摘要：本文從多個(gè)方面探索了三維數(shù)字地形圖的技術(shù)應(yīng)用思路，著重分析了三維數(shù)字地形圖的測(cè)繪思路，測(cè)繪地形圖從二維逐步發(fā)展為三維的巨大變化，表達(dá)了對(duì)于地理信息技術(shù)而言，從立體的多維技術(shù)和空間關(guān)系的巨大技術(shù)進(jìn)步。三維數(shù)字地形圖技術(shù)也給城市建設(shè)和發(fā)展起到了巨大的推進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：GIS；三維；地形圖；測(cè)繪；技術(shù)

隨著我們國家的科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，土地的利用正在逐步從粗放型寬泛利用過渡到寸土寸金的精細(xì)利用。針對(duì)土地利用的高效化和數(shù)據(jù)化，對(duì)于地形的測(cè)量和數(shù)據(jù)的收集就成為十分重要的一環(huán)。傳統(tǒng)構(gòu)架下的地形測(cè)繪主要是利用二維測(cè)繪的方式進(jìn)行繪制，但是這種二維測(cè)繪的地圖上所有的線特征點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的高程點(diǎn)都只能在其二維平面上進(jìn)行設(shè)置對(duì)應(yīng)，對(duì)其高程卻沒有相應(yīng)的對(duì)照。為了克服這種二維地形測(cè)繪圖上的不足之處，三維數(shù)字地形圖應(yīng)運(yùn)而生。

1 三維數(shù)字地形圖的概要介紹

三維數(shù)字地形圖其主要表達(dá)的空間范圍一般是小而精細(xì)的，它所具有的特點(diǎn)有如下組成：直觀、完整、準(zhǔn)確、形象。相對(duì)于傳統(tǒng)的二維數(shù)據(jù)圖，三維數(shù)字地形圖能夠?qū)τ诘孛嫔夏切┦旨?xì)小的起伏進(jìn)行更準(zhǔn)確的表現(xiàn)，對(duì)于空間自身的立體形狀結(jié)構(gòu)構(gòu)架表現(xiàn)掌握的更加準(zhǔn)確。下圖就是普通的二維地形圖和三維數(shù)字地形圖的對(duì)比。

圖1 二維地形圖（左）和三維數(shù)字地形圖（右）的對(duì)比

2 三維空間測(cè)繪數(shù)據(jù)的獲取技術(shù)

相對(duì)于二維地形圖粗放式的數(shù)據(jù)獲取和輸出，三維地形圖進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出精細(xì)化的前提就是要對(duì)于地理信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化和完整化的處理。到目前為止，我們主要使用的數(shù)據(jù)三維信息化獲取途徑有以下的幾種：

首先是數(shù)字化的測(cè)量結(jié)束。我們可以通過攝影的手段進(jìn)行對(duì)于地理信息的高精細(xì)度和完整度的數(shù)據(jù)獲取，這需要大量而又細(xì)致的數(shù)據(jù)采集方法進(jìn)行數(shù)據(jù)庫填充。這種方法相對(duì)來說適合面積比較大的三維數(shù)字地圖構(gòu)建。

第二是GPS-RTK技術(shù)。相對(duì)于第一種方式，GPS-RTK技術(shù)更加適用于因?yàn)槌鞘袃?nèi)部的衛(wèi)星信號(hào)接收等級(jí)不夠，或者是高程異常情況構(gòu)建下的特殊測(cè)量方式。這種測(cè)量手段相對(duì)來說更加適合在城市內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)這種測(cè)量的弱點(diǎn)是對(duì)地物高度值的h測(cè)量方式有些不足。

第三是全站儀測(cè)量的方法。我們可以通過這種測(cè)量方式進(jìn)行三維框架下的空間數(shù)據(jù)獲取，并且在這種方面的構(gòu)建下對(duì)于Z坐標(biāo)值的獲取精度應(yīng)該說是最為明顯的。這種測(cè)量手段的適用范圍主要體現(xiàn)在對(duì)于三維數(shù)字地物的特征點(diǎn)、特征線和地形圖進(jìn)行標(biāo)示，同時(shí)對(duì)于大比例尺的小范圍數(shù)據(jù)有著很強(qiáng)的測(cè)量能力。但是因?yàn)槠渚_性較高，所以其花費(fèi)的時(shí)間也相對(duì)來說比較多。

第四是基于地圖原有數(shù)據(jù)的三維數(shù)據(jù)獲取思路。這種方法最為快捷，效率也較高。但是因?yàn)閷?duì)其高度很難進(jìn)行把握，同時(shí)由于受到二維數(shù)據(jù)的限制，對(duì)于很多細(xì)節(jié)問題無法進(jìn)行準(zhǔn)確詳實(shí)的描述，所以這種方式繪制出來的地圖，在四種地圖當(dāng)中是最為不準(zhǔn)確的。

