解析测绘工程中特殊地形的测绘技术

解析测绘工程中特殊地形的测绘技术

周存华

身份证号码：45010519761007xxxx

摘要：测绘工程是以画图的形式表现测量地区的地面形态、空间结构等的平面，且其可测绘地球或其他星球上的地形。在我国测绘工程中，特殊地形现已成为了主要的实施对象，比如林地繁茂区、人口建筑密集区、人类难以到达的地区及泥泞地区等。对于这一类特殊地形区的测绘，传统的测绘技术根本无法施工条件的要求，从而直接影响了测绘工程的工作效率与质量。为此，要求根据不同地形区的实际需要，探索和应用一种新的测绘技术，以改进特殊地形的测绘技术方案，从而促进特殊地形测绘工作的有序推进。在本文，笔者首先思考特殊地形面临的形势，然后再介绍常用在特殊地形中的测绘技术，最后再重点介绍几类特殊地形的测绘方案。

关键词：测绘工程；特殊地形；林地繁茂区；测绘技术方案

前言

我国地大物博，因此在地形图测绘中遇到特殊地形不可避免，其中特殊是相对的概念，因此要求特殊的测绘方案满足测绘学范畴。对于测绘工程，其最基本的工作是测量距离、角度和高程，当然特殊的和传统的测绘方案都是如此，且两者存在优势互补的关系。目前，大比例尺地形测绘的常用方法是GPS-RTK和全站仪数字测图，但其在实际工作中却存在一定的局限性，即：在测绘工作中，全站仪的使用要求测点间通视，且测量精度不均及其与测量距离成反比；RTK仪器仅适合用在地势平坦、视野开阔及地形较高的区域。鉴于在实际的工作环境中存在诸多不可预知因素，因此CORS站网或流动站与基准站间都无法避开高压线、发射塔、高山包、树林或房屋等障碍物对电台通信与差分信号的不良影响。据此，唯有实现现代高新测绘技术与传统技术的优势互补，才能保证测绘工程中特殊地形测绘工作的高效开展。

一、对目前形势的思考

测绘工程的基本内容包括勘测地形、记录地形结构与空间布局、收集完整的数据及设计空间结构平面图，其是了解一切土地形式的基本途径，亦或说测绘工程适合用在研究地球及其他星球表面实质性的地质结构中，可见测绘工程的重要意义。测绘项目的内容广泛，主要涉及地质结构、地形类型、植物种类及地面占地面积等。近年来，我国测绘工程在技术上有了较大转变，并推动着工程技术步入发展的高峰期，但在发展的同时，制约因素的存在却对测绘工程与测绘技术的发展造成了严重阻碍，尤其制约了特殊地形测绘工作的顺利开展。综上，对于特殊地形的测绘，要求改革和创新传统的测绘技术，即：首先，测绘人员应深入研究测绘工程的实施地点，从而为测绘工作的开展提供充分的准备条件；其次，熟悉地形，以充分了解其地质地形条件；第三，坚持因地制宜的原则，即针对特殊地形的客观实际，研究出相应的测绘技术方案，以保证特殊地形测绘工作的顺利开展；第四，改革和创新传统的测绘技术，以便工作人员顺利开展数据收集、特殊地形测量等工作。

二、特殊地形中常用的测绘技术

（一）GIS技术

GIS是一门基于计算机技术的综合性学科，其核心是地理信息且融合了信息学、地图学、地理学、遥感科学、环境科学、空间科学等领域的知识。在GIS系统中，最为核心的部分是基于实测数据的数据库，因此其具有很强的数据管理功能，同时还具有数字化制图功能、空间分析功能及辅助决策功能等。其中，空间分析功能是应用GIS技术的目标与出发点，即GIS通过处理原有信息，为决策提供指导意见。目前，GIS技术在特殊地形测绘中的应用也非常广泛，即：测绘人员先收集、整理测绘工程的实测数据，再在计算机上运用GIS技术绘制相应的地形图，然后输出地形图。应用表明，GIS的数据库储存量非常大，且具有很强的图形输出能力，因此既减轻了测绘人员的工作量，又为测绘工作的顺利开展提供了保障。

