數(shù)字化內(nèi)業(yè)制圖中等高線若干問(wèn)題的處理

馮國(guó)強(qiáng)，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(zhǎng)春130022；2.遼寧省第11地質(zhì)大隊(duì)，遼寧葫蘆島125000）

數(shù)字化內(nèi)業(yè)制圖中等高線若干問(wèn)題的處理

馮國(guó)強(qiáng)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(zhǎng)春130022；2.遼寧省第11地質(zhì)大隊(duì)，遼寧葫蘆島125000）

數(shù)字化地形圖內(nèi)業(yè)等高線的生成過(guò)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(wú)限多，將會(huì)使生成的等高線變形失真，從而降低圖面和測(cè)量精度.這種情況并不全是由于外業(yè)測(cè)量造成的，可由內(nèi)業(yè)完善處理.就等高線的生成修改問(wèn)題進(jìn)行了的探討.

數(shù)字化地形圖；自然地貌點(diǎn)；等值高程點(diǎn)；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(cè)圖已經(jīng)成為測(cè)繪行業(yè)內(nèi)一種常見(jiàn)的普通工作模式，即用全站儀或動(dòng)態(tài)GPS外業(yè)采集數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)內(nèi)業(yè)成圖來(lái)完成.目前，測(cè)量?jī)?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(tái)上二次開(kāi)發(fā)而來(lái)［1］，其二是在Ustation平臺(tái)上二次開(kāi)發(fā)而來(lái)，最后一小部分是由國(guó)內(nèi)軟件公司自行開(kāi)發(fā)研制的.所有這些軟件都能進(jìn)行等高線的自動(dòng)生成處理.但由于等高線的生成過(guò)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(diǎn)不可能無(wú)限多，所以內(nèi)業(yè)生成的等高線不會(huì)十分正確，有時(shí)細(xì)部還會(huì)產(chǎn)生很大的錯(cuò)誤.而這些錯(cuò)誤有時(shí)并非外業(yè)測(cè)點(diǎn)不正確，是可以通過(guò)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(wèn)題做簡(jiǎn)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(zhǎng)；然后是完善圖面DTM；第三是圖上三角網(wǎng)的過(guò)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(méi)有大的問(wèn)題后進(jìn)行細(xì)部修改；最后進(jìn)行圖面高程注記點(diǎn)的處理［3-4］.

2 等高線生成過(guò)程中的問(wèn)題處理

2.1 外業(yè)采集數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤高程點(diǎn)

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(diǎn).這是因?yàn)樵谕鈽I(yè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，有些高程點(diǎn)的高程是不能用于等高線生成的，比如房屋的角點(diǎn)，它已不是自然地貌點(diǎn).由于視線問(wèn)題被迫舉高而展點(diǎn)高程數(shù)據(jù)未處理的點(diǎn)，也是失真的，生成等高線時(shí)這樣的數(shù)據(jù)也不能用.再有支站時(shí)為了視野開(kāi)闊支在了房屋頂上的點(diǎn)，再就是全站儀本身不完善造成的不自然飛點(diǎn)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(shí)地處理完畢，這樣在生成等高線時(shí)就會(huì)形成錯(cuò)誤.

問(wèn)題處理：初次生成等高線時(shí)為預(yù)生成，不做修改；正常生成后看看有沒(méi)有明顯的高程錯(cuò)誤點(diǎn)，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(diǎn)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(zhǎng)約50 m的陡崖，崖上端基本是平的，因此外業(yè)測(cè)量時(shí)僅測(cè)了兩個(gè)地形點(diǎn)，高程分別為252.66 m與252.71 m.其上方為標(biāo)準(zhǔn)的等坡度山體，外業(yè)測(cè)了3個(gè)地形點(diǎn).崖下為一河流，由于崖底長(zhǎng)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(cè)了3個(gè)地形點(diǎn).對(duì)此地形地貌而言，外業(yè)測(cè)得的這些地形點(diǎn)已足夠說(shuō)明問(wèn)題了，在我們的理解中應(yīng)該能夠畫(huà)出如圖1所示的真實(shí)等高線與圖形（水下地形未考慮），但在實(shí)際生成等高線時(shí)情況卻是完全不同的（如圖2），這樣的圖形只能稱之為錯(cuò)誤，連修改的可能都沒(méi)有.

形成原因：計(jì)算機(jī)成圖軟件在等高線的生成過(guò)程中，是把所有外業(yè)實(shí)測(cè)高程點(diǎn)數(shù)據(jù)做為等坡度地形來(lái)處理的，它只根據(jù)高程數(shù)據(jù)來(lái)畫(huà)圖而不會(huì)考慮任何其他情況，所以就出現(xiàn)了錯(cuò)誤的等高線圖形［6］.

