野外地形數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理

1、野外地形數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理一、地形點(diǎn)的描述信息測量的基本工作是測定點(diǎn)位，直接測定點(diǎn)的坐標(biāo)確定點(diǎn)位， 或通過測量水平角、豎直角、距離來確定點(diǎn)位。數(shù)字測圖是通過計算機(jī)軟件自動處理（自動識別、自動檢索、自動連接、自動調(diào)用圖式符號等），自動繪出所測的地形圖。 因此，對地形點(diǎn)必須同時給出點(diǎn)位信息及繪圖信息。數(shù)字測圖中地形點(diǎn)的描述必須具備3 類信息：1. 測點(diǎn)的三維坐標(biāo)；2. 測點(diǎn)的屬性，即地形點(diǎn)的特征信息； （地貌點(diǎn)還是地物點(diǎn)）3. 測點(diǎn)的連接關(guān)系。其中，第一項(xiàng)是定位信息，后兩項(xiàng)是繪圖信息。測點(diǎn)是要標(biāo)明點(diǎn)號， 點(diǎn)號在測圖系統(tǒng)中是唯一的， 根據(jù)它可以提取點(diǎn)位坐標(biāo)。二、地形編碼計算機(jī)是通過測點(diǎn)的屬性信息來識

2、別測點(diǎn)是哪一類特征點(diǎn)， 用什么圖式符號來表示，數(shù)字測圖中是用編碼來代替地物的名稱和代表相應(yīng)的圖式符號以表明測點(diǎn)的屬性信息。 地形編碼是一種人為的約定， 是聯(lián)系內(nèi)業(yè)與外業(yè)的一種紐帶。我國一推出了關(guān)于地形圖圖式，地形圖要素分類代碼等國家標(biāo)準(zhǔn)：如1：5001：1000 1：2000 地形圖圖式，1：50001：10000 地形圖圖式，1：5001：1000 1：2000 地形圖要素分類代碼，國土基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)分類與代碼GB1804-93等等。這些標(biāo)準(zhǔn)是我們制定地形編碼的重要依據(jù)。地形信息共分九大類，并依次細(xì)分為小類、一級和二級。分類代碼由四位數(shù)字碼組成：XXXX大類碼小類碼一級代碼二級代碼代碼名稱代碼

3、名稱1測量控制點(diǎn)2居民地11平面控制點(diǎn)111三角點(diǎn)1111一等1112二等1113三等1114四等在國土基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)分類與代碼GB-13923-92中，在上述編碼基礎(chǔ)上又?jǐn)U充一位：識別位。（一）、地形編碼的原則1. 符合國標(biāo)、圖式分類，符合地形繪圖的習(xí)慣；2. 力求簡潔，便于操作和記憶，符合測量員的習(xí)慣；3. 便于計算機(jī)處理；4. 編碼要有系統(tǒng)性、科學(xué)性和可擴(kuò)充性。（二）、常見編碼方法按照 1：5001：1000 1：2000 地形圖圖式，地形要素分為十類：（ 1）測量控制點(diǎn)（ 2）居民地（ 3）共礦企業(yè)建筑物和公共設(shè)施（ 4）獨(dú)立地物（ 5）道路及附屬設(shè)施（ 6）管線及垣柵（ 7）水系及附屬

4、設(shè)施（ 8）境界（ 9）地貌與土質(zhì)（ 10） 植被常見編碼1. 三位整數(shù)編碼2. 四位整數(shù)編碼3. 五位整數(shù)編碼4. 六位整數(shù)編碼5. 七位整數(shù)編碼6. 八位整數(shù)編碼7. 拼音字母編碼8. “無編碼”系統(tǒng)9. “無記憶編碼系統(tǒng)”三、 連接信息連接信息可分為連接點(diǎn)和連接線型。3412567對于一個測點(diǎn)，有了其三維坐標(biāo)、編碼及連接信息，就具備了計算機(jī)自動成圖的必要條件。四、測點(diǎn)信息的采集與輸入測點(diǎn)數(shù)字記錄格式測點(diǎn)號編碼X 坐標(biāo)Y 坐標(biāo)高程連接點(diǎn)連接邊NOCXYHLPL T如果采用測距儀 +經(jīng)緯儀測圖，記錄格式為測點(diǎn)號編碼水平角豎直角斜距覘標(biāo)連接點(diǎn)連接邊高NOCHVSTHLPLT五、數(shù)字測圖野外作業(yè)

