馮國強，楊慶洪，劉子俠，張福和

（1.吉林大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，吉林長春130022；2.遼寧省第11地質(zhì)大隊，遼寧葫蘆島125000）

數(shù)字化內(nèi)業(yè)制圖中等高線若干問題的處理

馮國強1，楊慶洪1，劉子俠1，張福和2

（1.吉林大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，吉林長春130022；2.遼寧省第11地質(zhì)大隊，遼寧葫蘆島125000）

數(shù)字化地形圖內(nèi)業(yè)等高線的生成過程中，成圖軟件的不完善和外業(yè)高程數(shù)據(jù)采集的非無限多，將會使生成的等高線變形失真，從而降低圖面和測量精度.這種情況并不全是由于外業(yè)測量造成的，可由內(nèi)業(yè)完善處理.就等高線的生成修改問題進行了的探討.

數(shù)字化地形圖；自然地貌點；等值高程點；預(yù)生成；地性線

Abstract：During the generation of contours in digital mapping,the imperfect software and limited elevation data will make the contours distorted,thus reduce the precision of mapping.This problem is not caused totally by the field surveying.It can be treated and perfected in office mapping.This paper proposes some methods to solve the problems about the generation and modification of contours.

Key words：digital topographic map;natural geomorphic point;equivalent elevation point;Pre-generation;terrain feature line

數(shù)字化測圖已經(jīng)成為測繪行業(yè)內(nèi)一種常見的普通工作模式，即用全站儀或動態(tài)GPS外業(yè)采集數(shù)據(jù)和計算機內(nèi)業(yè)成圖來完成.目前，測量內(nèi)業(yè)成圖軟件有上百種，這些軟件基本上可以分成3類，其一是在AutoCAD平臺上二次開發(fā)而來［1］，其二是在Ustation平臺上二次開發(fā)而來，最后一小部分是由國內(nèi)軟件公司自行開發(fā)研制的.所有這些軟件都能進行等高線的自動生成處理.但由于等高線的生成過于復(fù)雜，這些軟件在有些方面很難完善，加之外業(yè)采集的地形高程點不可能無限多，所以內(nèi)業(yè)生成的等高線不會十分正確，有時細部還會產(chǎn)生很大的錯誤.而這些錯誤有時并非外業(yè)測點不正確，是可以通過外、內(nèi)業(yè)結(jié)合或內(nèi)業(yè)處理予以糾正的［2］.本文將就這一問題做簡要的分析和探討.

1 等高線的生成

等高線的生成方法，所有軟件都大致相同：首先是建立DTM模型，建模的方式有兩種，一是根據(jù)數(shù)據(jù)文件，二是根據(jù)圖上高程數(shù)據(jù)，這兩種方式各有所長；然后是完善圖面DTM；第三是圖上三角網(wǎng)的過濾、增加與刪除；第四是等高線的圖上生成；第五是等高線的修剪與注記，這部分工作是可以批量完成的；第六，在判斷所有生成的等高線沒有大的問題后進行細部修改；最后進行圖面高程注記點的處理［3-4］.

2 等高線生成過程中的問題處理

2.1 外業(yè)采集數(shù)據(jù)中的錯誤高程點

生成等高線后，在圖面上出現(xiàn)等高線非常密集的不正常的深坑或高點.這是因為在外業(yè)數(shù)據(jù)采集過程中，有些高程點的高程是不能用于等高線生成的，比如房屋的角點，它已不是自然地貌點.由于視線問題被迫舉高而展點高程數(shù)據(jù)未處理的點，也是失真的，生成等高線時這樣的數(shù)據(jù)也不能用.再有支站時為了視野開闊支在了房屋頂上的點，再就是全站儀本身不完善造成的不自然飛點等等.由于外業(yè)采集的數(shù)據(jù)每天都很多，往往很難在內(nèi)業(yè)都及時地處理完畢，這樣在生成等高線時就會形成錯誤.

問題處理：初次生成等高線時為預(yù)生成，不做修改；正常生成后看看有沒有明顯的高程錯誤點，如果有則在數(shù)據(jù)文件中把其高程值變?yōu)?（不參與等高線的生成）；若是由圖面高程生成的等高線則在圖面刪除其高程點即可，然后刪除等高線，重新建模生成即可［5］.

