野外地形数据采集与数据处理.docx
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野外地形数据采集与数据处理
野外地形数据采集与数据处理
一、地形点的描述信息
测量的基本工作是测定点位，直接测定点的坐标确定点位，或通过测
量水平角、竖直角、距离来确定点位。
数字测图是通过计算机软件自
动处理（自动识别、自动检索、自动连接、自动调用图式符号等），
自动绘出所测的地形图。
因此，对地形点必须同时给出点位信息及绘
图信息。
数字测图中地形点的描述必须具备3类信息：
1.测点的三维坐标；
2.测点的属性，即地形点的特征信息；（地貌点还是地物点）
3.测点的连接关系。
其中，第一项是定位信息，后两项是绘图信息。
测点是要标明点号，点号在测图系统中是唯一的，根据它可以提取点
位坐标。
二、地形编码
计算机是通过测点的属性信息来识别测点是哪一类特征点，用什么图式符号来表示，数字测图中是用编码来代替地物的名称和代表相应的图式符号以表明测点的属性信息。
地形编码是一种人为的约定，是联系内业与外业的一种纽带。
我国一推出了关于地形图图式，地形图要素分类代码等国家标准：
如
《1：
5001：
10001：
2000地形图图式》，1：
《50001：
10000地
形图图式》，1：
5001：
10001：
2000地形图要素分类代码》，《国
土基础信息数据分类与代码GB1804-93》等等。
这些标准是我们制定
地形编码的重要依据。
地形信息共分九大类，并依次细分为小类、一级和二级。
分类代码由
四位数字码组成：
X
X
X
X
大类码
小类码
一级代码
二级代码
代码
名称
代码
名称
1
测量控制点
2
居民地
11
平面控制点
111
三角点
1111
一等
1112
二等
1113
三等
1114
四等
在《国土基础信息数据分类与代码GB-13923-92》中，在上述编码基
础上又扩充一位：
识别位。
（一）、地形编码的原则
1.符合国标、图式分类，符合地形绘图的习惯；
2.力求简洁，便于操作和记忆，符合测量员的习惯；
3.便于计算机处理；
4.编码要有系统性、科学性和可扩充性。
（二）、常见编码方法
按照《1：
5001：
10001：
2000地形图图式》，地形要素分为十类：
（1）测量控制点
（2）居民地
（3）共矿企业建筑物和公共设施
（4）独立地物
（5）道路及附属设施
（6）管线及垣栅
（7）水系及附属设施
（8）境界
（9）地貌与土质
（10）植被
常见编码
1.三位整数编码
2.四位整数编码
3.五位整数编码
4.六位整数编码
5.七位整数编码
6.八位整数编码
7.拼音字母编码
8.“无编码”系统
9.“无记忆编码系统”三、连接信息
连接信息可分为连接点和连接线型。
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对于一个测点，有了其三维坐标、编码及连接信息，就具备了计算机
自动成图的必要条件。
四、测点信息的采集与输入
测点数字记录格式
测点号
编码
X坐标
Y坐标
高程
连接点
连接边
NO
C
X
Y
H
LP
LT
如果采用测距仪+经纬仪测图，记录格式为
测点号编码水平角竖直角斜距觇标连接点连接边
高
NOCHVSTHLPLT
五、数字测图野外作业新方法
（一）控制测量数据采集
大比例尺地面数字测图的控制与传统的白纸测图控制相比有明显
不同：
1.打破了分级布网、逐级控制的原则，一般一个测区一次性
整体布网、整体平差，所需要的少量控制点可以用GPS确定。
这就保证了测区各控制点精度比较均匀。
2.控制网的网形可以是任意混合，如测边网、测角网、边角网、导线网、线形锁、多边形等。