5、新方法（一）控制測量數(shù)據(jù)采集大比例尺地面數(shù)字測圖的控制與傳統(tǒng)的白紙測圖控制相比有明顯不同：1. 打破了分級布網(wǎng)、逐級控制的原則，一般一個測區(qū)一次性整體布網(wǎng)、整體平差，所需要的少量控制點(diǎn)可以用 GPS 確定。這就保證了測區(qū)各控制點(diǎn)精度比較均勻。2. 控制網(wǎng)的網(wǎng)形可以是任意混合，如測邊網(wǎng)、測角網(wǎng)、邊角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、線形鎖、多邊形等。3. 測區(qū)控制點(diǎn)的密度與傳統(tǒng)白紙測圖相比可以大大減少，圖根控制的加密可以與碎部測量同時進(jìn)行（一步測量法） ，隨時應(yīng)用自由設(shè)站（后方交會）或?qū)Ь€法進(jìn)行。（二）碎部測量數(shù)據(jù)采集大比例尺地面數(shù)字測圖與白紙測圖相比， 在碎部測量方面有以下特點(diǎn)1. 白紙測圖通常是在外業(yè)直接成圖，

6、外業(yè)工作除觀測數(shù)據(jù)外，地形圖的現(xiàn)場繪制、清繪工作量也較重。數(shù)字測圖的外業(yè)，記錄觀測數(shù)據(jù)或點(diǎn)號。2. 數(shù)字測圖是可以自由設(shè)站，測距的精度高，測量的距離遠(yuǎn)/3. 數(shù)字測圖碎部測量時不受圖幅邊界的限制，外業(yè)不再按標(biāo)準(zhǔn)分幅作業(yè)，內(nèi)業(yè)成圖后按要求進(jìn)行分幅。4. 白紙測圖是在圖根加密后進(jìn)行的碎步測量。數(shù)字測圖的碎步測量可在圖根控制加密后進(jìn)行，也可在圖根控制點(diǎn)觀測時同時進(jìn)行，然后在內(nèi)業(yè)計算圖根點(diǎn)坐標(biāo)后進(jìn)行碎步點(diǎn)坐標(biāo)計算。5. 數(shù)字測圖由數(shù)控繪圖儀繪制地形圖的，所有的地形輪廓轉(zhuǎn)點(diǎn)都要有坐標(biāo)才能會出地物的輪廓來，對必須表示的細(xì)部地貌也要按實(shí)測地貌點(diǎn)才能繪出。因此數(shù)字地圖直接測量地形點(diǎn)的數(shù)目比白紙測圖會有所增加。

7、DTM 的原理與應(yīng)用一 DTM 的概念數(shù)字地面模型，它的英文全稱是 Digital Terrain Models，縮寫成 DTM 。數(shù)字地面模型在測繪、 遙感、農(nóng)林、規(guī)劃、土木水利工程、 地學(xué)分析，以及地理信息系統(tǒng)等各個領(lǐng)域得到廣泛深入的研究，發(fā)展迅速。（一）數(shù)字地面模型由于具有為眾多用戶共享的特點(diǎn)， 它的數(shù)字地面模型所包含的地面特性信息類型就更加豐富了，一般可分為下列四種：1. 地貌信息，如高程、坡度、坡向、坡面形態(tài)以及其它描述地表起伏情況的更為復(fù)雜的地貌因子。2. 基本地物信息，如水系、交通網(wǎng)、居民地、工礦企業(yè)以及境界線等。3. 主要的自然資源和環(huán)境信息， 如土壤植被、地質(zhì)、氣候等。4.

