城市大比例尺地形圖數據更新方法及其應用

肖煒枝

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

城市大比例尺地形圖數據更新方法及其應用

肖煒枝

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060)

以筆者所在單位近幾年研制采用的城市大比例尺地形圖數據更新方法為例，分析討論了分別采用機載LiDAR技術、地面LiDAR技術、地圖綜合縮編軟件、建設工程竣工測量成果、傳統地形圖更新修補測方法進行城市大比例尺地形圖數據更新的工作流程、技術方法，對各自優缺點進行了比較，建議5種地形圖更新方法相互借鑒補充配合使用。

地形圖更新；比例尺；竣工測量；地圖縮編；LiDAR

隨著測繪技術的發展，機載LiDAR、地面LiDAR、移動道路測量、無人機等多種新型測量儀器和設備應運而生，極大地改變了傳統的測繪作業模式，減輕了外業工作量，豐富了測繪產品類型。另外，用于城市規劃、工程設計、施工放樣、建設和管理等的地形圖需求量增多，且對現勢性的要求越來越高。為了滿足城鄉發展建設的需要，并提高地形圖現勢性，地形圖數據更新問題顯得尤為重要。地形圖動態更新技術已成為測繪科技領域研究的重點與熱點之一，城市建設工程竣工測量成果、LiDAR點云數據成為城市大比例尺地形圖更新的重要數據源。

國家測繪地理信息局于2006年啟動了數字城市地理空間框架建設的試點工作，面向政務和公眾版的電子地圖數據是城市地理空間框架和地理信息服務平臺的核心基礎數據，而政務和公眾版電子地圖來源于基礎地形圖。因此，如何快速、高效地利用大比例尺基礎地形圖綜合縮編成城市系列比例尺電子地圖，加快系列城市地形圖更新周期也是數字城市和智慧城市建設必須面對的一個問題。

為加快城市大比例尺地形圖數據更新速度，筆者所在單位聯合武漢大學、清華山維新技術有限公司、北京市測繪設計研究院等開展了多源大比例尺地形圖數據更新方法研究，取得了一系列研究成果，并得到了實際應用。

一、機載LiDAR技術更新城市大比例尺地形圖

應用清華山維新技術有限公司開發的EPS2008機載激光測圖軟件，選擇1∶5000的模板，進行地形圖更新。工作步驟包括：調入影像圖和點云數據；繪制道路、河流等圖幅內的主要骨架地物(水系、綠地、道路、工礦等地物)；繪制居民地；根據高程、等高線或利用斷面圖判讀并繪制陡坎、斜坡；疊加等高線并處理等高線與地貌之間的關系，以及等高線與陡坎、斜坡的關系；添加高程點；圖廓整飾；圖幅接邊。采用機載LiDAR技術更新1∶5000地形圖的作業流程如圖1所示。

圖1 機載LiDAR技術更新1∶5000地形圖作業流程

1∶5000成圖可采用內外業綜合法進行：對于城鎮無等高線的地形圖，先在室內按影像進行全要素采集，采集完成后到實地調繪、定性、巡視及修補，即先內業后外業的方式；對于有等高線的林地，如果從圖上可以判讀激光點打到了地面，即疏林地區，采用先內業后外業的方式，對于密林地區或激光點云打不到的盲點區域，采用先外業后內業的方式，先調繪叢林(灌木叢)的高度或盲點區域，再進行內業作業。

熊登亮等研究了機載LiDAR技術在測制城市1∶1000地形圖中的應用[1]。其基本原理和工作步驟與筆者所在單位的技術方案類似。主要工作步驟包括航線設計、地面GPS基站布設、像控及檢查點測量、數據解算及激光點云分類處理、DEM及DOM制作、1∶1000 DLG制作、坐標轉換8大步驟。1∶1000 DLG制作在MicroStation工作站上進行。數據采集時，根據圖幅位置引入恢復相應的影像立體模型，并對各類地物要素進行采集。首先利用LiDAR點云提取出等高線及高程注記點數據，并與點云提取的數據合并；其次利用CASS軟件進行編輯、檢查，生成初步數字線劃地形圖；然后對采集數據進行回放調繪，并將調繪得到的地名、房屋層數、屋檐改正數等配置到圖上，對新增地物進行補測；最后進行內業編輯，生成相應1∶1000比例尺DLG數據。

