史文博

（遼寧省自然資源事務(wù)服務(wù)中心遼寧省基礎(chǔ)測繪院，遼寧 錦州 121003）

等高線和高程點(diǎn)是基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)中的重要地貌要素，能夠反映地表起伏的姿態(tài)和地表形態(tài)的特征，是地形圖上使用最廣泛的地貌表示要素。

為了提高1∶10 000 省級(jí)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)的更新效率，2021 年遼寧省自然資源事務(wù)服務(wù)中心基于已有LiDAR 數(shù)據(jù)，通過點(diǎn)云的分類和編輯處理，快速生產(chǎn)DSM、DEM 成果，在利用航空影像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過空中三角測量、影像糾正、DLG 數(shù)據(jù)采集等流程，生產(chǎn)DOM、DLG 成果。并通過對(duì)航空攝影測量生產(chǎn)工藝流程的整合與優(yōu)化，采用機(jī)載LIDAR 點(diǎn)云數(shù)據(jù)和航空影像數(shù)據(jù)相結(jié)合的生產(chǎn)方法，探索更新1∶10 000省級(jí)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)的高程點(diǎn)、等高線要素的試生產(chǎn)工作，并在實(shí)際生產(chǎn)過程中總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)技巧。

2022 年全省1∶10 000 地形圖更新與建庫項(xiàng)目全要素更新生產(chǎn)任務(wù)全面開展，本文著重闡述了在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中利用已有LiDAR 數(shù)據(jù)更新高程點(diǎn)、等高線要素的技術(shù)流程和技巧。生產(chǎn)實(shí)踐證明，利用已有LiDAR 數(shù)據(jù)更新高程點(diǎn)、等高線要素能實(shí)現(xiàn)快速更新省級(jí)基礎(chǔ)測繪1∶10 000 數(shù)字產(chǎn)品，提高了測繪生產(chǎn)效率。

1 基于LiDAR 數(shù)據(jù)提取等高線、高程點(diǎn)

1.1 基于LiDAR 數(shù)據(jù)提取等高線

利用已有的點(diǎn)云成果數(shù)據(jù)，包括點(diǎn)云數(shù)字高程模型和格網(wǎng)數(shù)字高程模型，經(jīng)過處理，自動(dòng)提取曲線和高程點(diǎn)。具體處理方法：使用TerraSolid 軟件對(duì)已有點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理、高精度DSM 成果制作、點(diǎn)云自動(dòng)濾波分類及人工精細(xì)分類、特征要素采集和質(zhì)量檢查等，獲取到真實(shí)的地面點(diǎn)構(gòu)建數(shù)字高程模型，最后對(duì)數(shù)據(jù)按圖幅裁切，制作出符合要求的1:10 000 比例尺數(shù)字表面模型及數(shù)字高程模型產(chǎn)品。由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取的等高線太過曲折，所以，對(duì)提取后的等高線數(shù)據(jù)要利用Arcgis 中的“3D Anlyst”工具對(duì)等高線進(jìn)行平滑處理。平滑參數(shù)越大，等高線的平滑度越高，反之則平滑度越小。平滑參數(shù)的設(shè)置可以不統(tǒng)一，針對(duì)不同地形地貌特征，設(shè)置不同平滑參數(shù)，同一幅圖也可以根據(jù)局部地形地貌設(shè)置多種不同的平滑參數(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)具體情況選擇使用。

這里需要注意的是等高線經(jīng)過平滑處理后會(huì)造成結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)很多，利用Arcgis“編輯工具”中的“概化”工具，根據(jù)圖幅中的地形、地貌及等高距等進(jìn)行節(jié)點(diǎn)抽稀，以此減輕圖面負(fù)載量。

1.2 基于LiDAR 數(shù)據(jù)提取高程點(diǎn)

由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)量巨大，實(shí)際作業(yè)時(shí)要進(jìn)行篩選，對(duì)于1∶10 000 省級(jí)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)提取高程點(diǎn)采用的方法是更新前DLG 數(shù)據(jù)和最新DOM 數(shù)據(jù)相疊加，在一、二級(jí)方位物處、地形變換處及明顯地物點(diǎn)和地形特征點(diǎn)上優(yōu)先采集高程點(diǎn)，特別注意的是在選取高程注記點(diǎn)時(shí)，區(qū)域內(nèi)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)都應(yīng)體現(xiàn)出來。注意選取特征點(diǎn)位：路交叉口、坎上坎下、山頂、山谷、鞍部、獨(dú)立地物點(diǎn)和特殊地物特征點(diǎn)等特殊位置。同時(shí)注意新增要素的特征點(diǎn)選取，比如新增路口、大壩、鐵路和橋梁等重要要素的高程點(diǎn)。也可以參考更新前DLG 數(shù)據(jù)上高程點(diǎn)的相同或相近位置。選取后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在清華山維下進(jìn)行刪除重復(fù)點(diǎn)處理，處理后的點(diǎn)數(shù)據(jù)可作為更新后的高程點(diǎn)。

