Global Mapper在水利工程中制作DLG的應(yīng)用探討

張大方

（安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院有限公司，合肥 230031）

隨著無人機(jī)和遙感技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于地理信息數(shù)據(jù)獲取的方式和手段越來越多，地理信息得到空前的快速發(fā)展。地理信息系統(tǒng)（GIS）作為一種集成了地理數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、管理、分析和顯示功能的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，已經(jīng)成為各個(gè)領(lǐng)域的重要工具。而數(shù)字線劃圖（DLG）作為一種表示地理空間數(shù)據(jù)的可視化方式，也在水利工程、城市規(guī)劃、交通管理、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

在傳統(tǒng)的測繪方法中，通過全站儀或RTK等設(shè)備得到基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)，運(yùn)用CASS 等軟件繪制地形圖及相應(yīng)的縱橫斷面圖的生產(chǎn)模式，但是由于無人機(jī)、機(jī)載激光掃描儀以及多波束等新產(chǎn)品新技術(shù)的應(yīng)用，其所產(chǎn)生的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和現(xiàn)有DLG需要的數(shù)據(jù)無法有效結(jié)合，再加上現(xiàn)階段設(shè)計(jì)生產(chǎn)所需要的測繪產(chǎn)品還是以傳統(tǒng)的DLG和縱橫斷面為基礎(chǔ)，所以傳統(tǒng)模式繪制方法不再適用現(xiàn)階段的生產(chǎn)需求。

安徽六安一地區(qū)預(yù)翻建大型渡槽，六安屬大別山區(qū)域，地形地質(zhì)復(fù)雜多變，傳統(tǒng)測繪方法測量困難。該項(xiàng)目需實(shí)測1∶500地形圖5 km2，項(xiàng)目實(shí)施前期搜集到基礎(chǔ)控制資料后，通過無人機(jī)航測，搭載機(jī)載激光雷達(dá)獲取該區(qū)域地圖影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)。本文基于Global Mapper，對(duì)其無人機(jī)航測獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，快速、高效得到滿足水利工程應(yīng)用需求的DLG數(shù)據(jù)。

1 Global Mapper簡介

Global Mapper 是一款功能強(qiáng)大的GIS 軟件，提供多種數(shù)據(jù)格式的導(dǎo)入和導(dǎo)出，包括Shapefile、DXF、GeoJSON 等。用戶可以通過該軟件對(duì)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、處理、分析和可視化。此外，Global Mapper還提供了豐富的地圖投影和轉(zhuǎn)換功能，可以幫助用戶將地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為其他投影體系，以便于在不同的應(yīng)用場景中使用。Global Mapper 不僅能夠?qū)鹘y(tǒng)的點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示為光柵地圖、高程地圖、矢量地圖，還可以將DEM、DOM 數(shù)據(jù)顯示為光柵地圖、高程地圖、矢量地圖，并且可以對(duì)地圖進(jìn)行編輯、轉(zhuǎn)換、打印、記錄GPS及利用數(shù)據(jù)的GIS功能，除此之外還可有直接訪問衛(wèi)星照片Terra Server 數(shù)據(jù)庫和Global Mapper 內(nèi)部的地形圖及以真實(shí)的3D方式查看高程地圖的功能。

2 Global Mapper制作DLG的方法

2.1 Global Mapper數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與處理

基于Global Mapper 制作DLG 流程見圖1。從圖1 可以看出，在制作DLG 的過程中，利用常規(guī)的CASS 等繪圖軟件是無法實(shí)現(xiàn)直接從DEM、DOM 到CASS 出圖。首先，無人機(jī)外業(yè)結(jié)束后會(huì)得到相應(yīng)的DEM、DOM 或點(diǎn)云數(shù)據(jù)，CASS 可以簡單地通過DOM內(nèi)插影像的方式得到地形圖的地物，但是由于CASS 無法直接打開應(yīng)用DEM，其地形圖的地面地形數(shù)據(jù)無法得到。在這個(gè)過程中可以通過Global?Mapper 打開DEM，在投影信息設(shè)置后直接加載DEM，或加載點(diǎn)云數(shù)據(jù)（.las）或多波束數(shù)據(jù)（.xyz）創(chuàng)建矢量高程格網(wǎng)，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)處理得到DEM，再通過Global Mapper 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)化功能直接生產(chǎn)DLG 或轉(zhuǎn)化出利于常規(guī)繪圖軟件利用的數(shù)據(jù)格式進(jìn)一步制作DLG。

