、统计分析、人工智能等技术方法设计了一套适于城市地形图制图综合算子库，将多套规则和综合算子进行集成，开发了城市地图综合缩编系统软件；用其实施系列比例尺地形图数据的制图综合，生成较小相邻尺度比例尺地形图(如1∶2000、1∶5000、1∶10 000比例尺地形图)或任意相近较小尺度地形图。为保证地图缩编精度，配以高效的人机交互、冲突及变化检测，同时提高了工作效率；软件基于同一母版进行多级联动综合，保证了数据的一致性。利用地图综合缩编软件更新城市大比例尺地图的技术流程如图2所示。

图2 地图综合缩编软件更新城市大比例尺地形图的技术流程

四、建设工程竣工测量成果更新城市大比例尺地形图数据

2014年，笔者所在单位参与编制了测绘地理信息行业标准《城市建设工程竣工测量成果更新地形图数据技术规程》(CH/T 9025—2014)，该项标准规定竣工测量成果更新地形图数据的流程包括：竣工测量成果的选取、数学基础转换、数据结构统一、制图综合、数据层更新或局部更新、要素符号化编辑、地形图接边/裁边、数据质量检查。具体更新流程如图3所示。

南京市、深圳市、西安市等也都利用建设工程竣工测量成果更新城市大比例尺地形图数据进行了有益探索，积累了成功经验[5-7]。

五、传统地形图更新修补测方法

地形图修补测方法是经典的地形图数据更新方法，主要通外业巡视发现地物变化，从地形图数据库中提取相应区域的地形图实施地形图修测，修测结果与数据库原始数据比较，找出变化地物，最后更新数据库中发生变化的地形、地物[8]。

图3 竣工测量成果更新城市大比例尺地形图数据流程

六、几种更新方法的比较与应用情况

几种地形图更新方法各有优缺点，对其评说不能一概而论。传统地形图更新修补测方法是最经典的地形图修补测方法，随着技术的发展也赋予了它新的技术手段，如内外业一体化、图属一体化、图库一体化等，这种方法既适应于大范围地形图测绘更新，也可进行局部地区测绘，适应于较大比例尺(如1∶500比例尺)测图。采用建设工程竣工测量成果更新城市大比例尺地形图数据属于一图多用，把规划监督测量的成果用于局部建设工程地区的大比例尺地形图(如1∶500等)更新。地面LiDAR技术更新城市大比例尺地形图与建设工程竣工测量成果更新城市大比例尺地形图数据有些类似，是把用于三维数据建模的LiDAR数据处理成地形图数据，一般也用于局部建设工程地区大比例尺地形图更新。与此形成鲜明对照的是机载LiDAR技术更新城市大比例尺地形图和地图综合缩编软件更新城市大比例尺地形图。这两种地形图更新方法相对来说都可以更新大的空间范围区域，地形图的尺度比地面LiDAR技术更新城市大比例尺地形图与城市竣工测量成果更新城市大比例尺地形图数据方法的尺度要小(缩编只能是从大尺度缩编到小尺度，由于航高的限制，机载LiDAR技术更新地形图的尺度也不能太大)，这两种地图更新方法效率都很高。5种城市大比例尺地形图数据更新方法的对比见表1。

表1 5种城市大比例尺地形图数据更新方法的对比

利用机载LiDAR、地面LiDAR技术，在制作DEM、三维模型数据的同时，更新了局部地区的地形图数据，做到了一举多得，为地形图更新提供了一个新途径。2011年笔者所在单位基于EPS平台下的LiDAR测图软件更新了广州市1985 km2，共约491幅1∶5000地形图。2013年实现了利用建设工程竣工测量成果实时更新城市大比例尺地形图，确保了城市基础地理空间数据的鲜活性，实现了竣工测量成果的一图多用。2010年引进武汉大学研制的城市地图综合缩编软件，由较大尺度地形图半自动派生相邻较小尺度比例尺地形图，提高了效率，降低了成本，每年节约人力、物力成本约50%。

七、结束语

本文归纳总结了城市大比例尺地形图数据的主要更新方法及其在笔者所在单位的应用情况，各种技术方法各有特色，相互补充。要扎实做好城市大比例尺地形图数据的更新工作关键要保持地形图数据的完整性、准确性和现势性。频繁对城市区域的大比例尺地形图进行全部更新具有较大的难度，而要实时更新发生变化的城市区域，本文中提到的5种方法可相互借鉴补充配合使用：大区域可用机载LiDAR法，局部需要三维数据建模时可用地面LiDAR法进行地形图更新，存在同区域较新较大比例尺地形图时可用地图缩编法，开展竣工测量时可用竣工测量成果顺便更新该区域地形图数据。

[1] 熊登亮,柯尊杰,陈舫益,等.机载LiDAR技术在测制城市1∶1000 地形图中的应用[J].勘察科学技术,2015(1):44-46,58.

[2] 国家测绘地理信息局.地面三维激光扫描作业技术规程：CH/Z 3017—2015[S].北京：测绘出版社，2005.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.基础地理信息要素分类与代码：GB/T 13923—2006[S].北京：中国标准出版社，2006.

[4] 国家测绘地理信息局.基础地理信息数字成果 1:500 1:1000 1:2000 数字线划图：CH/T 9008.1—2010[S].北京：测绘出版社，2010.

[5] 谢世杰.南京市大比例尺地形图的动态更新和维护研究[J].测绘通报，2008(1)：46-49.

[6] 罗和平,叶乘鸾,温振兴.竣工测量成果应用于地形图更新的分析探讨[C]∥广东省测绘学会第九次会员代表大会暨学术交流会论文集.惠州：[s.n.]，2010.

[7] 马骏.利用竣工图更新地形图技术解决方案[J].测绘技术装备，2008(3)：41-42.

[8] 张保钢，袁燕岩. 城市大比例尺地形图数据库中地物变化的自动发现[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2005,30(7):640-642.

ResearchonUpdatingMethodandItsApplicationofLargeScaleUrbanTopgraphicMap

XIAO Weizhi

肖炜枝.城市大比例尺地形图数据更新方法及其应用[J].测绘通报，2016(9)：127-129.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0311.