基于三维数字地形图的测绘技术研究

谭尧力

（山西省测绘地理信息院第三测绘院）

1 三维数字地形图的概念及应用意义

1.1 三维数字地形图的概念

在实际工作过程中，通过对相关资料收集和整理，可以将三维数字化地形图与传统测量方式相结合。首先是要明确三维数字地形图的定义，其主要内容为：①利用计算机等现代化设备采集并存储所需的各种地理环境信息；②根据一定的标准对这些信息进行处理分析后形成相应的图形、文字以及图像等，进而实现人机交互的功能；③最终形成具有真实性特征的三维模型。目前，我国已经建立了较为完善的基础地理信息数据库系统，但是由于各个地区经济发展水平不一，因此在使用时往往会存在着一些差异性问题，这就要求我们必须结合实际情况选择合适的数据处理方法，以保证数据的完整性和准确性。同时，还应该加强对数据资料管理工作的重视程度。

1.2 三维数字地形图的特征

1.2.1 立体感强

三维数字地形图是以数字化形式对所要表达的地理空间信息进行描述和展示，因此其具有很强的立体性、真实感以及逼真度等特点；同时由于三维数字地形图中包含了大量的地理信息数据，所以在实际使用过程中可以通过计算机软件将这些数据转化为图形，从而实现对各种地物的有效测量与分析。

1.2.2 可量测性好

三维数字地形图能够实现多种比例尺下的图形绘制，并且还具备较高的制图精度，这使得该种地图更加适用于现代化城市规划建设。此外，随着科技水平不断提高，三维数字地球模型也得到广泛应用。

1.2.3 内容全面完整

三维数字地形图主要包括以下内容，首先，它需要有一定数量的点状要素作为基础；然后，根据不同的需求来选择不同的颜色；最后，还要对一些重要的地理位置信息进行详细描述。例如，在进行建筑施工时，就应该利用三维数字地形图标注出相关位置信息或者是施工现场情况。

1.2.4 可视性强

三维数字地形图一般都是采用全彩色的形式呈现。而且，由于其具有非常明显的视觉冲击力和立体感。所以，在实际操作过程当中可以将其与其他类型的绘图软件相结合起来，从而达到最佳的显示效果。因为，在使用三维数字地形图绘制工程项目时，会出现很多不规则形状以及各种各样的线条、符号等，因此必须保证其清晰可见，否则将会影响到最终的工作质量。

2 三维空间数据采集方法

2.1 全站仪三维数据采集

在对地籍测量中应用GPS-RTK技术时，首先要做好准备工作。①应该根据实际情况来选择合适型号的GPS 接收机和天线等硬件设施；②还要保证所选用的GPS接收机具有较高的定位精度以及良好的抗干扰能力；③还应做好相关的观测前的各项准备工作，如对仪器设备进行检查和调试，并且需要提前将设备安装到指定位置上。另外，为了提高GPSRTK 技术的精度与可靠性，可以利用已知点来作为起算面，然后再按照一定的比例尺来建立相应的平面坐标系统。但是因为在具体操作过程当中可能会受到各种因素的影响而使得最终得到的结果不准确。所以，必须严格依据规范要求来完成这项操作，从而有效避免出现误差问题，确保整个测量作业能够顺利进行下去。

2.1.1 控制网布设

在进行GPS 控制网的布设过程当中，通常是以基准站和流动站两个基本组成部分来实现。其中，首先要对基准站的坐标值进行测定，同时还要根据实际情况来选择合适的测区范围、测线方向以及测网密度等等。其次就是要合理确定好基准站的数量。一般来说应该保持4至6台的规模即可，这样才能更好地满足工程施工需求。最后就是要结合实际状况设置基准站的间距，进而达到最大限度发挥出GPS定位系统作用的目的。另外一方面则需要做好相应的观测环境监测工作，并且将监测结果及时上传到中心计算机当中。

2.1.2 导线点位测量

在开展此项工作时，主要是通过全站仪来实施。为了使测量精度得到进一步提升，就需要利用RTK技术来对相关数据信息加以分析处理。而且在具体操作过程之中，也可以借助全站仪来实现对点云数据的收集与分析。与此同时，还要注意在使用RTK技术时要严格按照操作规范要求来执行，以免出现一定的误差问题，从而导致最终测量结果不准确或者存在较大偏差等。

2.2 机载激光扫描系统三维数据采集

在对测区进行测量时，首先要将地面控制点布设到测区内，然后利用全站仪和数码相机等设备对测区进行全面的检查和记录工作，最后再通过专业软件对其进行处理分析。为了保证数据质量、提高精度，需要根据测区情况合理选择测线，一般采用直线式或者曲线法两种方式。

