影像地形圖在坦桑尼亞中央鐵路預(yù)可研階段的應(yīng)用

周 琦

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 概述

我國在西部測圖重大測繪項目中，通過采用影像地形圖的制作，填補(bǔ)了西部困難地區(qū)200萬平方公里1∶5萬地形圖的空白;中石油華北分公司曹彥章等人也嘗試用GE中高分辨率影像結(jié)合地形圖開展了數(shù)字影像圖的制作研究。目前，衛(wèi)星成像技術(shù)和傳感器平臺的高速發(fā)展，使得全球范圍內(nèi)基本都具備了可供使用的免費數(shù)字產(chǎn)品，而類似Google Earth、Virtual Earth、天地圖等數(shù)據(jù)平臺為我們提供了大量影像數(shù)據(jù)的獲取窗口。

結(jié)合坦桑尼亞中央鐵路在預(yù)可研階段基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)資料相對較少、獲取難度大的特點，提出了一套利用免費數(shù)據(jù)進(jìn)行境外鐵路預(yù)可研階段中小比例尺地形圖制作的方法，形成附帶屬性信息和要素信息的影像地形圖文件，與鐵路線位進(jìn)行空間和屬性關(guān)聯(lián)，為專業(yè)選線和設(shè)計提供有效的數(shù)據(jù)保障。

2 影像地形圖制作流程

影像地形圖主要由數(shù)字正射影像(Digital Orthophoto Topographic Map，DOM)與矢量數(shù)據(jù)組成，經(jīng)過數(shù)據(jù)編輯、信息采集和要素篩選等，形成最終的成果文件。

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

在預(yù)可研階段，根據(jù)收集到的線路方案，確定數(shù)據(jù)區(qū)域范圍。需收集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括DEM、DOM數(shù)據(jù)和矢量信息，該類數(shù)據(jù)可通過免費下載獲取。

DEM數(shù)據(jù):收集和下載數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的SRTM和GDEM數(shù)據(jù)。

DOM數(shù)據(jù):收集和下載Google Earth、Google Map影像、全球范圍內(nèi)的免費TM影像等。

矢量數(shù)據(jù):下載全球免費矢量數(shù)據(jù)，結(jié)合DOM數(shù)據(jù)和Google Earth平臺進(jìn)行矢量采集。

孕婦激素水平的增高，致使靜脈中的血流量增加，同時由于妊娠子宮壓迫盆腔靜脈，影響下肢靜脈回流所致。持久站立位工作，妊娠晚期腹內(nèi)壓力的增加，都促使癥狀加重。當(dāng)然，這種現(xiàn)象會隨孕期的消失而消失。

2.2 DOM數(shù)據(jù)制作

鐵路項目設(shè)計前期可采用小比例尺地形圖進(jìn)行規(guī)劃，目前主要采用1∶5萬比例尺地形圖。根據(jù)項目規(guī)劃信息確定研究區(qū)域，以此區(qū)域做為影像圖的范圍。

在大范圍的區(qū)域，DOM數(shù)據(jù)主要采用免費的TM影像組成，通過對其波段重組、色彩分析，結(jié)合線路設(shè)計的坐標(biāo)投影方式，通過轉(zhuǎn)換后使其成為線路設(shè)計的影像底圖。對重點區(qū)域和段落進(jìn)行衛(wèi)星影像的下載，通過對Google Map(GM)數(shù)據(jù)接口的二次開發(fā)，形成基于服務(wù)器端的最高層金字塔影像的下載，該類影像具備以下優(yōu)點:

①提供了全球大部分地區(qū)的衛(wèi)星影像，影像間拼接無縫，按照金字塔結(jié)構(gòu)存放。

②清晰度高，在大、中城市部分影像的分辨率達(dá)到了0.5 m。

③數(shù)據(jù)免費，獲取方便。

2.3 矢量數(shù)據(jù)生成

(1)等高線數(shù)據(jù)的生成

通常情形下，等高線數(shù)據(jù)可利用物方DEM內(nèi)插出等高線，存為二進(jìn)制文件。用于等高線生成的DEM格網(wǎng)間距要符合要求，必要時對等高線文件可導(dǎo)入測圖模塊進(jìn)行修測。