二、地面LiDAR技術更新城市大比例尺地形圖

聯合北京市測繪設計研究院等單位，筆者所在單位參編了測繪地理信息行業標準《地面三維激光掃描作業技術規程》[2]。地面LiDAR技術制作1∶500大比例尺地形圖一般不單獨進行，是數字高程模型、三維數據模型等的副產品。制作流程包括點云分類、特征點線提取、等高線繪制、其他要素采集和圖面整飾等。

依據點云和圖像數據情況，可采用分類擬合或人機交互方式提取特征點線制作1∶500比例尺地形圖。其中要素的分類與代碼應符合《基礎地理信息要素分類與代購》(GB/T 13923—2006)[3]的要求，采用擬合中心的方法采集管線井、獨立樹、電線桿等有規則形狀的獨立地物，采用擬合線的方法采集電力線、道路、房屋、河流、土坎等線狀地物，根據成圖比例尺和地形類別，或項目要求確定等高距，利用地面點云標注地面高程、內插生成等高線，對內業無法判定的地物還應進行外業核查和補測，最后應依據《基礎地理信息數字成果1∶500 1∶1000 1∶2000數字線劃圖》(CH/T 9008.1—2010)[4]進行地形圖圖幅整飾。

三、地圖綜合縮編軟件更新城市大比例尺地形圖

聯合武漢大學資源與環境科學學院研究國家和地方圖式標準制定地形圖要素綜合方法，確定地形圖要素綜合指標，系列比例尺序貫綜合的制圖綜合規則庫，并進行規則知識的計算機表達；采用地圖模式識別技術，利用Delaunay三角網、Voronoi圖、凸殼原理、圖論方法、統計分析、人工智能等技術方法設計了一套適于城市地形圖制圖綜合算子庫，將多套規則和綜合算子進行集成，開發了城市地圖綜合縮編系統軟件；用其實施系列比例尺地形圖數據的制圖綜合，生成較小相鄰尺度比例尺地形圖(如1∶2000、1∶5000、1∶10 000比例尺地形圖)或任意相近較小尺度地形圖。為保證地圖縮編精度，配以高效的人機交互、沖突及變化檢測，同時提高了工作效率；軟件基于同一母版進行多級聯動綜合，保證了數據的一致性。利用地圖綜合縮編軟件更新城市大比例尺地圖的技術流程如圖2所示。

圖2 地圖綜合縮編軟件更新城市大比例尺地形圖的技術流程

四、建設工程竣工測量成果更新城市大比例尺地形圖數據

2014年，筆者所在單位參與編制了測繪地理信息行業標準《城市建設工程竣工測量成果更新地形圖數據技術規程》(CH/T 9025—2014)，該項標準規定竣工測量成果更新地形圖數據的流程包括：竣工測量成果的選取、數學基礎轉換、數據結構統一、制圖綜合、數據層更新或局部更新、要素符號化編輯、地形圖接邊/裁邊、數據質量檢查。具體更新流程如圖3所示。

南京市、深圳市、西安市等也都利用建設工程竣工測量成果更新城市大比例尺地形圖數據進行了有益探索，積累了成功經驗[5-7]。

五、傳統地形圖更新修補測方法

地形圖修補測方法是經典的地形圖數據更新方法，主要通外業巡視發現地物變化，從地形圖數據庫中提取相應區域的地形圖實施地形圖修測，修測結果與數據庫原始數據比較，找出變化地物，最后更新數據庫中發生變化的地形、地物[8]。

