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        影像地形圖在坦桑尼亞中央鐵路預(yù)可研階段的應(yīng)用

        2014-05-07 06:04:30
        鐵道勘察 2014年2期
        關(guān)鍵詞:坦桑尼亞等高線矢量

        周 琦

        (鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

        1 概述

        我國(guó)在西部測(cè)圖重大測(cè)繪項(xiàng)目中,通過采用影像地形圖的制作,填補(bǔ)了西部困難地區(qū)200萬平方公里1∶5萬地形圖的空白;中石油華北分公司曹彥章等人也嘗試用GE中高分辨率影像結(jié)合地形圖開展了數(shù)字影像圖的制作研究。目前,衛(wèi)星成像技術(shù)和傳感器平臺(tái)的高速發(fā)展,使得全球范圍內(nèi)基本都具備了可供使用的免費(fèi)數(shù)字產(chǎn)品,而類似Google Earth、Virtual Earth、天地圖等數(shù)據(jù)平臺(tái)為我們提供了大量影像數(shù)據(jù)的獲取窗口。

        結(jié)合坦桑尼亞中央鐵路在預(yù)可研階段基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)資料相對(duì)較少、獲取難度大的特點(diǎn),提出了一套利用免費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行境外鐵路預(yù)可研階段中小比例尺地形圖制作的方法,形成附帶屬性信息和要素信息的影像地形圖文件,與鐵路線位進(jìn)行空間和屬性關(guān)聯(lián),為專業(yè)選線和設(shè)計(jì)提供有效的數(shù)據(jù)保障。

        2 影像地形圖制作流程

        影像地形圖主要由數(shù)字正射影像(Digital Orthophoto Topographic Map,DOM)與矢量數(shù)據(jù)組成,經(jīng)過數(shù)據(jù)編輯、信息采集和要素篩選等,形成最終的成果文件。

        2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

        在預(yù)可研階段,根據(jù)收集到的線路方案,確定數(shù)據(jù)區(qū)域范圍。需收集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括DEM、DOM數(shù)據(jù)和矢量信息,該類數(shù)據(jù)可通過免費(fèi)下載獲取。

        DEM數(shù)據(jù):收集和下載數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的SRTM和GDEM數(shù)據(jù)。

        DOM數(shù)據(jù):收集和下載Google Earth、Google Map影像、全球范圍內(nèi)的免費(fèi)TM影像等。

        矢量數(shù)據(jù):下載全球免費(fèi)矢量數(shù)據(jù),結(jié)合DOM數(shù)據(jù)和Google Earth平臺(tái)進(jìn)行矢量采集。

        孕婦激素水平的增高,致使靜脈中的血流量增加,同時(shí)由于妊娠子宮壓迫盆腔靜脈,影響下肢靜脈回流所致。持久站立位工作,妊娠晚期腹內(nèi)壓力的增加,都促使癥狀加重。當(dāng)然,這種現(xiàn)象會(huì)隨孕期的消失而消失。

        2.2 DOM數(shù)據(jù)制作

        鐵路項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期可采用小比例尺地形圖進(jìn)行規(guī)劃,目前主要采用1∶5萬比例尺地形圖。根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃信息確定研究區(qū)域,以此區(qū)域做為影像圖的范圍。

        在大范圍的區(qū)域,DOM數(shù)據(jù)主要采用免費(fèi)的TM影像組成,通過對(duì)其波段重組、色彩分析,結(jié)合線路設(shè)計(jì)的坐標(biāo)投影方式,通過轉(zhuǎn)換后使其成為線路設(shè)計(jì)的影像底圖。對(duì)重點(diǎn)區(qū)域和段落進(jìn)行衛(wèi)星影像的下載,通過對(duì)Google Map(GM)數(shù)據(jù)接口的二次開發(fā),形成基于服務(wù)器端的最高層金字塔影像的下載,該類影像具備以下優(yōu)點(diǎn):

        ①提供了全球大部分地區(qū)的衛(wèi)星影像,影像間拼接無縫,按照金字塔結(jié)構(gòu)存放。

        ②清晰度高,在大、中城市部分影像的分辨率達(dá)到了0.5 m。

        ③數(shù)據(jù)免費(fèi),獲取方便。

        2.3 矢量數(shù)據(jù)生成

        (1)等高線數(shù)據(jù)的生成

        通常情形下,等高線數(shù)據(jù)可利用物方DEM內(nèi)插出等高線,存為二進(jìn)制文件。用于等高線生成的DEM格網(wǎng)間距要符合要求,必要時(shí)對(duì)等高線文件可導(dǎo)入測(cè)圖模塊進(jìn)行修測(cè)。

