ArcGIS 與南方CASS 軟件在大比例尺地形圖制圖中的應(yīng)用

陳慧慧

（甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心，甘肅 蘭州 730000）

1 研究背景

大比例尺地形圖在水利、交通等基建工程中是一項(xiàng)基礎(chǔ)性測(cè)繪成果，傳統(tǒng)大比例尺地形圖測(cè)繪根據(jù)地形復(fù)雜程度，工程工期往往無(wú)法滿足項(xiàng)目的需求。航空攝影測(cè)量在大比例尺地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用已十分成熟，近年來(lái)該項(xiàng)技術(shù)也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，地形圖獲取周期也極大縮短。外業(yè)航攝數(shù)據(jù)的獲取根據(jù)區(qū)域面積及影像分辨率大小，獲取時(shí)間基本可以確定。外業(yè)航攝數(shù)據(jù)獲取后，在保證地形圖制圖數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下，采用的技術(shù)方法對(duì)如何縮短制圖時(shí)間有很大影響。本文總結(jié)ArcGIS 與南方CASS 軟件在大比例尺地形圖制圖中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以便工作人員能快速輸出地形圖制圖產(chǎn)品。

2 技術(shù)流程

技術(shù)路線如圖1 所示。

2.1 DEM 的獲取

數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model），簡(jiǎn)稱DEM。目前點(diǎn)云獲取的常用方法為無(wú)人機(jī)航攝匹配密集點(diǎn)云或搭載激光雷達(dá)傳感器直接獲取。無(wú)人機(jī)航攝匹配密集點(diǎn)云是在空三加密結(jié)果滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件匹配算法獲取密集點(diǎn)云；激光雷達(dá)點(diǎn)云是用激光器發(fā)射光源，采用光電探測(cè)手段的主動(dòng)式遙感設(shè)備，可以穿透部分植被，采集到地面反射數(shù)據(jù)，獲取海量三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)[1]。上述2 種方法獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)后并對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行地面點(diǎn)分類，經(jīng)過(guò)處理后得到所需格網(wǎng)尺寸的DEM。

2.2 影像數(shù)據(jù)處理

利用精度滿足要求的DEM 數(shù)據(jù)，對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字微分糾正，生成數(shù)字正射影像圖（Digital Orthophoto Map，簡(jiǎn)稱DOM）。

2.3 獲取等高線及高程點(diǎn)數(shù)據(jù)

利用符合精度要求的DEM 生成等高線數(shù)據(jù)，基于DOM 人工選取高程注記矢量點(diǎn)shp 數(shù)據(jù)，利用DEM賦值矢量點(diǎn)提取高程注記點(diǎn)高程。

2.4 地物地貌的采集

通過(guò)對(duì)DOM 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)分幅，利用南方CASS9.2軟件加載分幅影像進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)采集，采集時(shí)保持原始記錄的完整性、正確性，不應(yīng)斷缺、遺漏、移位。

2.5 數(shù)據(jù)整合編輯整飾

等高線和高程點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取后與地物采集數(shù)據(jù)整合到一起，按照?qǐng)D式規(guī)范要求整飾地形圖圖面及圖廓內(nèi)容，并按標(biāo)準(zhǔn)分幅輸出。

圖1 技術(shù)路線

3 案例應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

以某地區(qū)1∶2 000 地形圖測(cè)繪項(xiàng)目為例，該地區(qū)地形以山地為主，南北有大量山區(qū)，中部偏南坐落著大面積盆地，測(cè)區(qū)范圍位于盆地內(nèi)，地勢(shì)相對(duì)平坦，居民地相對(duì)集中。

3.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

本文DEM 獲取方式采用激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用點(diǎn)云軟件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，濾波占有極其重要的位置，濾波識(shí)別的地面點(diǎn)可直接用于生成DEM、歸一化數(shù)字表面模型等產(chǎn)品。

機(jī)載雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)分類采用了分層分類的思路，首先把點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的地面點(diǎn)和非地面點(diǎn)分離開(kāi)，并利用地面點(diǎn)生成DEM。

3.3 DOM 處理

利用圖像處理軟件對(duì)影像進(jìn)行色彩、亮度和對(duì)比度的調(diào)整處理，對(duì)于影像中的臟點(diǎn)、劃痕等問(wèn)題及現(xiàn)象，應(yīng)查找和分析原因，并進(jìn)行相應(yīng)的影像處理。對(duì)相鄰的像片DOM 應(yīng)檢查鑲嵌的接邊精度是否符合規(guī)范規(guī)定，誤差超限時(shí)應(yīng)返工處理。鑲嵌后的影像應(yīng)確保無(wú)明顯拼接痕跡，過(guò)渡自然，紋理清晰。按標(biāo)準(zhǔn)的圖幅（50 cm×50 cm）范圍裁切數(shù)據(jù)，生成圖幅DOM。DOM 成果格式為*.tif 及*.tfw。