2.2 外業(yè)采集數(shù)據(jù)不足和軟件不完善造成的失真

圖1所示為一段長約50 m的陡崖，崖上端基本是平的，因此外業(yè)測量時僅測了兩個地形點，高程分別為252.66 m與252.71 m.其上方為標準的等坡度山體，外業(yè)測了3個地形點.崖下為一河流，由于崖底長年流水且水深流急加之水面較為平坦，所以外業(yè)只在河的一邊測了3個地形點.對此地形地貌而言，外業(yè)測得的這些地形點已足夠說明問題了，在我們的理解中應(yīng)該能夠畫出如圖1所示的真實等高線與圖形（水下地形未考慮），但在實際生成等高線時情況卻是完全不同的（如圖2），這樣的圖形只能稱之為錯誤，連修改的可能都沒有.

形成原因：計算機成圖軟件在等高線的生成過程中，是把所有外業(yè)實測高程點數(shù)據(jù)做為等坡度地形來處理的，它只根據(jù)高程數(shù)據(jù)來畫圖而不會考慮任何其他情況，所以就出現(xiàn)了錯誤的等高線圖形［6］.

問題處理：這種情況下的處理方法比較簡單，不需要外業(yè)多測任何高程點，只要在內(nèi)業(yè)計算機圖面上補足必要的點即可（如圖3）.由于崖上較為平坦，所以我們?nèi)藶榈丶恿?個等值高程點，而崖下水面是平的，所以根據(jù)水面另一端所測數(shù)值，又加了4個高程點.這些內(nèi)業(yè)加點雖然是內(nèi)業(yè)補足的，但與實地真實情況是完全一致的，所以是正確的.（如果是根據(jù)數(shù)據(jù)文件生成等高線，則這些圖面新加高程點應(yīng)追加到數(shù)據(jù)文件中去，這種追加所有測量軟件都是可以做到的.即使做不到這一點，也可以根據(jù)圖面加點位置的坐標和高程數(shù)據(jù)人為寫入數(shù)據(jù)文件中.）這樣，再重新生成等高線時就生成了如圖3所示的圖形，這個圖形則是完全正確與實地一致的.此時再做一下必要的修改，把崖內(nèi)的等高線刪除就是我們所要的圖形（圖1）.

圖3 內(nèi)業(yè)加點后情況Fig.3 Result after office work

需要指出的是：實測中外業(yè)缺點情況是普遍存在的，我們頭腦中的想法與計算機軟件的認識是完全不同的，而外業(yè)實測也并非真的缺少實測地形點，這就需要內(nèi)外業(yè)緊密結(jié)合，讓內(nèi)業(yè)人員充分了解實地具體情況，只有這樣才能內(nèi)業(yè)做出符合實地情況的等高線.常見的缺點情況如圖4，處理方法與上文一致.

圖4 分水線與合水線情況Fig.4 Ridge line and valley line

2.3 地性線的連接

地性線是指分水線與合水線（山脊線與山谷線），它在等高線的生成過程中起著至關(guān)重要的作用.正確地利用地性線則生成的等高線會在地性線處拐彎，否則等高線就會直接穿越地性線造成錯誤的等高線走向.

常見問題現(xiàn)象：（1）等高線穿越了地性線；（2）對于走等高線的較寬的大溝，等高線的走向偏離了正確位置.

產(chǎn)生這種錯誤的原因，一是地性線未連接使用，二是外業(yè)采點數(shù)量不足夠，三是軟件不完善.

問題處理：外業(yè)作業(yè)中，采集數(shù)據(jù)時應(yīng)盡量在地形變換點上打點，分水線與合水線上的點應(yīng)該采足，在外業(yè)草圖中應(yīng)把分水線、合水線連線，對于走等高線的大溝來說，除了連線溝底線外，還應(yīng)把溝幫點連線，并及時與內(nèi)業(yè)溝通.內(nèi)業(yè)制圖中，對于外業(yè)連線的地性線，計算機圖面也要連線，并在等高線的生成時要應(yīng)用這些地性線（很多成圖軟件能識別地性線）.對于外業(yè)草圖溝幫連線的點，內(nèi)業(yè)也要用輔助線連上.由于外業(yè)采集的數(shù)據(jù)不會足夠，即使應(yīng)用了地性線，又內(nèi)業(yè)補足了一些必要點，其生成的等高線也不會完準確，或多或少會偏離正確位置，這時只要按照圖面上的地性線和溝幫等特征線把它們修改過來即可以得到正確的等高線.修改方法多種多樣，用拖拽、剪切重畫都可以.