        獲取到的免費(fèi)數(shù)據(jù)中,SRTM數(shù)據(jù)和GDEM數(shù)據(jù)均存在區(qū)域漏洞和異常。在研究過程中,參照機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的處理流程,對(duì)下載的數(shù)據(jù)進(jìn)行離散化處理,形成含有三維地表信息的點(diǎn)云數(shù)據(jù)后進(jìn)行濾波處理,剔除異常點(diǎn)后,再形成連續(xù)、光滑的數(shù)字地面模型,內(nèi)插生成等高線和高程點(diǎn),再對(duì)等高線進(jìn)行平滑、接邊等處理,即完成等高線數(shù)據(jù)的生成。

        (2)地物數(shù)據(jù)的生成

        在制作影像地形圖的過程中,地物數(shù)據(jù)不是全要素采集,一般只表示一些重要的要素,如重要道路、主要河流等,采集的過程則按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)地物進(jìn)行代碼分層記錄和量測(cè)。影像地形圖的地物數(shù)據(jù)采集則包括兩種方式:

        ①在收集到的矢量文件中進(jìn)行選擇。

        ②直接在DOM上進(jìn)行平面量測(cè)。

        (3)矢量文件的導(dǎo)出

        將生成后等高線數(shù)據(jù)和地物數(shù)據(jù)進(jìn)行合并,以文件導(dǎo)出,作為制作數(shù)字正射影像地形圖的矢量要素部分。圖1為某一矢量文件的示意。

        2.4 矢量數(shù)據(jù)及影像合成

        利用CAD等軟件進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)與影像的疊加合成,在合成過程中,必須保證影像數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)的高度一致,以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格迭加。疊加完畢后依據(jù)航測(cè)外業(yè)調(diào)繪的成果添加文字注記,如居民地、水系、道路等,還可以根據(jù)各專業(yè)的實(shí)際需要,添加其他要素,如鐵路線位等。

        制作影像地形圖的技術(shù)流程如圖2所示。

        圖1 矢量文件要素示意

        圖2 影像地形圖制作流程

        3 數(shù)據(jù)制作與具體應(yīng)用

        以坦桑尼亞中央鐵路前期研究為例,對(duì)影像地形圖在境外鐵路預(yù)可研階段的制作方法與應(yīng)用開展分析。

        坦桑尼亞位于非洲的中東部,氣溫條件惡劣,年平均氣溫21℃ ~25℃,終年濕熱。地形復(fù)雜,東部沿海為低地,西部為內(nèi)陸高原,東北部乞力馬扎羅山的基博峰海拔5 895 m,是非洲最高峰。坦桑尼亞中央鐵路東起首都達(dá)累斯薩利姆,終至基戈馬,全長(zhǎng)約1 150 km。該地區(qū)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá),基礎(chǔ)資料匱乏,收集困難。

        3.1 DEM和DOM數(shù)據(jù)收集制作

        根據(jù)項(xiàng)目信息,確定坦桑尼亞中央鐵路研究區(qū)域后,經(jīng)查閱發(fā)現(xiàn)Google Earth上影像為2013年5月拍攝,且分辨率為0.5 m。因此,DOM數(shù)據(jù)采用Google影像來制作。該線路區(qū)域基本為平地,DEM數(shù)據(jù)采用在平地精度更高的SRTM數(shù)據(jù)(如圖3所示)。

        圖3 DEM和DOM數(shù)據(jù)示意

        3.2 矢量文件制作

        參照《國(guó)家基本比例尺地圖圖式》1∶5萬地形圖圖式中的規(guī)定,將等高線、高程點(diǎn)根據(jù)不同的屬性,制定對(duì)應(yīng)的層碼,形成CAD可以讀取的dwg格式文件(如圖4所示)。

        圖4 矢量文件示意

        3.3 矢量與影像合并

        將區(qū)域內(nèi)的五萬影像底圖、矢量文件、矢量要素文件合并疊加,即可得到1∶5萬影像地形圖(如圖5所示)。

        圖5 坦桑尼亞中央鐵路1∶5萬影像地形圖

        3.4 選線應(yīng)用

        在全線范圍內(nèi)提供的1∶5萬影像地形圖可作為設(shè)計(jì)底圖疊加到線位上,也可作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料應(yīng)用于選線過程。在坦桑尼亞國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏的情況下,為鐵路線路設(shè)計(jì)提供了有效的數(shù)據(jù)保障(如圖6所示)。

        圖6 影像地形圖與線路方案疊加

        4 結(jié)束語

        在境外鐵路項(xiàng)目的預(yù)科研階段,大部分區(qū)域沒有1∶5萬地形圖。在坦桑尼亞中央鐵路中利用免費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行中小比例尺影像地形圖的方法,大大彌補(bǔ)了沒有小比例尺地形圖的缺陷,給前期研究工作帶來了極大的方便,對(duì)優(yōu)化線路起到了重要作用,目前該方法已成功應(yīng)用到多個(gè)境外生產(chǎn)項(xiàng)目中。

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