8、主要的社會經(jīng)濟(jì)信息，如一個地區(qū)的人工分布、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、國民收入等。（二） DTM 的核心是地形表面特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，和一套對地表提供連續(xù)描述的算法。 最基本的 DTM 至少包含了相關(guān)區(qū)域內(nèi)平面坐標(biāo)（ x，y）與高程 z 之間的映射關(guān)系，即z=f（x，y）x，yDTM 所在區(qū)域。（三） DTM 按結(jié)構(gòu)形式分類，可有如下幾種：1. 規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)（網(wǎng)）數(shù)字地面模型2. 等值線數(shù)字地面模型3. 曲面數(shù)字地面模型4. 線路數(shù)字地面模型5. 平面多邊形數(shù)字地面模型6. 空間多邊形數(shù)字地面模型7. 散點(diǎn)數(shù)字地面模型二 DTM 數(shù)據(jù)的獲取1.以航空和航天遙感資料為數(shù)據(jù)源（ 1）以航攝立體像對為數(shù)據(jù)源。主要是

9、從航攝立體像對量取密集數(shù)字高程數(shù)據(jù)， 建立數(shù)字高程模型用于大比例尺的數(shù)字地形制圖和土方估算等高程精度要求較高的地形測繪和工程技術(shù)中。從航空攝影像對也可以提取地物和資源、環(huán)境、人口等其它地面特性信息，用于建立各種相應(yīng)內(nèi)容的數(shù)字地面模型。（ 2）以航天遙感圖象為數(shù)據(jù)源。2.以地形圖為數(shù)據(jù)源。主要以近期的各種比例尺地形圖為數(shù)據(jù)源，從中量取地面點(diǎn)的數(shù)字高程建立數(shù)字高程模型， 從各種比例尺的地形圖中也可以水系、交通網(wǎng)、行政區(qū)界線等數(shù)字信息，建立相應(yīng)的數(shù)字地面模型。3.以地面實(shí)測記錄為數(shù)據(jù)源。用全站儀等測量儀器配合計算機(jī)獲取地面點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)適當(dāng)變換處理后建立數(shù)字高程模型；從水文、氣象站、地質(zhì)勘探、重力測

10、量等獲取的記錄數(shù)據(jù)，經(jīng)內(nèi)插計算，建立相應(yīng)專題的數(shù)字地面模型。4.以各種專題地圖為數(shù)據(jù)源。5.以統(tǒng)計報表和行政區(qū)域地圖為數(shù)據(jù)源數(shù)字化地形測圖的DTM 數(shù)據(jù)來源主要來源于地形圖和實(shí)測。三 DTM 數(shù)據(jù)采集的原則數(shù)據(jù)采集的主要問題是采集的密度和采點(diǎn)的選擇，它們決定建立DTM 的密度。地形圖上的高程數(shù)據(jù)主要是以等高線的形式表示的。獨(dú)立高程點(diǎn)數(shù)據(jù)更具有重要意義，如山脊線、谷底線、谷緣線、斷涯線、山坡轉(zhuǎn)折線等分布在地性線上高程數(shù)據(jù)， 是表示地形轉(zhuǎn)折的控制數(shù)據(jù)，因而是采集的重要的目標(biāo)。 與采點(diǎn)的密度相關(guān)的問題是選點(diǎn)問題，一個點(diǎn)對構(gòu)成地貌形態(tài)中貢獻(xiàn)大小， 表現(xiàn)在它的不可被置換程度上。1. 根據(jù) DTM 的精度

11、要求決定采集數(shù)據(jù)的密度。2. 單調(diào)地形應(yīng)均勻采點(diǎn)，密度不必過大；對變化明顯的地形應(yīng)密集采點(diǎn)，盡量采集地形轉(zhuǎn)折處的數(shù)據(jù)點(diǎn)。3. 不應(yīng)出現(xiàn)大片的空白區(qū)，如對于大片平坦地區(qū)應(yīng)保證最低的采點(diǎn)密度。四 DTM 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（一）規(guī)則格網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)則格網(wǎng)是將離散的原始數(shù)據(jù)點(diǎn)， 依據(jù)插值算法歸算出規(guī)則形狀格網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，每個結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)有規(guī)律的存放在DTM 之中，最常見的結(jié)構(gòu)是矩形格網(wǎng)，航測內(nèi)業(yè)一般是按規(guī)則格網(wǎng)結(jié)構(gòu)采點(diǎn)。（二）不規(guī)則格網(wǎng)結(jié)構(gòu)不規(guī)則格網(wǎng)結(jié)構(gòu)是以原始數(shù)據(jù)的坐標(biāo)位置作為格網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)，組成不規(guī)則形狀格網(wǎng)。實(shí)際應(yīng)用中主要采用的是三角網(wǎng)（Trangle IrregulationNetwork，簡稱 TIN ）。不規(guī)則