圖1 基于Global Mapper制作DLG流程圖

2.2 地形地理數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)需求，搭載激光雷達(dá)的無人機(jī)在該區(qū)域設(shè)置好相關(guān)參數(shù)對(duì)需要成圖的區(qū)域進(jìn)行航飛測量（見圖2），經(jīng)過外業(yè)作業(yè)、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理得到全區(qū)域的DOM、DEM和雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

圖2 項(xiàng)目區(qū)域正射影像

（1）等高線的生成。在Global Mapper 中加載DEM 或輸入點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成DEM，設(shè)置好投影方式、基準(zhǔn)選擇等參數(shù)，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求自定義創(chuàng)建新圖元，根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置等高距，選擇相應(yīng)的插值方式在新圖元內(nèi)生成等高線（見圖3），新生成的等高線輸出矢量雷達(dá)數(shù)據(jù).dwg 可供常規(guī)繪圖軟件直接修改應(yīng)用。在等高線生成過程中存在濾波沒有完全按照地面點(diǎn)過濾的情況，需在線形處理過程中根據(jù)正射影像和地面高程點(diǎn)對(duì)于房屋屋頂和樹冠處進(jìn)行合理修改，也會(huì)發(fā)現(xiàn)測區(qū)存在坡坎與等高線關(guān)系不合理，可重新濾波生成等高線或根據(jù)點(diǎn)云成果數(shù)據(jù)對(duì)不合理處進(jìn)行修改。

圖3 Global Mapper基于DEM生成等高線

（2）高程點(diǎn)的獲取。直接基于DEM 輸出高程網(wǎng)格格式.dxf或?qū)c(diǎn)云數(shù)據(jù)直接進(jìn)行濾波后直接輸出高程網(wǎng)格格式.dxf。

（3）地理數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)，把DEM 或點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過輸出光柵/圖像格式，利用渲染后的DEM 光柵影像可以分辨地形的坎坡等地理要素，再通過無人機(jī)航測生成的DOM 獲取地表數(shù)據(jù)。通過以上數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式再利用測繪常規(guī)繪圖軟件可完成DLG的制作。

2.3 成圖數(shù)據(jù)分析

DLG利用點(diǎn)、線、面來描述要素的幾何特征，直接利用Global Mapper轉(zhuǎn)換的后的數(shù)據(jù)會(huì)存在疊加和相交的問題，在繪圖修改的過程中要進(jìn)一步疊加DOM、柵格渲染DEM等加以改正，實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)邏輯正確。

制作完成的DLG成果通過實(shí)際測量的數(shù)據(jù)，結(jié)合模型上的數(shù)據(jù)，分別選取建筑物平面位置檢查點(diǎn)10 個(gè)點(diǎn)，高程檢查點(diǎn)10 個(gè)點(diǎn)。野外實(shí)測數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果見表1 和圖4，從結(jié)果看數(shù)據(jù)質(zhì)量滿足水利工程項(xiàng)目1∶500地形圖的要求。

表1 建筑物平面位置檢查結(jié)果m

圖4 高程檢查點(diǎn)差值柱狀圖

3 總結(jié)

本文探討了如何基于Global Mapper 制作DLG的方法，包括利用Global Mapper對(duì)無人機(jī)航測數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化與處理、快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后高效地被傳統(tǒng)繪圖軟件使用、生成DLG文件和DLG數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性檢核。通過這種方法，可以方便地將地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可視化的形式，為水利工程建設(shè)領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、高效的地理數(shù)據(jù)，隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，基于GlobalMapper 制作DLG 應(yīng)用的方法也將不斷完善和優(yōu)化，為水利工程提供更加便捷、高效的服務(wù)。