2.4 地形圖內(nèi)面積較大區(qū)域不需要等高線問題

在地形圖的測繪過程中，有時會遇到較大面積不需要繪制等高線而只需要加注高程點的情況，比如一大片井下渣子堆、露天采石廠、亂掘地.這些人造地形是不能生成等高線的，否則就會使等高線失真，所以在內(nèi)業(yè)生成等高線過程中應(yīng)避開這些區(qū)域.

問題處理：用輔助線圈出此區(qū)域，建模DTM后，刪除此區(qū)域內(nèi)的三角形，這樣全圖生成等高線后此區(qū)域內(nèi)的等高線就簡單得多（區(qū)域外圍都有高程點，計算機軟件會認為此區(qū)域內(nèi)高程變化是與周圍高程等坡度變化的，所以區(qū)域內(nèi)也會有稀疏的等高線存在），但也不是我們所需要的.這時只要以輔導(dǎo)線為邊界，剪除區(qū)域內(nèi)的等高線就可以了.另外也可以把區(qū)域內(nèi)的高程數(shù)據(jù)做塊后刪除此區(qū)域內(nèi)的高程點，然后全圖生成等高線，用區(qū)域邊線剪切掉區(qū)域內(nèi)的等高線，再把高程數(shù)據(jù)塊插入過來.

2.5 大面積測區(qū)等高線的生成

當要成等高線的測區(qū)面積較大（如超過10 km2）時，如果所有外業(yè)數(shù)據(jù)采集完成后一次性生成等高線，可能會有比較大的困難：其一外業(yè)測量時間較長，對于每天所測地區(qū)的地貌特點不會都記得很清楚，這樣內(nèi)業(yè)生成的等高線走向是否正確就很難做出全部正確的判斷；其二修改起來非常麻煩，工作量大是一個原因，主要還是由于不能準確了解實地情況而使得微地貌的修改不正確，從而影響了圖面精度；其三，受計算機配置影響，當大面積一次生成等高線時，其內(nèi)存占用量很大，有時拖動圖面會很困難，這樣也會影響內(nèi)業(yè)的圖面修改速度.

問題處理：一是及時清理圖面垃圾.現(xiàn)在多數(shù)成圖軟件在圖面內(nèi)容被刪除后，并不是真正的刪除，它仍然保存在圖面后臺以備恢復(fù)使用.這樣當圖面較大，做圖時間較長，刪除的內(nèi)容較多時，這些垃圾會占有大量的空間，有時都能超過圖面大小.所以及時清理這些垃圾是必要的.如果軟件的圖形清理不容易做，那么關(guān)閉不要的東西，保留圖面內(nèi)容然后做切塊存盤也是一種很好地選擇，切塊存盤以后的圖面是很干凈的，沒有任何垃圾.二是分片階段性地生成等高線.當外業(yè)采集的數(shù)據(jù)足夠多，能用道路等自然地物分成塊時，可以分塊生成等高線.生成時應(yīng)該用圖面高程數(shù)據(jù)的等高線生成模式，在用輔助線畫生成區(qū)域時應(yīng)注意在線外留有少量的高程數(shù)據(jù)，而且邊界上應(yīng)盡可能地多打些外業(yè)點，之后生成的等高線就可做內(nèi)業(yè)修改了.已圈邊界的輔助線不應(yīng)刪除，待相鄰測區(qū)又能成等高線時還應(yīng)以此邊界做為成等高線邊界.這樣做雖然多了些接邊工作量，但由于邊界點的外業(yè)點足夠，接邊并不困難，從而能大大提高工作效率和圖面精度.