2.2.1 直线式

这种方法是最常用也是最为有效的一种方法，主要适用于一些特殊地区或复杂地貌区域，它可以很好地解决传统方法中无法解决的难题，同时还能够确保所获得的信息真实可靠，但是由于该种方法成本较高且效率低，所以应用范围不广。本文以某工程项目为例说明如何实现直线型点云数据采集模式下的点云数据处理流程。因为在本次测量中，我们使用了全站仪作为外业数据采集工具来完成整个过程[1]，而且要求点位分布均匀并且具有一定密度，因此就要将点云数据采集与地面控制系统结合起来才能更好地满足实际需求。具体操作如下：首先需要对点云数据进行预处理，包括去除噪声和去除非必要的建筑物等干扰源以及对点云数据做坐标系旋转处理；其次利用全站仪获取测区内所有已知位置的平面坐标、高程及坡度等，然后根据这些数据建立起相应的模型。

2.2.2 曲线式

通过计算机软件自动生成所需的曲面模型，然后用CAD 软件绘制出该曲面线段图，最后再用CASS 软件进行编辑即可获得该区域内任意角度的曲面线段信息。这种方式主要适用于一些复杂地貌或是不规则形状的区域，但由于无法保证数据精度所以只能采用此法，并且在实际应用过程中有一定难度[2]。

2.2.3 内业数据处理

由于点云数据是按照一定规则排列成二维图形，因此要想提高点云数据的精度必须通过内业几何纠正、特征提取和编辑等一系列工作，这也是点云数据质量检查最重要的环节之一。

2.3 数字摄影测量三维数据采集

2.3.1 在计算机软件中对影像进行处理和编辑

将拍摄到的照片导入到PhotoScan软件当中，并且通过该软件来获取所需要的信息。然后根据实际情况选择不同的比例尺以及分辨率等参数，最后完成图像处理工作。

2.3.2 在三维立体模型上构建三角网模型

在建立三角网时，应当先确定好各个节点的位置、大小以及方向等。然后利用相机设置好相应的焦距与光圈值，从而使得整个三角网能够更好地呈现出真实情况。接着再计算出每一个三角形的面积，并且要确保所有的三角形都是对称的[3]。如果有多个三角形出现，那么就要按照一定的顺序排列成行，同时还要保证相邻两个三角形之间的间距不能超过5cm。

3 三维数字地形图测绘技术

3.1 在实际的工程项目建设过程当中可以利用GPS-RTK技术对其进行控制和管理

该种技术主要是通过将GPS系统作为基础平台来实现对相关数据信息的收集与处理以及分析等一系列操作。同时还能够有效地提高数据信息的精确度、准确性。另外在这项技术的具体应用之下还能够使得整个项目施工进度得到进一步提升。因为这一技术具有较高的自动化水平，所以在实际的使用过程中也就更加方便快捷了。

3.2 三维数字测图技术

三维数字测图就是指运用现代化的计算机技术来对所需要绘制的图形进行数字化处理并且形成相应的地图。而且由于三维数字测图技术自身具备着非常明显的优势，因此在实际的测绘作业开展过程当中会受到很多因素的影响。但是只要掌握了这些因素，那么就可以保证最终测绘结果的精准程度[4]。例如在实际的三维数字测图工作开展过程中，首先要根据所测得的三维坐标点来建立起一个三维立体空间模型，然后再结合实际情况来选择合适的比例尺和图幅大小等等，最后才能够借助专业软件来完成对该区域内所有的地理信息数据的采集。

3.3 GIS系统

因为三维数字地图是通过将现实世界的各种各样事物都以数字形式表现出来，所以说这种方式也被称为虚拟现实技术，其主要是利用计算机科学技术以及网络通讯等相关技术手段来构建出具有真实性特点的三维空间、物体及环境模型。同时还能够实现对三维空间物体的动态监测、分析以及模拟。

4 结语

综上所述，在对城市进行建设时，需要充分考虑实际情况，采用先进的科学技术来提高工程质量和效率。因此，为了保证建筑工程能够更好地发展，就要加强相关工作人员的专业知识培训力度，并且要不断引进新型设备，从而使得我国的城市化水平得到进一步提高。另外还应该注意到，随着经济社会的快速发展，人们生活质量也越来越好，这就要求我们必须重视基础设施建设与完善，这样才能从根本上推动我国城市化进程的加快。为此，在开展城市规划以及工程建设的时候，一定要注重科学性和合理性，只有这样才能有效提升整体的社会效益，进而实现可持续发展目标，促进城市化建设的顺利进行；最后，在进行数字化城市管理工作时，需要将计算机信息系统引入其中，利用计算机对城市中的各项数据进行采集、处理等操作，然后通过图形显示出来，以此来达到对整个城市运行状况的全面了解，同时还可以及时发现存在于城市当中的各种问题，以便采取针对性的措施加以解决。 综上所述，在当前的社会环境下，传统测量方法已经无法满足现代化建设需求。