問(wèn)題處理：這種情況下的處理方法比較簡(jiǎn)單，不需要外業(yè)多測(cè)任何高程點(diǎn)，只要在內(nèi)業(yè)計(jì)算機(jī)圖面上補(bǔ)足必要的點(diǎn)即可（如圖3）.由于崖上較為平坦，所以我們?nèi)藶榈丶恿?個(gè)等值高程點(diǎn)，而崖下水面是平的，所以根據(jù)水面另一端所測(cè)數(shù)值，又加了4個(gè)高程點(diǎn).這些內(nèi)業(yè)加點(diǎn)雖然是內(nèi)業(yè)補(bǔ)足的，但與實(shí)地真實(shí)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(diǎn)應(yīng)追加到數(shù)據(jù)文件中去，這種追加所有測(cè)量軟件都是可以做到的.即使做不到這一點(diǎn)，也可以根據(jù)圖面加點(diǎn)位置的坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)人為寫(xiě)入數(shù)據(jù)文件中.）這樣，再重新生成等高線時(shí)就生成了如圖3所示的圖形，這個(gè)圖形則是完全正確與實(shí)地一致的.此時(shí)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(diǎn)后情況Fig.3 Result after office work

需要指出的是：實(shí)測(cè)中外業(yè)缺點(diǎn)情況是普遍存在的，我們頭腦中的想法與計(jì)算機(jī)軟件的認(rèn)識(shí)是完全不同的，而外業(yè)實(shí)測(cè)也并非真的缺少實(shí)測(cè)地形點(diǎn)，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(shí)地具體情況，只有這樣才能內(nèi)業(yè)做出符合實(shí)地情況的等高線.常見(jiàn)的缺點(diǎn)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(guò)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(huì)在地性線處拐彎，否則等高線就會(huì)直接穿越地性線造成錯(cuò)誤的等高線走向.

常見(jiàn)問(wèn)題現(xiàn)象：（1）等高線穿越了地性線；（2）對(duì)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(cuò)誤的原因，一是地性線未連接使用，二是外業(yè)采點(diǎn)數(shù)量不足夠，三是軟件不完善.

問(wèn)題處理：外業(yè)作業(yè)中，采集數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)盡量在地形變換點(diǎn)上打點(diǎn)，分水線與合水線上的點(diǎn)應(yīng)該采足，在外業(yè)草圖中應(yīng)把分水線、合水線連線，對(duì)于走等高線的大溝來(lái)說(shuō)，除了連線溝底線外，還應(yīng)把溝幫點(diǎn)連線，并及時(shí)與內(nèi)業(yè)溝通.內(nèi)業(yè)制圖中，對(duì)于外業(yè)連線的地性線，計(jì)算機(jī)圖面也要連線，并在等高線的生成時(shí)要應(yīng)用這些地性線（很多成圖軟件能識(shí)別地性線）.對(duì)于外業(yè)草圖溝幫連線的點(diǎn)，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(huì)足夠，即使應(yīng)用了地性線，又內(nèi)業(yè)補(bǔ)足了一些必要點(diǎn)，其生成的等高線也不會(huì)完準(zhǔn)確，或多或少會(huì)偏離正確位置，這時(shí)只要按照?qǐng)D面上的地性線和溝幫等特征線把它們修改過(guò)來(lái)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(huà)都可以.

2.4 地形圖內(nèi)面積較大區(qū)域不需要等高線問(wèn)題

在地形圖的測(cè)繪過(guò)程中，有時(shí)會(huì)遇到較大面積不需要繪制等高線而只需要加注高程點(diǎn)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(huì)使等高線失真，所以在內(nèi)業(yè)生成等高線過(guò)程中應(yīng)避開(kāi)這些區(qū)域.

問(wèn)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(jiǎn)單得多（區(qū)域外圍都有高程點(diǎn)，計(jì)算機(jī)軟件會(huì)認(rèn)為此區(qū)域內(nèi)高程變化是與周?chē)叱痰绕露茸兓?，所以區(qū)域內(nèi)也會(huì)有稀疏的等高線存在），但也不是我們所需要的.這時(shí)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(diǎn)，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(guò)來(lái).

2.5 大面積測(cè)區(qū)等高線的生成

當(dāng)要成等高線的測(cè)區(qū)面積較大（如超過(guò)10 km2）時(shí)，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(huì)有比較大的困難：其一外業(yè)測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于每天所測(cè)地區(qū)的地貌特點(diǎn)不會(huì)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(lái)非常麻煩，工作量大是一個(gè)原因，主要還是由于不能準(zhǔn)確了解實(shí)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(jì)算機(jī)配置影響，當(dāng)大面積一次生成等高線時(shí)，其內(nèi)存占用量很大，有時(shí)拖動(dòng)圖面會(huì)很困難，這樣也會(huì)影響內(nèi)業(yè)的圖面修改速度.