（二）GPS技术

GPS是一种全新的现代定位方法，其工作原理为：用户持有GPS接收机，并在接收机接收到四颗卫星信号时进行精确定位，其中三颗卫星用于解算距离，一颗用于校正时间，从而实现GPS的精确定位。应用表明，GPS技术具有精度高、速度快、全天候及布点灵活等优点，因此在测绘工程中的应用非常广泛。工程测绘是一项十分复杂的工作，因此数据采集易因环境、地形等的影响而出现偏差。在特殊地形测绘中，如若测绘人员仅用经纬仪或全站仪等测量工具，则测绘工程信息采集的效率较低，而若运用GPS技术，则可降低气候、地形等对测量结果的影响，具体表现如下：一是运用GPS技术，可对桩位的偏心位置进行准确且全面的检查，从而提高了测绘的工作效率及保证了测绘结果的精准度；二是运用GPS放样平台，可高效执行测量任务，从而减少了测绘工作量及实现了精确测量；三是在桩位放样测量时，运用GPS技术可使测量结果的精度增至cm级范畴。

（三）无人机遥感技术

无人机遥感技术是一种在无线电设备的控制下，利用飞行器快速获取信息的新技术，其由无人机飞行器平台、数码传感器（分辨率高）、数据处理系统及GPS导航定位系统组成。据此，无人机遥感技术的应用要点包括：航拍摄影，即利用无人机及其上的遥感设备，获取地理位置信息及影像资料；数据采集，即根据无人机的飞行轨迹与有关的影像资料，采用自动加密与手动结合的方式采集信息；数据处理。据此，无人机遥感技术的应用具有快速灵活、监测范围宏观、数据处理速度快及分辨率高（0.1-0.5m）等优点，因此在特殊地形测绘中得以广泛应用，从而减少了测绘人员的工作量及实现了高效、高精度测量。

三、特殊地形的测绘技术方案

（一）林地繁茂区测绘

在测绘工程中，常会遇到一些具有较高植被覆盖率的林地繁茂区。对于这一区域，其土地的隐蔽性非常强，易导致实测数据与实际数据存在偏差，从而大大降低了测绘结果的精度。在林地繁茂区测绘中，测量仪器的选择与测量数据的可信度普遍受到地形复杂、植被繁密及信号不良等因素的制约，即：在林内开展测量工作时，GPS-RTK因受高度角的影响而信号较弱，因此测量精度难以保证；全站测量仪虽受信号干扰的程度较轻，但却因受高大植被的影响而无法拓宽视野，因此无法正常开展测量作业。可见，林地繁茂区测绘工作的难度非常高。综上分析，建议在林地繁茂区测绘中引入导线推进断面测量法，即：根据测设的放样点与导线点的距离、坐标、角度数据及理论坐标值，反算从测站至待定点坐标的方位角及点间距，继而获得仪器的测值，最后再实地归化放设测量点，使其分布在设计断面线上。

由于同一条断面存在固定不变的方位角，则可根据设计断面线的端点坐标，采用下列方程式计算断面的方位角：

应用表明，上述特殊的测绘技术可简化林地繁茂区难以测量的部分，从而保证地形测量工作的高效开展，且目前已在南水北调、三峡工程、土地二调及援川重建等工程中得以成功应用。

（二）人口建筑密集区测绘

全站测量仪作为一种在地形测绘中常用的测量工具，特别适合用来收集测量数据。与其他测量仪相比，全站测量仪具有不受空间所限、镜头灵活、无限接近待测点及距离测量速度快等优点，因此全站测量仪的使用可保证测绘数据的精准度。但全站测量仪存在难以预知的死角和阻碍，并进一步影响到测量结果。据此，在人口建筑密集区的地形测绘中，要求使用特殊的测绘技术及其工作流程为：

1.绘制野外草图

在测绘工程中，倘若村庄事先有过合理的规划，绘制出的野外草图更清晰、直观且草图的整体布局更完整合理，因此有助于测绘工程的高效开展。但若村庄在前期未进行合理的规划或规划不合理，绘制出的野外草图一般毫无头绪，且测绘人员易因点图的测定不相符而引起编图失误，更有甚者会在野外测量中丢失物品。为了避免发生上述问题，建议不绘制野外草图，即采用下列方法：在测站设立后，先一一测定看到的房角点，再在室内使用计算机简化处理数据信息，并在直观汇总展示后，按一定的比例打印出来，最后再按点位量实地绘制草图。如此一来，才能确保草图与图件的准确性与完整性，从而为测绘工程的高效开展提供了有利的条件。

2.采集野外数据

在人口建筑密集区，全站仪等传统测绘技术具备GPS-RTK无法比拟的应用优势，即测距镜头灵活、测距速度快及无线接近数据采集点位等。因此，在无法正常采集数据的地区，常用全站仪补测RTK，从而保证测量数据的精准度。但在测量过程中，测绘人员需要进入工厂或居民区等的院内进行实地测量，因此一旦遇到锁门等现象，普通全站仪、GPSRTK仪器都毫无用处。为了保证测量结果的精准度，唯有等待主人回来，但却会延误测量时间。为此，建议先用GPSRTK在测区的楼顶等其他高处设立站点，再用免棱镜全站仪测量碎部点。应用表明，上述方法具有高效、快速、方便、省时且测量精度高等优点，因此在人口建筑密集区测绘中极具应用价值。

