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三维数字地形图测绘技术分析

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：韩立军

[导读] 摘要：本文将结合三维数字地形图的概念及特点，对相关测绘技术的三维空间数据采集方法和技术内容进行相应的阐述分析，以期能够为业内人士提供理论参考。

        宁夏工业职业学院宁夏 750021
        摘要：本文将结合三维数字地形图的概念及特点，对相关测绘技术的三维空间数据采集方法和技术内容进行相应的阐述分析，以期能够为业内人士提供理论参考。
        关键词：三维数字地形图；测绘技术；数据采集
        前言：在城市化建设持续加快的背景下，传统的数字地形图测绘技术已经无法满足新形势下三维地理空间数据信息的获取需求。由于三维数字地形图测绘技术有着测绘效率高、精度大、应用便捷等优点，其开始逐步取代传统的数字地形图测绘技术，成为当今地形图测绘的主流技术。
        1 三维数字地形图的概念及特点
        1.1 三维数字地形图的概念
        所谓三维数字地形图，其就是通过三维离散点将一定范围内地形地貌起伏以及地物形状进行更加直观立体体现的一种地形图技术。与传统的二维地形图相比较，三维数字地形图更加直观、形象、立体，在实际应用过程中不仅可以体现出地形地貌以及地物等立体对象的平面相关性，还能够更加精准地表达出地形地貌以及地物的高程、高度等信息。
        1.2 三维数字地形图的特点
        同传统的测绘技术相比较，三维数字地形图不仅突破了空间的限制，还实现了在原本二维数字地形图到三维数字地形图的根本上的转变，从而促使地形图可以更加直观、有效的呈现出相应的地形地貌及地物信息。具体来说，三维数字地形图的特点如下：
        ①三维数字地形图测绘技术可以有效反映出范围区域内地形地貌的较小的高低起伏情况，并且还能够更加直观的反映出地物的空间立体结构和形状；
        ②三维数字地形图采用了三维离散点对地形地貌及地物进行表达，通常来说在同一地形图上的地形地貌和地物，其也将是处于同一比例尺下的；
        ③同三维地理信息系统相比较，三维数字地形图更侧重于三维数据信息的实时获取，并基于三维数据信息，构建出可以更加直观、立体表达的三维地形地貌以及地物地形图。在实际应用过程中，三维数字地形图多用于工程规划和工程设计，结合其可视化、可编辑的特点，可以有效降低工程规划和工程设计的难度，提高工作效率，促使三维数字地形图得到众多规划设计人员的青睐；
        ④通过三维数字地形图，工作人员可以更加直观、立体的了解到地形图中所呈现出的地形地貌及地物的相关信息，降低地形图理解难度，提高工作效率及精准度。
        2 三维空间数据采集方法
        2.1 全站仪三维数据采集
        一直以来，全站仪都是外业人员实现野外三维数据采集的重要手段。不过该种三维数据采集方式对于外业人士技术水平以及操作标准度要求都比较高，需要外业人士在实际应用过程中进行有效控制。具体来说，全站仪三维数据采集的主要内容如下：通过内插的方式对测区的特征点进行坐标确定，进而形成相应的高程数据；在全站仪应用过程中，通常要求野外的地物分别较为均匀，若是在测区的地物分别较为分散，则需要采用无棱镜测量方式，相比较测量方式来说，该种测量方式不仅操作简便，对外业人士的技术水平要求比较低，而且还有着测量精度高、投入成本低等特点，可以满足对三维数据有着较高精度要求的三维数字地形图的绘制使用。