3.测区控制点的密度与传统白纸测图相比可以大大减少，图
根控制的加密可以与碎部测量同时进行（一步测量法），随
时应用自由设站（后方交会）或导线法进行。
（二）碎部测量数据采集
大比例尺地面数字测图与白纸测图相比，在碎部测量方面有以下特点
1.白纸测图通常是在外业直接成图，外业工作除观测数据外，地形图的现场绘制、清绘工作量也较重。
数字测图的外业，记录观测数据或点号。
2.数字测图是可以自由设站，测距的精度高，测量的距离远/
3.数字测图碎部测量时不受图幅边界的限制，外业不再按标准分幅作业，内业成图后按要求进行分幅。
4.白纸测图是在图根加密后进行的碎步测量。
数字测图的碎步测量可在图根控制加密后进行，也可在图根控制点观测时同时进行，然后在内业计算图根点坐标后进行碎步点坐标计算。
5.数字测图由数控绘图仪绘制地形图的，所有的地形轮廓转点都要有坐标才能会出地物的轮廓来，对必须表示的细部地貌也要按实测地貌点才能绘出。
因此数字地图直接测量地形点的数目比白纸测图会有所增加。
DTM的原理与应用
一DTM的概念
数字地面模型，它的英文全称是DigitalTerrainModels，缩写成DTM。
数字地面模型在测绘、遥感、农林、规划、土木水利工程、地学分析，以及地理信息系统等各个领域得到广泛深入的研究，发展迅速。
（一）数字地面模型由于具有为众多用户共享的特点，它的数字地面模型所包含的地面特性信息类型就更加丰富了，一般可分为下列四种：
1.地貌信息，如高程、坡度、坡向、坡面形态以及其它描述地表起伏情况的更为复杂的地貌因子。
2.基本地物信息，如水系、交通网、居民地、工矿企业以及境界线等。
3.主要的自然资源和环境信息，如土壤植被、地质、气候等。
4.主要的社会经济信息，如一个地区的人工分布、工农业产值、国民收入等。
（二）DTM的核心是地形表面特征点的三维坐标数据，和一套对地表提供连续描述的算法。
最基本的DTM至少包含了相关区域内平面坐标（x，y）与高程z之间的映射关系，即
z=f（x，y）x，y∈DTM所在区域。
（三）DTM按结构形式分类，可有如下几种：
1.规则格网点（网）数字地面模型
2.等值线数字地面模型
3.曲面数字地面模型
4.线路数字地面模型
5.平面多边形数字地面模型
6.空间多边形数字地面模型
7.散点数字地面模型
二DTM数据的获取
1.以航空和航天遥感资料为数据源
（1）以航摄立体像对为数据源。
主要是从航摄立体像对量取密集数字高程数据，建立数字高程模型用于大比例尺的数字地形制图和土方估算等高程精度要求较高的地形
测绘和工程技术中。
从航空摄影像对也可以提取地物和资源、环境、人口等其它地面特性信息，用于建立各种相应内容的数字地面模型。
（2）以航天遥感图象为数据源。
2.以地形图为数据源。
主要以近期的各种比例尺地形图为数据源，从中量取地面点的数字高
程建立数字高程模型，从各种比例尺的地形图中也可以水系、交通网、
行政区界线等数字信息，建立相应的数字地面模型。
3.以地面实测记录为数据源。
用全站仪等测量仪器配合计算机获取地面点观测数据，经适当变换处
理后建立数字高程模型；从水文、气象站、地质勘探、重力测量等获
取的记录数据，经内插计算，建立相应专题的数字地面模型。
4.以各种专题地图为数据源。
5.以统计报表和行政区域地图为数据源
数字化地形测图的DTM数据来源主要来源于地形图和实测。
三DTM数据采集的原则
数据采集的主要问题是采集的密度和采点的选择，它们决定建立
DTM的密度。
地形图上的高程数据主要是以等高线的形式表示的。
独立高程点数据更具有重要意义，如山脊线、谷底线、谷缘线、断涯线、山坡转折线等分布在地性线上高程数据，是表示地形转折的控制数据，因而是采集的重要的目标。