（三）人类难以到达地区的测绘

对于泥泞地区及一些人类难以到达的地区，地表坦露导致传统的测量工具根本无法使用，即使全站仪也存在诸多无法避免的应用障碍。对此，笔者以滩涂为例，并提出运用LiDAR技术完成滩涂的测绘工作，即其应用要点包括：

1.外业数据采集

对于外业数据的采集，要求按需在小型载人飞机上搭载激光雷达设备，并在航飞前，设计好航高与航飞线路，同时在飞行线路周围10-30km2范围内的高等级已知控制点上布设1-3个GPS基站，用以实现在航飞时同步进行观测，期间要求注意下列事项：航高与航飞线路的设计应考虑到海岸线的走向问题；GPS基站的布设应均匀；航飞作业应满足潮位条件，以使摊铺的暴露面积最大。

2.数据预处理

针对航飞过程采集的IMU数据、GPS数据及系统提供的参数，首先以联合解算的方式获得每一张影像大致的外方位元素及每一激光点的空间坐标；其次，根据空间纠正解算所得的点云数据，便能分辨出主要地物；第三，可按成果要求向CGCS2000国家坐标系或地方坐标系转换；第四，为了满足后续产品的制作要求，要求分割处理激光点云数据。

3.DEM提取

激光点云按需可分为航带重叠点、水体、植被、地面及建筑物等类别，具体分类过程见图2。

在分类时，要求人工提取无法自动识别的地物；综合考虑影像与四周地形，以判断水体；自动滤除航带重叠点；以人工与自动结合的方法细分建筑物和地面点。在自动分类后，可获得基本的地形地貌，但为了提取出精度更高的DEM，要求通过TIN构网人工去除结果中的噪声点。

4.DOM与DLG生产

针对DOM的生产，其初值为数据预处理所得的影像外方位元素，已知值为与单幅相邻影像同名的点，即：采用光束法进行平差，获得影像外方位元素的修正结果；在影像拼接线侧找出匀光点，同时对拼接线的走向进行调整，以提高影像图的质量；根据DEM，得到分辨率高的正射影像，并自动生成测区的等高线，然后再将高程注记点插入其中。针对DLG的绘制，其先在DOM和经过处理的地面点云至成图软件中设比例尺，并分类分层矢量化处理不同地物，然后再校正建筑物，自此DLG绘制完成。

5.三维GIS系统的集成

三维GIS平台中，先将滩涂测绘所得DEM和DOM导入其中，再根据机载激光点云与其测绘成果、影像纹理建立三维模型，并一并导入GIS平台中，从而得到测区三维可视化管理平台。目前，滩涂三维可视化管理平台在渔船监控救援、防台抗灾、渔业及海洋规划管理等中已经得到了广泛的应用，且应用效果良好。

结语

随着工程建设项目的迅速发展，测绘技术的发展前景变得越来越广阔。在这一背景下，要求在传统测绘技术的基础上发展高新测绘技术，即：以传统测绘技术作为基础性理论，并在按需改进后，应用在特殊地形的测绘中，以降低时间成本、减少人力投入及测绘工作量。在本文，笔者结合特殊地形测绘目前面临的形势，分别阐述了林地繁茂区、人口建筑密集区及人类难以到达地区的测绘技术方案，即：在林地繁茂区测绘中，建议引入导线推进断面测量法，以简化林地繁茂区难以测量的部分，从而保证地形测量工作的高效开展；在人口建筑密集区测绘中，无需野外绘制草图，即先测定看到的房角点，再用计算机简化处理数据信息，并按比例打印及按点位量实地绘制草图，同时先用GPSRTK在测区的高处设立站点，再用免棱镜全站仪测量碎部点；对于以滩涂为代表的人类无法到达的地区，直接运用LiDAR技术，便可高效完成测绘工作。

参考文献：

［1］吕永江主编.房产测量规范与房地产测绘技术―房产测量规范有关技术说明.中国标准出版社出版，2001.4.1，新华书店北京发行所发行.

［2］主要起草人吕永江，唐国庆等.房产测量规范.第1单元：房产测量规定.国家质量技术监督局发布，2000-02-22发布2000-08-01实施，中国标准出版社出版，2000.5.1.新华书店北京发行所发行.