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摘 要：随着测绘技术的发展,三维全数字地形图测绘已经逐渐成为当前地形图精准测量测绘的主要技术手段之一,本论文对三维数字地形图的测绘技术展开了分析探讨,在简单分析了三维数字地形图的地形数据表达方法的基础上,重点从三维数字地形数据的采集、三维数字地形图的测绘两个角度详细论述了三维数字地形图的测绘技术应用,并给出了测绘误差分析,对于进一步提高三维数字地形图测绘技术的应用具有一定借鉴意义.
关 键 词：三维数字；地形图；测绘技术
1.引言
随着数字地形图的广泛应用,为了便于进行空间方面的量测和分析,人们对它表示地物和地貌高程的方法和精度提出了更高的要求,为此,在借鉴二维数字地形图和数字地面（或高程）模型优点的基础上,克服二维数字地形图在空间表示和应用方面的不足,提出了测绘三维数字地形图的想法.
为此,本论文主要对三维数字地形图的测绘技术展开分析探讨,以期从中找到可靠有效可行的数字地图测绘技术,并以此和广大同行分享.
2.三维数字地形图的地形数据及表达方法分析
地形数据即为表现地势走向的地貌数据,包括平面位置和高程数据两种信息,这两种信息目前主要通过野外测量、航空航天遥感影像和现有地形图数字化三种方式获得.航空摄影测量一直是地形图测绘和更新的有效手段,其所获取的影像数据是高精度大范围的DEM生产最有价值的数据源.另外,近年来出现的干涉雷达、激光扫描仪等新型传感器数据被认为是快速获取高精度、高分辨率的DEM最有希望的数据来源.通过全站仪、全球定位系统(GPS)等手段可获取较小范围、大比例尺、高精度的地形建模数据,同时也是对航空摄影测量和地形图数字化的一种补充.实际工作中,具体采用何种数据源和相应得生产工艺,一方面取决于数据的可获取性,另一方面也取决于应用的目的和对数据的要求,包括DEM的分辨率、数据精度、数据量大小和技术条件等.
三维数字地形图是用规则格网和高程注记点来表达地形地貌的.为了不影响地图符号表达地物和地形,采用分布规则的格网式DEM较为妥当.格网的大小一方面取决于相应地形图的分辨率,一般说来,地形图的比例尺越大,对地物和地形表达的精度就越高即越精细,则格网就越小；另一方面取决于制图区域地形的复杂程度,一般说来地形越复杂或越破碎,为了表达地形时不失真,格网就应越小.在一幅地形图上,考虑到在实际中,有的地方地形比较复杂,而另一些地方则比较简单,可用四叉树结构来表达格网,即用大格网来表达简单的地形,而用小格网表达复杂的地形,即采用横向的多分辨率技术表达地形.构建三维数字地形图时,必须确保DEM与线划地形图是同一个空间参考框架下的；编制地形图时,可将DEM格网点放在一个单独的图层上,这样可根据需要打开或关闭它.高程注记点反映地面上坡度变化处的高程.
3.三维数字地形图测绘技术应用探讨
3.1三维地形数据的采集
三维地形数据采集包括两个阶段,一是：外业采集,主要是利用全站仪采集地形点的三维空间数据（包括平面坐标及高程）.由于受通视条件、劳动强度等因素的影响,只能采集地形特征点的三维空间数据,地形特征点一般是指山谷点、山脊点、洼地、山脚点、山顶等等.由于这些特征点的密度不够和分布不均匀.这样在对有些地区的地表高低起伏就很难精确的表示.二是：内业加密,就是将外业采集的数据,通过内插的方法对特征点的密度和分布进行有效处理,获得分布均匀,密度适当的地形点及高程,使其更能详细的反映地势的走向.