圖3 竣工測量成果更新城市大比例尺地形圖數據流程

六、幾種更新方法的比較與應用情況

幾種地形圖更新方法各有優缺點，對其評說不能一概而論。傳統地形圖更新修補測方法是最經典的地形圖修補測方法，隨著技術的發展也賦予了它新的技術手段，如內外業一體化、圖屬一體化、圖庫一體化等，這種方法既適應于大范圍地形圖測繪更新，也可進行局部地區測繪，適應于較大比例尺(如1∶500比例尺)測圖。采用建設工程竣工測量成果更新城市大比例尺地形圖數據屬于一圖多用，把規劃監督測量的成果用于局部建設工程地區的大比例尺地形圖(如1∶500等)更新。地面LiDAR技術更新城市大比例尺地形圖與建設工程竣工測量成果更新城市大比例尺地形圖數據有些類似，是把用于三維數據建模的LiDAR數據處理成地形圖數據，一般也用于局部建設工程地區大比例尺地形圖更新。與此形成鮮明對照的是機載LiDAR技術更新城市大比例尺地形圖和地圖綜合縮編軟件更新城市大比例尺地形圖。這兩種地形圖更新方法相對來說都可以更新大的空間范圍區域，地形圖的尺度比地面LiDAR技術更新城市大比例尺地形圖與城市竣工測量成果更新城市大比例尺地形圖數據方法的尺度要小(縮編只能是從大尺度縮編到小尺度，由于航高的限制，機載LiDAR技術更新地形圖的尺度也不能太大)，這兩種地圖更新方法效率都很高。5種城市大比例尺地形圖數據更新方法的對比見表1。

表1 5種城市大比例尺地形圖數據更新方法的對比

利用機載LiDAR、地面LiDAR技術，在制作DEM、三維模型數據的同時，更新了局部地區的地形圖數據，做到了一舉多得，為地形圖更新提供了一個新途徑。2011年筆者所在單位基于EPS平臺下的LiDAR測圖軟件更新了廣州市1985 km2，共約491幅1∶5000地形圖。2013年實現了利用建設工程竣工測量成果實時更新城市大比例尺地形圖，確保了城市基礎地理空間數據的鮮活性，實現了竣工測量成果的一圖多用。2010年引進武漢大學研制的城市地圖綜合縮編軟件，由較大尺度地形圖半自動派生相鄰較小尺度比例尺地形圖，提高了效率，降低了成本，每年節約人力、物力成本約50%。

七、結束語

本文歸納總結了城市大比例尺地形圖數據的主要更新方法及其在筆者所在單位的應用情況，各種技術方法各有特色，相互補充。要扎實做好城市大比例尺地形圖數據的更新工作關鍵要保持地形圖數據的完整性、準確性和現勢性。頻繁對城市區域的大比例尺地形圖進行全部更新具有較大的難度，而要實時更新發生變化的城市區域，本文中提到的5種方法可相互借鑒補充配合使用：大區域可用機載LiDAR法，局部需要三維數據建模時可用地面LiDAR法進行地形圖更新，存在同區域較新較大比例尺地形圖時可用地圖縮編法，開展竣工測量時可用竣工測量成果順便更新該區域地形圖數據。

[1] 熊登亮,柯尊杰,陳舫益,等.機載LiDAR技術在測制城市1∶1000 地形圖中的應用[J].勘察科學技術,2015(1):44-46,58.

[2] 國家測繪地理信息局.地面三維激光掃描作業技術規程：CH/Z 3017—2015[S].北京：測繪出版社，2005.

[3] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.基礎地理信息要素分類與代碼：GB/T 13923—2006[S].北京：中國標準出版社，2006.

[4] 國家測繪地理信息局.基礎地理信息數字成果 1:500 1:1000 1:2000 數字線劃圖：CH/T 9008.1—2010[S].北京：測繪出版社，2010.

[5] 謝世杰.南京市大比例尺地形圖的動態更新和維護研究[J].測繪通報，2008(1)：46-49.

[6] 羅和平,葉乘鸞,溫振興.竣工測量成果應用于地形圖更新的分析探討[C]∥廣東省測繪學會第九次會員代表大會暨學術交流會論文集.惠州：[s.n.]，2010.

[7] 馬駿.利用竣工圖更新地形圖技術解決方案[J].測繪技術裝備，2008(3)：41-42.

[8] 張保鋼，袁燕巖. 城市大比例尺地形圖數據庫中地物變化的自動發現[J]. 武漢大學學報(信息科學版), 2005,30(7):640-642.

ResearchonUpdatingMethodandItsApplicationofLargeScaleUrbanTopgraphicMap

XIAO Weizhi

肖煒枝.城市大比例尺地形圖數據更新方法及其應用[J].測繪通報，2016(9)：127-129.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0311.

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B

0494-0911(2016)09-0127-03

2015-10-12

肖煒枝(1964—)，男，高級工程師，主要從事地圖制圖與地理信息系統研究工作。E-mail：xiaoweizhi@126.com