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        2.2 机载激光扫描系统三维数据采集
        机载激光扫描系统是近些年来新兴的一种三维数据采集技术，其原理就是通过激光脉冲的穿透性，从而更加精准有效的获取区域的三维数据信息。在实际应用过程中，该种技术将会涉及到空间定位技术、三维测量技术、计算机通信技术、激光扫描技术等诸多先进技术，并且为提高测量效率和效果，通常还会结合飞行器进行使用。该种三维数据采集技术充分发挥了激光穿透性强的特点，可以有效获取高密度、高精度条件下的地形地貌、地物高程数据信息，并且对于测量过程中的控制点要求也相对较低，缩减三维数据采集周期，加快采集速度，缩减采集成本。另外，机载激光扫描系统对于外业人员的需求性也相对较低，对外部环境要求不高，所以可应用范围比较广，在如今三维数字地形图测绘技术中得到了较为广泛的应用。
        3 三维数字地形图测绘技术
        现如今，三维数字地形图测绘技术主要由图根控制测量以及数字化地形测绘两部分内容组成。其中图根控制测量通常是采用全站在测区布置成附合导线，闭合导线以及支导线，并对相关制备数据进行分析计算；数字化地形测绘着则主要包括有设站检测、立镜光程、绘图检查、数据转换及传输等诸多内容，在实际操作过程中，工作人员应遵循以上流程，结合测绘工程的实际情况完成相应工作。
        传统的二维数字地形图需要通过点线、比例尺等方式进行地形地貌及地物相关数据信息的表达，然而该种方式不仅不够直观立体，而且极易受到外部环境限制。相比较来说，三维数据地形图多采用大比例尺，结合其实际特点，可以对根据精准、直观、完整的表达出测区的地形地貌地物情况。
        在完成数据采集后，需要基于数据构建三维立体模型，通常来说，三维数字地形图的三维模型的表达形式分为规则格网模型、不规则格网模型以及等高线模型三种。其中规则格网模型主要是采用间距的方式对地形地貌及地物进行表达，其优点在于可以直观表达出地形地貌地物的实际特点，无需进行后续的转化；不规则格网模型又成为不规则三角网模型，其是基于不规则采集点所获取的数据信息，通过构建连续三角形的方式，促使地形地貌及地物的三维模型更加真实、立体；等高线模型则是依托于等高线上的点而生产的台阶状三维地形图。
        通常来说，三维地形图多由点、线、面、体四种形式所构建，其不仅要呈现出地形地貌及地物的实际形状特征，还对投影到地面上的地物形貌特征进行良好的表达。结合实际情况来看，在采用地形地貌及地物一体化的方式进行模型构建以后，使得地形地貌模型和地物模型在三维数字地形图中处于相互关联的状态。在对地形地貌特征点进行书籍采集时，需要先对其高程数据信息进行采集，然后以高程点为中心，分别在高程点的水平方面和垂直方面对数据采集点进行连续立体化的数据采集，之后将数据采集点视作为不断变化的高程点，进而构建出三维规则格网地形模型，促使地形地貌模型和地物模型能够更加匹配、精确。不过在此过程中，工作人员需要结合地形地貌及地物的实际特点，选择恰当的方式实现地形地貌及地物一体化模型构建，进而将匹配过程中可能会出现的精度误差问题降到最低。
        4 结语
        综上所述，相比较传统的二维数字地形图测绘技术来说，三维数字地形图测绘技术有着更强的应用优势，其不仅可以更加直观立体的反映出地形地貌及地物的数据信息及特征，还能够降低测绘过程中对人力、物力的需求，降低测绘成本。然而受技术手段等内容的限制，三维数字地形图测绘技术在实际应用过程中仍旧存在软件开发问题以及测绘精度问题，其需要业内专家学者及研究人员进行更深入的研究分析，弥补技术上的不足，完善三维数字地形图测绘技术，为我国城市化建设提供更加精准有效的技术保障。
        参考文献
        [1]王慧.三维数字地形图及三维空间数据的获取[J].军民两用技术与产品,2018(18):63-63.
        [2]魏士春.基于三维激光扫描技术的城市大比例尺数字测图研究[J].中小企业管理与科技(中旬版),2019(01):191-193+196.
        [3]施超,彭琪琦.利用软件绘制三维地形图——以江西省赣州市兴国县为例[J].文理导航•教育研究与实践,2018(012):189.