3 三維地形測(cè)繪數(shù)據(jù)的獲取思路

常見的數(shù)字地形表達(dá)思路有以下的幾個(gè)方面：等高線模型構(gòu)建、TIN模型構(gòu)建和Gird模型構(gòu)建。等高線模型自身可以通過對(duì)于等高線上的點(diǎn)進(jìn)行三維地形生成。但是因?yàn)榈貓D是機(jī)械對(duì)比不同高度的數(shù)據(jù)，因此不同高度之間的地形過度會(huì)因?yàn)槿狈^渡以及高度的跳躍性直接變成臺(tái)階形態(tài)。同時(shí)，等高線也沒有辦法對(duì)于特殊地貌進(jìn)行描述，比如溝壑以及陡坎等等。TIN模型也叫做不規(guī)則格網(wǎng)模型，其另一個(gè)名稱就是不規(guī)則三角網(wǎng)，其主要的構(gòu)成方式是通過不規(guī)則分布的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)生成相互關(guān)聯(lián)不間斷的三角形來對(duì)整體表面進(jìn)行逼真地展示，這種方式的弱點(diǎn)是其沒有格網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)則，并且里面的表面分析能力相對(duì)來說也是一個(gè)弱點(diǎn)。Gird也被稱為規(guī)則格網(wǎng)模型，它的特點(diǎn)是可以進(jìn)行等艱巨的分布，因此對(duì)地形的直觀表達(dá)程度就顯得更加細(xì)膩逼真。（見圖2），同時(shí)對(duì)于十分特殊的地形比如陡坎或者是干溝等等地方有著更為巨大的優(yōu)勢(shì)。（見圖3）相對(duì)來說，二維的數(shù)字地形圖的平面符號(hào)很難對(duì)這些特殊空間結(jié)構(gòu)或者是形狀進(jìn)行表現(xiàn)，但是如果我們基于三維規(guī)則格網(wǎng)的框架就可以對(duì)這些特殊地形進(jìn)行充分的表現(xiàn)和展示，這不僅讓圖形符號(hào)的特殊性和復(fù)雜性得到了體現(xiàn)，還是得可視化的效果更為準(zhǔn)確詳實(shí)。

圖2 Grid模型展示

圖3 二維陡坎（上）和Grid陡坎（下）的對(duì)比

對(duì)于地形的精細(xì)程度構(gòu)建來說，三維的數(shù)字地形圖其主要取決于對(duì)于當(dāng)前高程采樣的自身細(xì)致程度構(gòu)建。整個(gè)地圖的比例尺可以來決定三維的網(wǎng)格分辨率體現(xiàn)，同時(shí)地形的復(fù)雜程度也在很大程度上能夠干預(yù)到地圖自身的精細(xì)程度。我們可以充分考慮實(shí)際的需求，在對(duì)不同的地形框架下采用不同的分辨率構(gòu)建，對(duì)于山區(qū)等等復(fù)雜地形采用較為密集的網(wǎng)格，對(duì)于地形簡單的平原環(huán)境構(gòu)建下采用大面積的網(wǎng)格。這樣首先可以保證地形表達(dá)的數(shù)據(jù)冗余更小，同時(shí)還可以使得地形的起伏表現(xiàn)的更為真實(shí)。

4 三維地物的繪制思路構(gòu)建

所有的第五都可以通過二維符號(hào)來進(jìn)行針對(duì)傳統(tǒng)二維數(shù)字地圖的展現(xiàn)。在當(dāng)前高程為零的相同平面構(gòu)建下，我們可以顯示所有的地物環(huán)境構(gòu)架。我們同時(shí)也可以利用高程點(diǎn)以及等高線的構(gòu)件來有針對(duì)性的判斷地物自身的高度信息以及等高程信息。相對(duì)于上面的三維的數(shù)字地形圖采用的復(fù)雜手段，這種表現(xiàn)方式更顯得概括和抽象。

圖4 三維公路可視化效果和礦井巷道可視化效果的展示

對(duì)于二維數(shù)字地形圖來說，更加難以準(zhǔn)確表達(dá)和精細(xì)化的構(gòu)圖就是在現(xiàn)狀地物自身的空間立體形狀構(gòu)建下進(jìn)行展現(xiàn)。我們不僅要在垂直的方向上對(duì)于其各個(gè)拐點(diǎn)進(jìn)行展示，還要在水平的方向上進(jìn)行表現(xiàn)，也就是說坡度或者高程上進(jìn)行明顯的變化要進(jìn)行表現(xiàn)。在這方面，三維數(shù)字地形圖相比較于二維數(shù)字地形圖的表達(dá)思路就顯得更加清晰流暢。見下兩圖的對(duì)比。

結(jié)論

三維數(shù)字地形圖相對(duì)于二維的數(shù)字地形圖來說，突破了空間到平面文字線條的桎梏，拓展成累了三維的地理空間信息，不再拘泥于傳統(tǒng)的點(diǎn)線面和空間坐標(biāo)之間的關(guān)系，而是從空間的角度去表達(dá)以及分析理解更為直觀的結(jié)構(gòu)形態(tài)，具有形象具體以及全面精細(xì)的特點(diǎn)，在當(dāng)前的工程設(shè)計(jì)以及城市的規(guī)劃當(dāng)中有著十分廣闊的實(shí)踐遠(yuǎn)景，對(duì)于GIS自身發(fā)展也有著重要的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

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