獲取到的免費數(shù)據(jù)中，SRTM數(shù)據(jù)和GDEM數(shù)據(jù)均存在區(qū)域漏洞和異常。在研究過程中，參照機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的處理流程，對下載的數(shù)據(jù)進(jìn)行離散化處理，形成含有三維地表信息的點云數(shù)據(jù)后進(jìn)行濾波處理，剔除異常點后，再形成連續(xù)、光滑的數(shù)字地面模型，內(nèi)插生成等高線和高程點，再對等高線進(jìn)行平滑、接邊等處理，即完成等高線數(shù)據(jù)的生成。

(2)地物數(shù)據(jù)的生成

在制作影像地形圖的過程中，地物數(shù)據(jù)不是全要素采集，一般只表示一些重要的要素，如重要道路、主要河流等，采集的過程則按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對地物進(jìn)行代碼分層記錄和量測。影像地形圖的地物數(shù)據(jù)采集則包括兩種方式:

①在收集到的矢量文件中進(jìn)行選擇。

②直接在DOM上進(jìn)行平面量測。

(3)矢量文件的導(dǎo)出

將生成后等高線數(shù)據(jù)和地物數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，以文件導(dǎo)出，作為制作數(shù)字正射影像地形圖的矢量要素部分。圖1為某一矢量文件的示意。

2.4 矢量數(shù)據(jù)及影像合成

利用CAD等軟件進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)與影像的疊加合成，在合成過程中，必須保證影像數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)的高度一致，以實現(xiàn)嚴(yán)格迭加。疊加完畢后依據(jù)航測外業(yè)調(diào)繪的成果添加文字注記，如居民地、水系、道路等，還可以根據(jù)各專業(yè)的實際需要，添加其他要素，如鐵路線位等。

制作影像地形圖的技術(shù)流程如圖2所示。

圖1 矢量文件要素示意

圖2 影像地形圖制作流程

3 數(shù)據(jù)制作與具體應(yīng)用

以坦桑尼亞中央鐵路前期研究為例，對影像地形圖在境外鐵路預(yù)可研階段的制作方法與應(yīng)用開展分析。

坦桑尼亞位于非洲的中東部，氣溫條件惡劣，年平均氣溫21℃ ～25℃，終年濕熱。地形復(fù)雜，東部沿海為低地，西部為內(nèi)陸高原，東北部乞力馬扎羅山的基博峰海拔5 895 m，是非洲最高峰。坦桑尼亞中央鐵路東起首都達(dá)累斯薩利姆，終至基戈馬，全長約1 150 km。該地區(qū)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，基礎(chǔ)資料匱乏，收集困難。

3.1 DEM和DOM數(shù)據(jù)收集制作

根據(jù)項目信息，確定坦桑尼亞中央鐵路研究區(qū)域后，經(jīng)查閱發(fā)現(xiàn)Google Earth上影像為2013年5月拍攝，且分辨率為0.5 m。因此，DOM數(shù)據(jù)采用Google影像來制作。該線路區(qū)域基本為平地，DEM數(shù)據(jù)采用在平地精度更高的SRTM數(shù)據(jù)(如圖3所示)。

圖3 DEM和DOM數(shù)據(jù)示意

3.2 矢量文件制作

參照《國家基本比例尺地圖圖式》1∶5萬地形圖圖式中的規(guī)定，將等高線、高程點根據(jù)不同的屬性，制定對應(yīng)的層碼，形成CAD可以讀取的dwg格式文件(如圖4所示)。

圖4 矢量文件示意

3.3 矢量與影像合并

將區(qū)域內(nèi)的五萬影像底圖、矢量文件、矢量要素文件合并疊加，即可得到1∶5萬影像地形圖(如圖5所示)。

圖5 坦桑尼亞中央鐵路1∶5萬影像地形圖

3.4 選線應(yīng)用

在全線范圍內(nèi)提供的1∶5萬影像地形圖可作為設(shè)計底圖疊加到線位上，也可作為基礎(chǔ)設(shè)計資料應(yīng)用于選線過程。在坦桑尼亞國內(nèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏的情況下，為鐵路線路設(shè)計提供了有效的數(shù)據(jù)保障(如圖6所示)。

圖6 影像地形圖與線路方案疊加

4 結(jié)束語

在境外鐵路項目的預(yù)科研階段，大部分區(qū)域沒有1∶5萬地形圖。在坦桑尼亞中央鐵路中利用免費數(shù)據(jù)進(jìn)行中小比例尺影像地形圖的方法，大大彌補(bǔ)了沒有小比例尺地形圖的缺陷，給前期研究工作帶來了極大的方便，對優(yōu)化線路起到了重要作用，目前該方法已成功應(yīng)用到多個境外生產(chǎn)項目中。

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