3.4 DOM 及DEM 精度分析

本項(xiàng)目主要利用DOM 和DEM 數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行地形圖的生產(chǎn)，所以數(shù)據(jù)采集生產(chǎn)前要保證DOM 和DEM 的精度滿足規(guī)范要求。采用外業(yè)實(shí)測(cè)平高點(diǎn)來(lái)檢測(cè)DOM和DEM 的精度，共檢測(cè)平面點(diǎn)位52 個(gè)，平面中誤差0.10 m；檢測(cè)高程點(diǎn)70 個(gè)，高程中誤差0.21 m，滿足規(guī)范要求。具體情況如表1、表2 所示。

表1 平面點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)（單位：m）

表2 DEM 精度統(tǒng)計(jì)（單位：m）

3.5 等高線及高程點(diǎn)的處理

3.5.1 等高線的生成及處理

利用ArcGIS 軟件中3D Analyst“等值線”功能，根據(jù)柵格表面創(chuàng)建等值線的線要素類。即利用DEM 數(shù)據(jù)生成地形圖等高線，此功能輸出的等高線折線角度相對(duì)較大，利用該軟件制圖工具“平滑線”功能對(duì)輸出的等高線折線進(jìn)行平滑，平滑容差根據(jù)地形圖等高距確定。等值線生成操作界面如圖2 所示。平滑線生成操作界面如圖3 所示。

圖2 等值線生成操作界面

圖3 平滑線生成操作界面

3.5.2 高程注記點(diǎn)處理

在ArcGIS 軟件中新建*.shp 文件并加載DOM，依據(jù)地形圖高程注記點(diǎn)密度要求在DOM 底圖上均勻選取shp 點(diǎn)?；贏rcGIS 軟件中“Spatial Analyst Tools”提取分析中的“值提取至點(diǎn)”功能，利用已選取的shp點(diǎn)提取高程注記點(diǎn)的高程值，該功能主要是基于點(diǎn)要素提取柵格的像元值，并將這些值記錄到輸出要素類的屬性表。高程點(diǎn)選取位置示意圖如圖4 所示，值提取至點(diǎn)示意圖如圖5 所示。

圖4 高程點(diǎn)選取位置示意圖

圖5 值提取至點(diǎn)示意圖

3.6 地物數(shù)據(jù)采集

地物數(shù)據(jù)采集時(shí)，底圖采用1∶2 000 分幅DOM，利用CASS9.2 軟件加載分幅DOM，基于DOM 選取不同地物符號(hào)進(jìn)行線劃圖繪制。部分帶有方向性屬性的地物地貌，利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)判定地物地貌方向性后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)內(nèi)業(yè)不確定的地物進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪?；跓o(wú)人機(jī)航攝的高分辨率DOM，外業(yè)調(diào)繪的工作量相對(duì)較少，主要是性質(zhì)注記調(diào)繪。數(shù)據(jù)采集示意圖如圖6所示。

3.7 地形圖的整飾

地形圖的內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分：測(cè)量控制點(diǎn)、居民地、獨(dú)立地物、管線與垣柵、境界、道路、水系、地貌與土質(zhì)、植被、注記、圖廓整飾等。圖廓整飾是對(duì)地形圖的外部整飾，是地形圖圖面的設(shè)計(jì)與表達(dá)[2]。對(duì)上述地形圖的內(nèi)容按照?qǐng)D式規(guī)范整飾是地形圖制圖的重要環(huán)節(jié)。而南方Cass9.2 軟件采集地形圖內(nèi)容信息快，操作快捷，但輸出的內(nèi)容顏色及注記大小和圖式要求不一致，通過(guò)與《國(guó)家基本比例尺地圖圖式第一部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000 地形圖圖式》規(guī)定的符號(hào)大小及顏色對(duì)比分析，總結(jié)出一套利用CASS 軟件到標(biāo)準(zhǔn)出圖的轉(zhuǎn)換參數(shù)，如表3 所示，利用Cass9.2軟件批量選擇功能可以快速對(duì)地形圖圖層顏色、線型寬度等圖面內(nèi)容進(jìn)行整飾，極大提高工作效率。圖面內(nèi)容整飾完成后，CASS 軟件可快速按標(biāo)準(zhǔn)分幅，分幅前圖廓整飾各參數(shù)按表4 輸入，輸出的制圖數(shù)據(jù)圖廓符合圖式要求，直接出圖打印。

表3 CASS 各圖層參數(shù)表

表4 圖廓整飾各參數(shù)表

4 結(jié)論

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)是一種非常便捷靈活的技術(shù)方法，而且可以獲得非常精確的測(cè)繪成果，所以在大比例尺地形圖測(cè)圖工作中有很高的應(yīng)用價(jià)值[3]。利用ArcGIS 與南方CASS 軟件獲取大比例尺地形圖制圖數(shù)據(jù)的技術(shù)方法，可在無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)成果的基礎(chǔ)上快速輸出制圖數(shù)據(jù)，為工期緊、要求精度高的工程項(xiàng)目提供技術(shù)保障，但對(duì)房屋測(cè)繪要求較高的項(xiàng)目，需考慮房檐改正。同時(shí)該技術(shù)方法為應(yīng)急測(cè)繪的制圖需求提供參考，具有一定推廣價(jià)值。