2 清華山維EPS 下等高線、高程點(diǎn)的數(shù)據(jù)編輯處理

高程點(diǎn)、等高線要素的編輯工作主要分為2 個(gè)階段：①結(jié)合原有DEM 成果、2018 年更新的DLG、2020年更新的DOM 成果初步判斷自動(dòng)提取的高程點(diǎn)、等高線要素中不合理的地方，并進(jìn)行修改，同時(shí)結(jié)合更新前等高線要素、DOM 成果等進(jìn)行平滑、抽稀、取舍等處理。②高程點(diǎn)、等高線數(shù)據(jù)集與地物套合編輯。數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性原則上以LiDAR 數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性為準(zhǔn)。

2.1 等高線的處理

將更新前DLG 數(shù)據(jù)和最新DOM 數(shù)據(jù)疊加，從影像上判斷大概地形地勢。同時(shí)，將點(diǎn)云提取的未經(jīng)過平滑處理的等高線數(shù)據(jù)作為等高線的精度參考，在此基礎(chǔ)上疊加選用合適的平滑參數(shù)處理后的等高線數(shù)據(jù)，通過2 組數(shù)據(jù)的對(duì)比分析選取合適的曲線，選取的基本原則：地勢高差較大、地貌比較復(fù)雜的區(qū)域選取小參數(shù)平滑曲線，這樣的平滑曲線不會(huì)失真，能真實(shí)反映地貌的復(fù)雜情況；地勢較平緩，高差較小的區(qū)域選取大參數(shù)平滑曲線，這樣的地區(qū)等高線能大致反映地形走勢即可。等高線的圓滑精度一般不應(yīng)超過等高距的1/3，最大不超過等高距的3/4。圖幅地勢復(fù)雜的可以多種參數(shù)并用。

對(duì)于1∶10 000 省級(jí)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)等高線的表示重點(diǎn)在于反映地形走勢，所以等高線之間小的閉合曲線可以刪除，灘涂、干河床等區(qū)域的小的閉合曲線在不影響等高線整體走勢的時(shí)候可以全部刪掉。刪除的同時(shí)要結(jié)合更新前DLG 數(shù)據(jù)和最新DOM 數(shù)據(jù)，不要把山頭上表示實(shí)際山頂高度的閉合曲線刪掉。

最終選取的等高線成果要進(jìn)行平滑、抽稀、取舍等處理，目的是不能存在明顯打折現(xiàn)象，等高線在進(jìn)行必要的取舍時(shí)要特別注意保持原有地形地貌的特征，代表地形地貌特征的微地貌要適當(dāng)保留。對(duì)于破碎地貌的處理應(yīng)保持其原有的地貌特征，不能為了美觀而人為處理成完整地貌。

2.2 高程點(diǎn)的處理

參考更新前DLG 數(shù)據(jù)上高程點(diǎn)位置，在與點(diǎn)云數(shù)據(jù)相同的位置上二者的高程值相同。高程點(diǎn)的選取密度為圖上每100 cm2范圍內(nèi)平地、丘陵地的高程點(diǎn)，個(gè)數(shù)為10～20 個(gè)；山地、高山地及地形特征點(diǎn)比較稀少地區(qū)高程點(diǎn)個(gè)數(shù)為8~15 個(gè)，且要求選取的高程點(diǎn)應(yīng)基本成“品”字形均勻分布。這里需要注意的是，選取高程點(diǎn)位置時(shí)還應(yīng)疊加最新DOM 數(shù)據(jù)，目的是避開植被樹木或高大建筑等對(duì)LiDAR 測高精度的影響。如果個(gè)別高程點(diǎn)存在整數(shù)現(xiàn)象時(shí)，可以在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中該高程點(diǎn)鄰近位置重新提取新的高程值，如果位置不理想可以應(yīng)用清華山維腳本工具對(duì)整數(shù)高程值在精度允許范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。經(jīng)過以上處理后要對(duì)高程點(diǎn)進(jìn)行刪除重復(fù)點(diǎn)處理，避免造成重復(fù)數(shù)據(jù)。

2.3 清華山維EPS 下編輯等高線、高程點(diǎn)的注意事項(xiàng)及技巧

遼寧省1∶10 000 省級(jí)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)全要素更新項(xiàng)目從數(shù)據(jù)采集到更新入庫均在清華山維EPS 平臺(tái)上進(jìn)行，對(duì)于此次的等高線、高程點(diǎn)更新在實(shí)際生產(chǎn)中積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和小技巧。