与采点的密度相关的问题是选点问题，一个点对构成地貌形态中贡献大小，表现在它的不可被置换程度上。
1.根据DTM的精度要求决定采集数据的密度。
2.单调地形应均匀采点，密度不必过大；对变化明显的地形应密集采点，尽量采集地形转折处的数据点。
3.不应出现大片的空白区，如对于大片平坦地区应保证最低的采点密度。
四DTM数据结构
（一）规则格网结构
规则格网是将离散的原始数据点，依据插值算法归算出规则形状格网
的结点坐标，每个结点坐标有规律的存放在DTM之中，最常见的结
构是矩形格网，航测内业一般是按规则格网结构采点。
（二）不规则格网结构
不规则格网结构是以原始数据的坐标位置作为格网的结点，组成不规
则形状格网。
实际应用中主要采用的是三角网（TrangleIrregulation
Network，简称TIN）。
不规则格网的特点：
1.利用原始数据作为格网结点；
2.不改变原始数据及其精度；
3.保存了原有的关键地形特征；
4.利用TIN追踪等高线的算法相对简单；
5.TIN能够较好地适应不规则形状区域。
对于三角网数字高程模型的数据结构，主要介绍一种按照点、线、面反映网络拓扑关系的数据形式。
点、线、面存贮结构的基本思想是建立三个表，分别用来记录组成三角形的顶点号、边号、三角形号，每个表的记录格式为：
点表记录：
点号YXZ
边表记录：
边号起点终点左面右面
三角形记录：
三角形号边1边2边3
这三个表之间通过索引指针相互发生联系，即由某一个三角形（面），
可以检索出构成该三角形的三条边（线），从而又可以检索出该三角形的三个顶点（点）；另外由某条边又可以很方便检索出共用该边的两个三角形，这种关系在追踪等高线时是非常有用的。
五DTM的建立
TIN格网的建立
TIN（不规则三角形格网）是直接利用测区内野外实测的所有地形特征点（离散数据点），构造出邻接三角形组成的格网型结构。
TIN是不规则格网中最简单的形态，而且在等高线追踪、三维显示及断面处理等应用中也是最常用和最简单的结构。
在大比例尺数字测图中，都是采用三角形格网法，它避免了内插方格网而牺牲原始测点的精度，从而保证了整个数模的精度。
建立TIN的基本过程是将最邻近的三个离散点连接成初始三角形，再以这个三角形的每一条边为基础连接邻近离散点，组成新的三角
形。
新的三角形的边又成为连接其它离散点基础。
在生成TIN的时候，还要考虑地性线、地物等对网格的影响，为了保证DTM最大限
度地符合实际地形，应用中通常把地性线等地形特征线作为TIN中三角形的边，扩展TIN时，先从地性特征线开始。
常用的TIN网格的算法有：
1.泰森（Thiessen）多边形算法。
2.最近距离算法。
3.最小边长算法。
六DTM的应用
TIN网等值线的绘制
（一）三角形边上等值点平面位置的确定
为了确定等值点是在三角形边上通过，就要给定等高线通过三角形边
的条件。
设等高线的高程值为Z，只有当Z介于三角形边的两个端点
高程值之间时，等高线才通过该三角形边。
则其判别条件为：
当Z≤0时，则该三角形边上有等高线通过；否则，说明该边上没有等高线通过。
式中Z1和Z2分别为三角形边上的两个端点的高程。
当判别式Z=0时，说明等高线正好通过三角形边的端点，为了便于
处理，在精度允许范围内将端点的高程加上一个微小值（如0.0001m），使其值不等于Z。
当确定某条边上有等高线通过后，即可由下式来求取该边上等值点的平面位置：
式中，（XZ1，YZ1，Z1）和（XZ2，YZ2，Z2）分别为三角形边的两端点的三维坐标，（XZ，YZ，Z）为等值点的三维坐标。
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