12、格網(wǎng)的特點(diǎn)：1. 利用原始數(shù)據(jù)作為格網(wǎng)結(jié)點(diǎn)；2. 不改變原始數(shù)據(jù)及其精度；3. 保存了原有的關(guān)鍵地形特征；4. 利用 TIN 追蹤等高線的算法相對簡單；5. TIN 能夠較好地適應(yīng)不規(guī)則形狀區(qū)域。對于三角網(wǎng)數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要介紹一種按照點(diǎn)、線、面反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系的數(shù)據(jù)形式。點(diǎn)、線、面存貯結(jié)構(gòu)的基本思想是建立三個表，分別用來記錄組成三角形的頂點(diǎn)號、邊號、三角形號，每個表的記錄格式為：點(diǎn)表記錄：點(diǎn)號YXZ邊表記錄：邊號起點(diǎn)終點(diǎn)左面右面三角形記錄：三角形號邊1邊2邊3這三個表之間通過索引指針相互發(fā)生聯(lián)系，即由某一個三角形 （面），可以檢索出構(gòu)成該三角形的三條邊（線） ，從而又可以檢索出該三

13、角形的三個頂點(diǎn)（點(diǎn)）；另外由某條邊又可以很方便檢索出共用該邊的兩個三角形，這種關(guān)系在追蹤等高線時是非常有用的。五 DTM 的建立TIN 格網(wǎng)的建立TIN （不規(guī)則三角形格網(wǎng)）是直接利用測區(qū)內(nèi)野外實(shí)測的所有地形特征點(diǎn)（離散數(shù)據(jù)點(diǎn)），構(gòu)造出鄰接三角形組成的格網(wǎng)型結(jié)構(gòu)。TIN 是不規(guī)則格網(wǎng)中最簡單的形態(tài) ，而且在等高線追蹤、三維顯示及斷面處理等應(yīng)用中也是最常用和最簡單的結(jié)構(gòu)。 在大比例尺數(shù)字測圖中，都是采用三角形格網(wǎng)法， 它避免了內(nèi)插方格網(wǎng)而犧牲原始測點(diǎn)的精度，從而保證了整個數(shù)模的精度。建立 TIN 的基本過程是將最鄰近的三個離散點(diǎn)連接成初始三角形，再以這個三角形的每一條邊為基礎(chǔ)連接鄰近離散點(diǎn)，組成

14、新的三角形。新的三角形的邊又成為連接其它離散點(diǎn)基礎(chǔ)。在生成 TIN 的時候，還要考慮地性線、地物等對網(wǎng)格的影響，為了保證 DTM 最大限度地符合實(shí)際地形，應(yīng)用中通常把地性線等地形特征線作為 TIN 中三角形的邊，擴(kuò)展 TIN 時，先從地性特征線開始。常用的 TIN 網(wǎng)格的算法有：1. 泰森（ Thiessen）多邊形算法。2. 最近距離算法。3. 最小邊長算法。六 DTM 的應(yīng)用TIN 網(wǎng)等值線的繪制（一）三角形邊上等值點(diǎn)平面位置的確定為了確定等值點(diǎn)是在三角形邊上通過，就要給定等高線通過三角形邊的條件。設(shè)等高線的高程值為Z，只有當(dāng) Z 介于三角形邊的兩個端點(diǎn)高程值之間時，等高線才通過該三角形邊。則其判別條件為：當(dāng) Z 0 時，則該三角形邊上有等高線通過； 否則，說