1）對(duì)比更新前后的等高線大致走勢，對(duì)于1∶10 000地形圖來說，等高線與山形大致走勢應(yīng)總體一致，如果極個(gè)別走勢完全不符的圖幅應(yīng)著重檢查點(diǎn)元數(shù)據(jù)及提取流程，重新提取。

2）處理等高線時(shí)對(duì)自動(dòng)閉合的表示不合理的較小曲線進(jìn)行取舍，應(yīng)結(jié)合更新前DLG 數(shù)據(jù)和最新DOM 數(shù)據(jù)，不要把山頭上表示實(shí)際山頂高度的閉合曲線刪掉。

3）等高線平滑處理可以采用高斯多項(xiàng)式函數(shù)生成平滑曲線，也可采用多項(xiàng)式的階貝塞爾曲線或樣條曲線等平滑處理方式，但等高線處理后的成果應(yīng)全部轉(zhuǎn)化為線段，不能存在“樣條曲線”“圓弧”“橢圓弧”等形式。

4）等高線要能正確表示出山谷、山脊、山頭、沖溝和河流等自然地貌特征，與坎、路堤、路塹和壟等人工地貌要素也要合理套合。

5）對(duì)于凹地、谷地、鞍部和山頭等地勢變化較大的區(qū)域內(nèi)的最高一條和最低一條等高線，以及其他一些地勢不易判讀的區(qū)域要適當(dāng)表示示坡線及等高線注記。

6）應(yīng)去除水稻田內(nèi)無意義的閉合等高線。

7）亂掘地、露天采掘場、施工區(qū)和單位院落等區(qū)域范圍內(nèi)的獨(dú)立等高線不表示，區(qū)域外連續(xù)通過的等高線要順勢修改合理，符合地勢走勢要求。

8）等高線被街區(qū)、道路、施工區(qū)和采掘場等面狀要素遮擋的可以不打斷，但在其他可以顯示曲線的要素上要保證圖面的完整性、合理性和美觀性。

9）對(duì)于新增要素，比如公路、水庫、河流、溝渠和獨(dú)立房屋等要注意要素與等高線的套和檢查。

10）在等高線圖面處理時(shí)為避免等高線在線狀地物如坎、干溝，面狀地物如池塘、河流等周圍上下穿繞，應(yīng)在精度允許范圍內(nèi)使曲線盡量處理合理，圖面美觀。

11）應(yīng)特別注意水系要素與等高線的套合，根據(jù)影像采集的新增的單線水系，要與處理后的等高線套合對(duì)照判斷新增單線水的位置走勢及流向。

12）處理完的等高線必須賦高程值、賦代碼，要符合1∶10 000 基礎(chǔ)測繪項(xiàng)目要求。

3 數(shù)據(jù)檢查

等高線要素原則應(yīng)連續(xù)不間斷，不能有偽結(jié)點(diǎn)，不得自相交、打結(jié)。要檢查高程點(diǎn)、等高線高程值的合理性，修改高程點(diǎn)與等高線高程值的矛盾。

應(yīng)用清華山維下的“等高線高程點(diǎn)檢查”“不合理斷線檢查”等數(shù)據(jù)檢查項(xiàng)對(duì)等高線和高程點(diǎn)進(jìn)行檢查。檢查前設(shè)置好等高距和內(nèi)插曲線根數(shù)。檢查界面如圖1、圖2 所示。

圖1 清華山維點(diǎn)線矛盾檢查項(xiàng)

圖2 清華山維點(diǎn)線矛盾檢查系統(tǒng)設(shè)置界面

將處理好的高程點(diǎn)、等高線數(shù)據(jù)套合在更新前DLG 數(shù)據(jù)中，對(duì)于山谷、山脊、鞍部、山坡和山頭等不同地貌類型要正確表示其形態(tài)特征，并與其他要素的關(guān)系處理合理。等高線在經(jīng)過陡崖、坎、陡坡等地物時(shí)要注意上下高度表示合理。等高線經(jīng)過自然或人工地貌要素,如路塹、壟、陡崖和巖峰等要連續(xù)通過。緊貼池塘周圍的一圈一圈的閉合曲線、以及有2 根及以上穿過單棟獨(dú)立房屋的等高線一般不能存在。

4 外業(yè)核查

對(duì)于內(nèi)業(yè)處理好的高程點(diǎn)、等高線數(shù)據(jù)，外業(yè)要進(jìn)行相應(yīng)的核查，核查主要有以下幾項(xiàng)。