在利用全站仪野外获取三维地物数据测量时,地物底部特征点数据的获取是比较容易的,难点在于怎样获取地物顶部特征点数据.以建筑物为例进行说明,其顶部特征点的数据可以通过测量其相应的底部特征点的平面位置和高程,然后量测其高度的方法获取,也可以放置棱镜到顶部特征点上直接测量的方法获取,还可以用无棱镜测量进行建筑物顶部特征点的方法获取.其中,无棱镜测量对于没有反射的物体不能进行测量,因此在建筑物比较密集的城镇地区,用无棱镜测量会严重受到通视条件和反射条件的制约,使的测绘工作量大,效率低,有些建筑物的顶部特征点甚至是采集不到的,对深巷的建筑物底部特征点也很难采集到.当然,还可以在建筑物顶部进行数据采集,此方法也存在通视条件的限制,还有很高的危险性,因此对于大区域测绘是不现实的.
3.2三维数字地形图的测绘
实际地面通常不是光滑和均匀变化的,因此在采集的时候会产生断裂线问.对于植被茂密、树林覆盖地区,数字摄影测量采集时无法切到地面,这样就不能准确的反映植被覆盖区的实际地面趋势,为了使其精度能够满足要求,可以在这些地区采集散点方式进行测量,以便能真正的切到地面的地方进行数据采集.在必要的时候还需要进行野外测量的方式进行补测才能达到精度的要求.具体面向三维地形数据的采集测绘,可以按照如下步骤进行：
(1)定向建模
定向建模之精度是影响整个产品精度的关键.定向建模的工作流程：用黑白影像建立立体像对进行手工或自动内定向、相对定向核线重采样绝对定向裁切核线影像立体模型建成.
(2)数字高程模型DEM
DEM、DOM可由单模型获取,也可由批处理直接生成.创建DEM及镶嵌工作流程：先进行影像相关创建像方DEM→像方DEM编辑→创建物方DEM→物方DEM检查编辑→建立新图幅→物方DEM接边→物方DEM镶嵌→DEM成果.
创建像方DEM前,要先对每个像对中的特征点（峰顶、谷底、鞍部及地形突变点）和特征线（山脊线、山谷线、地区突变区线、面状地物的范围线等）进行量测.量测特征点和线的目的是获取像方DEM相关的初值,对像方DEM进行编辑.
(3)数字正射影像DOM
每个像对的物方DEM编辑后即可创建正射影像,并进行DOM的镶嵌.正射影像分为黑白正射影像和彩色正射影像.先创建每个像对的左、右黑白正射影像,合并左右黑白正射影像后,选择镶嵌线对黑白正射影像进行镶嵌即生成黑白DOM产品.
(4)数字线划测图
在定向建模完成之后,如不需要生成DEM、DOM产品,可直接进入向量测图模块进行测图.在向量测图模块中,图廓及内外整饰自动生成,已测向量能够实时显示（放大、缩小、编辑等）和映射至立体,具有联机编辑、实时符号化功能,利用测图模块提供的这些工具可以很方便地进行测图和编辑,实现测图、编辑一体化.
3.3三维数字地形图测绘的误差分析
(1)全数字摄影测量的精度和模拟摄影测量、解析摄影测量相比一定有所不同,如:光束法区域网加密与独立模型法区域网加密的精度差异,全数字摄影测量系统没有机械传动误差、图纸套合与清绘误差、展点误差、主距安置误差、读数误差等等,出现了影像匹配误差等.
(2)图上的地物点的点位中误差主要来源于：像控点点位中误差、房檐改正误差、加密点点位中误差、影像扫描中误差、影像匹配中误差和定向中误差等.
(3)航测成图高程中误差的主要来源于：控点高程中误差、加密点点位中误差、相对校正中误差、定向中误差和测绘动态中误差等.
4.结语
本文从三维数字地形图的相关概念、数据采集的方法和三维数字地形图的绘制三个方面进行了研究,对于三维数字地形图测绘技术的实际应用具有一定的借鉴和指导意义,因而是值得推广的,另一方面,三维数字地形图数据的采集与测绘,还有很多的技术细节问题需要深入探讨,这有待于广大技术工作人员的共同努力,才能够最终实现三维数字地形图的测绘与普及应用.