2.6 圖面高程數(shù)據(jù)不足時的內(nèi)業(yè)補點

數(shù)字化外業(yè)數(shù)據(jù)采集過程中，理論上各種比例尺地形圖的高程注記點密度為圖上3～4 cm一個，數(shù)據(jù)采集點密度為圖上1.5～2 cm一個.但實際作業(yè)中有時很難做到這一點，比如在樹高林密的山坡上，通視條件不佳，不論是全站儀還是動態(tài)GPS采集數(shù)據(jù)都是很困難的.通常的做法是用GPS把控制點引到能收到信號的空曠地上（不論在其中還是周圍，總會找到這樣的地方），然后全站儀用支導(dǎo)線的方法，一站幾個地形點向前推進，這樣只能做到控制地形總貌，卻做不到理論要求值，這是常見的一種情況.另外一種情況是山坡是等坡度均勻變化的，而且通視條件極好，此時外業(yè)采點之間的距離可能為兩倍以上的理論值.這兩種作業(yè)情況在實際工作中常常遇到，而且從理論上說也是能滿足測圖精度的，但卻不能符合圖面高程注記的要求，所以在內(nèi)業(yè)成圖時還要人為地加上一些高程點數(shù)據(jù).

問題處理：等高線生成并修改完成后，按等高線的數(shù)值，可以內(nèi)插一些圖上高程注記點.插點時應(yīng)注意方式，復(fù)制其他高程點就字改字是不可取的.其一是高程注記點的點內(nèi)是含高程值信息的，復(fù)制過來的點其內(nèi)信息與插點位置高程是不一致的，這為將來的用圖可能留下隱患（比如圖上切剖面、圖上土方量計算等）；其二是數(shù)據(jù)文件中沒有后補點的數(shù)據(jù)信息.正確的做法是用數(shù)據(jù)追加的方式，這樣既能保證圖面精度，又能保證數(shù)據(jù)文件的完整.

2.7 生成后局部三角形內(nèi)沒有等高線

圖上生成等高線后，局部三角形內(nèi)沒有等高線，是空白的，等高線斷開了.這是因為在建DTM生成三角網(wǎng)時，有些三角形的形狀不佳，個別角度過小，而在三角形過濾時又沒濾去，當生成的等高線穿過時，由于等高線生成時的步長大于穿越三角形的寬度，所以在圖面上的表達就斷開了，形成空白.

問題處理：生成三角網(wǎng)后，刪除形狀不佳、精度不好的三角形，或在生成等高線時，修改等高線的生成步長.

3 結(jié)論

（1）生成等高線時應(yīng)該先進行預(yù)處理，以剔除可能存在的錯誤高程點.

（2）預(yù)處理時應(yīng)該根據(jù)外業(yè)草圖補足地性線以及關(guān)鍵部位的高程點數(shù)據(jù)，內(nèi)外業(yè)人員應(yīng)緊密協(xié)調(diào)配合.

（3）等高線的生成不宜在全部外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作都完成后才進行，應(yīng)該短期內(nèi)逐片生成，計劃的接邊區(qū)域外業(yè)采集點的密度應(yīng)該足夠大，以減少接邊工作量.

（4）等高線圖面完善修改時，應(yīng)先進行拖拽修改，后進行剪切修改.（剪切會“炸碎”等高線，使得其后的拖拽變得困難，步長越短越碎.）

（5）等高線的修改工作應(yīng)在圖面等高線沒有大的走向錯誤后再進行.

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DISCUSSION ON THE TREATMENT OF CONTOURS IN OFFICE DIGITAL MAPPING

FENG Guo-qiang1,YANG Qing-hong1,LIU Zi-xia1,ZHANG Fu-he2
（1.Department of Application Technology,Jilin University,Changchun 130022,China;2.No.11 Geologic Party of Liaoning Province,Huludao 125000,Liaoning Province,China）

1671-1947（2012）04-0417-04

P285.1

A

2011－11－24.編輯：張哲.

馮國強（1964—），男，副教授，主要從事數(shù)字化制圖的教學(xué)和科研工作，通信地址吉林省長春市亞泰大街4026號，E-mail//fenggq@jlu.edu.cn