1）外業(yè)核查陡坎、陡崖、陡石山、沖溝、田坎、灘地、土堤、路堤和路塹等處的等高線是否合理。

2）因河流改道或大面積林地、耕地等原因造成的點(diǎn)云空白區(qū)面積超過1 個(gè)公里格網(wǎng)且無法判定等高線走勢時(shí)，需外業(yè)利用RTK 實(shí)地勘測高程點(diǎn)，輔助等高線修改。

3）對(duì)于影像不清晰處，內(nèi)業(yè)判斷等高線走勢不清處，外業(yè)應(yīng)實(shí)地核查等高線走勢。

5 問題總結(jié)

點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取等高線經(jīng)過平滑、抽稀處理后，導(dǎo)入到清華山維軟件中與最新DLG 成果進(jìn)行地物套合編輯處理，通常會(huì)出現(xiàn)以下情況。

1）微地貌太多，需要按面積或按長度進(jìn)行刪除處理（圖3）。

圖3 微地貌情況

2）水稻田內(nèi)無意義的等高線太多，需要人工判別刪除（圖4）。

圖4 水稻田中等高線情況

針對(duì)2022 年遼寧省1∶10 000 地形圖更新與建庫項(xiàng)目利用LiDAR 數(shù)據(jù)更新等高線、高程點(diǎn)的生產(chǎn)過程中存在的一些問題，總結(jié)了以下幾點(diǎn)。

1）根據(jù)不同地勢設(shè)置不同的平滑參數(shù)。對(duì)于地勢比較復(fù)雜的圖幅內(nèi)也可以多種參數(shù)同時(shí)存在。特殊地貌處如沖溝、陡崖等也要另外單獨(dú)設(shè)置平滑參數(shù)。

2）實(shí)際生產(chǎn)中等高線裁切時(shí)容易產(chǎn)生復(fù)合線、組合實(shí)體，在后期的等高線處理過程中容易造成線丟失，解決的辦法是先在ArcGis 下拆分多部分要素。把復(fù)合線、組合實(shí)體拆分成無屬性代碼的線段后再統(tǒng)一賦值。

3）由于地形復(fù)雜圖幅可能會(huì)存在多種平滑參數(shù)同時(shí)采用，這樣合并后的曲線數(shù)據(jù)存在較多不合理斷線，在等高線修線之后將全幅圖內(nèi)等高線進(jìn)行斷線連接,使等高線連續(xù)表示。

4）根據(jù)生產(chǎn)規(guī)定中的技術(shù)要求，可以遮蔽曲線的面狀要素：池塘、河流、湖泊和水庫等水域要素，以及街區(qū)、房屋、道路等要素，在處理曲線時(shí)這些區(qū)域在符合技術(shù)要求下不做圖面美觀處理。

5）地貌要素在依據(jù)影像采集時(shí)會(huì)受到影像質(zhì)量、作業(yè)員經(jīng)驗(yàn)等因素的影響而存在漏采集的現(xiàn)象，疊加更新等高線數(shù)據(jù)后，可根據(jù)曲線的走勢及疏密，大致判斷是否存在地勢變化。

6）LiDAR 數(shù)據(jù)提取的等高線、高程點(diǎn)有時(shí)會(huì)存在等高線過單棟房屋或者高程點(diǎn)落入水中的情況，此時(shí)需要進(jìn)行圖面處理，將繞過房屋的等高線、落入水中高程點(diǎn)直接刪除。

6 結(jié)束語

1∶10 000 基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)是我國基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的重要組成部分，也是遼寧省近幾年來的工作重點(diǎn)，傳統(tǒng)更新方法為數(shù)字正射影像采集法，對(duì)除等高線、高程點(diǎn)外的其他要素：交通、管線、水系、居民地及設(shè)施、地貌、植被與土質(zhì)、境界和注記等進(jìn)行更新?；?021年遼寧省自然資源事務(wù)服務(wù)中心利用已有LiDAR 數(shù)據(jù)探索更新高程點(diǎn)、等高線要素試生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié),2022 年，遼寧省1∶10 000 地形圖更新與建庫項(xiàng)目的全要素更新生產(chǎn)任務(wù)已全面開展，其中利用已有LiDAR數(shù)據(jù)更新等高線、高程點(diǎn)的實(shí)際生產(chǎn)充分證明了激光雷達(dá)（LIDAR）成果更新1∶10 000 高程點(diǎn)、等高線的作業(yè)方法，既提高了生產(chǎn)效率又減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并且不受作業(yè)員的技術(shù)水平及經(jīng)驗(yàn)影響，基本可以滿足2022年遼寧省1∶10 000 基礎(chǔ)測繪項(xiàng)目全要素更新的任務(wù)要求。