問(wèn)題處理：一是及時(shí)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(tái)以備恢復(fù)使用.這樣當(dāng)圖面較大，做圖時(shí)間較長(zhǎng)，刪除的內(nèi)容較多時(shí)，這些垃圾會(huì)占有大量的空間，有時(shí)都能超過(guò)圖面大小.所以及時(shí)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(pán)也是一種很好地選擇，切塊存盤(pán)以后的圖面是很干凈的，沒(méi)有任何垃圾.二是分片階段性地生成等高線.當(dāng)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(shí)，可以分塊生成等高線.生成時(shí)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(huà)生成區(qū)域時(shí)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(diǎn)，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(cè)區(qū)又能成等高線時(shí)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(diǎn)的外業(yè)點(diǎn)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(shí)的內(nèi)業(yè)補(bǔ)點(diǎn)

數(shù)字化外業(yè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，理論上各種比例尺地形圖的高程注記點(diǎn)密度為圖上3～4 cm一個(gè)，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)密度為圖上1.5～2 cm一個(gè).但實(shí)際作業(yè)中有時(shí)很難做到這一點(diǎn)，比如在樹(shù)高林密的山坡上，通視條件不佳，不論是全站儀還是動(dòng)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(diǎn)引到能收到信號(hào)的空曠地上（不論在其中還是周?chē)?，總?huì)找到這樣的地方），然后全站儀用支導(dǎo)線的方法，一站幾個(gè)地形點(diǎn)向前推進(jìn)，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(jiàn)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(shí)外業(yè)采點(diǎn)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(shí)際工作中常常遇到，而且從理論上說(shuō)也是能滿足測(cè)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(shí)還要人為地加上一些高程點(diǎn)數(shù)據(jù).

問(wèn)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(diǎn).插點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意方式，復(fù)制其他高程點(diǎn)就字改字是不可取的.其一是高程注記點(diǎn)的點(diǎn)內(nèi)是含高程值信息的，復(fù)制過(guò)來(lái)的點(diǎn)其內(nèi)信息與插點(diǎn)位置高程是不一致的，這為將來(lái)的用圖可能留下隱患（比如圖上切剖面、圖上土方量計(jì)算等）；其二是數(shù)據(jù)文件中沒(méi)有后補(bǔ)點(diǎn)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(méi)有等高線

圖上生成等高線后，局部三角形內(nèi)沒(méi)有等高線，是空白的，等高線斷開(kāi)了.這是因?yàn)樵诮―TM生成三角網(wǎng)時(shí)，有些三角形的形狀不佳，個(gè)別角度過(guò)小，而在三角形過(guò)濾時(shí)又沒(méi)濾去，當(dāng)生成的等高線穿過(guò)時(shí)，由于等高線生成時(shí)的步長(zhǎng)大于穿越三角形的寬度，所以在圖面上的表達(dá)就斷開(kāi)了，形成空白.

問(wèn)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(shí)，修改等高線的生成步長(zhǎng).

3 結(jié)論

（1）生成等高線時(shí)應(yīng)該先進(jìn)行預(yù)處理，以剔除可能存在的錯(cuò)誤高程點(diǎn).

（2）預(yù)處理時(shí)應(yīng)該根據(jù)外業(yè)草圖補(bǔ)足地性線以及關(guān)鍵部位的高程點(diǎn)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(jìn)行，應(yīng)該短期內(nèi)逐片生成，計(jì)劃的接邊區(qū)域外業(yè)采集點(diǎn)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(shí)，應(yīng)先進(jìn)行拖拽修改，后進(jìn)行剪切修改.（剪切會(huì)“炸碎”等高線，使得其后的拖拽變得困難，步長(zhǎng)越短越碎.）

（5）等高線的修改工作應(yīng)在圖面等高線沒(méi)有大的走向錯(cuò)誤后再進(jìn)行.

［1］薄繼康，張強(qiáng)華.AutoCAD 2002實(shí)用教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005:55—70.

［2］馮國(guó)強(qiáng).數(shù)字化內(nèi)業(yè)制圖測(cè)站糾錯(cuò)問(wèn)題的研究［J］.測(cè)繪科學(xué)，2007，6（32）:148—149.

［3］楊德麟，等.大比例尺數(shù)字化測(cè)圖的原理方法與應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001:73—82.

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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(guó)強(qiáng)（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(zhǎng)春市亞泰大街4026號(hào)，E-mail//fenggq@jlu.edu.cn