CN101763658A - 全要素真三维大比例尺数字地图的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全要素真三维大比例尺数字地图的制作方法，其采用航测和地面测量相互融合补充，全数字摄影测量，内外业一体化，地图要素分类编码野外采集和室内立体测图自动生成图形，图形直观，信息量丰富，全要素，真三维。本发明包括以下步骤：(1)基础控制站测量与平差计算；(2)全要素地面测量野外数据采集；(3)野外航测隐蔽区补测和巡查；(4)利用通用制图系统进行图形精编；(5)3D地图数据质量检查；(6)在步骤(1)操作时，同时进行航摄资料验收，然后依次进行像片控制测量；数字空中三角测量；全要素摄影测量三维数据采集；先内后外数据初编；进入步骤(3)。

Description

全要素真三维大比例尺数字地图的制作方法

一、技术领域：

本发明涉及一种数字地图的制作方法，尤其是涉及一种全要素真三维大比例尺数字地图的制作方法。

二、背景技术：

地图这种载体，由于反映的内容和形式不同，分为普通地图、专题地图、影像地图、数字地图、缩微地图、挂图等，地形图是普通地图的一种。目前，所测地图基本为平面图(二维)，图面内容因用途、比例尺所限，还不是全要素，载体为图纸、聚脂薄膜等硬拷贝，或计算机存储介质(磁盘)等。

香港在英国殖民地期间，由英军测绘机构负责开展大地测量、地形测量和航测，至回归祖国的1997年，香港政府地政署测绘处用航测技术，完成了覆盖全港的1∶1000、1∶5000比例尺地图。地物要素仍为二维，附有2米等高距的等高线，并对外提供地图和数据。这已经达到了西方发达国家的测绘水平。

摄影测量、遥感和空间信息科学对确保21世纪的可持续发展至关重要。数字测绘技术已从二维向三维过渡。大比例尺地形图、地籍图、房产图、竣工图、地下管网图、导航电子地图等，基本都已经实现了数字化测绘，但还不能称为全要素、真三维。数字测绘有二种方式：

地面测量：

全站仪技术：由全站仪、便携机(PDA掌上电脑)配有地物编码的地形图绘图软件，组成野外测图系统。

GPS RTK(Real-time Kinematic)差分GPS实时动态测量系统，便携机配有地物编码的地形图绘图软件和坐标转换、地图投影软件、形成基于卫星定位的野外测图系统。

航空摄影测量：航空摄影测量已成为测制数字地图的主要先进手段；也有利用轻型飞机、飞艇、气球、无人机为平台，实现低空遥感摄影，获取大比例尺图像、测制数字地图。

数字中国、数字城市是信息时代发展的必然产物。地理信息系统(GIS)建设正从面向应用建设向面向服务建设转变；空间数据的可视化包括三维地图可视化及相关数据网络发布平台的建设。新型数字地图是实现的基础，其海量数据要能共享和兼容，它必须是全要素、真三维、可量测、可传输、能更新。

工程建设可分为规划设计、建筑施工和运营管理三阶段。均需要1∶500～1∶5000数字地图进行三维规划和设计。

综上述，现有的地物要素平面二维、附有等高线表示地貌的地形纸图，不能满足高精度、高规格、可持续发展的要求，迫切需要推出将平面和高程难题同时解决、而不是分开求解或过渡的新型数字地图。在国际重大工程招标文件中，全要素、真三维是一项重要的技术指标。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种全要素真三维大比例尺数字地图的制作方法，其采用航测和地面测量相互融合补充，全数字摄影测量，内外业一体化，地图要素分类编码野外采集和室内立体测图自动生成图形，图形直观，信息量丰富，全要素，真三维。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种全要素真三维大比例尺数字地图的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)基础控制站测量与平差计算；

(2)全要素地面测量野外数据采集；

(3)野外航测隐蔽区补测和巡查；

(4)利用通用制图系统进行图形精编；

(5)3D地图数据质量检查；

(6)在步骤(1)操作时，同时进行航摄资料验收，然后依次进行像片控制测量；数字空中三角测量；全要素摄影测量三维数据采集；先内后外数据初编；进入步骤(3)。

图形编辑、图像处理包括以下步骤：

(1)利用航摄资料建立模块，输入参数、文件数据；

(2)自动空三加密；

(3)区域网平差；

(4)建立立体模型；采集三维数据，先内后外数据初编，野外补测、巡查后进入下一步图形精编，并形成数字线划图；

(5)图像自动匹配，产生数字高程模型；

(6)正射纠正，数字正射影像图精度检核；

(7)合格，进入下一步；不合格，则返回步骤(5)；

(8)色彩调整；

(9)影像镶嵌；

(10)形成数字正射影像图；

(11)数字正射影像图加载数字线划图。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1、本发明技术方案正确、先进，实施方式精准、配套、可行，且具有产业化生产规模。经专业检验和精度统计，全测区数字精度优良；地图全要素完整、配合得当，图式符号运用和数据格式正确，图面层次分明，清晰易读；数据真三维每一元素皆可在电脑上点击显示三维坐标；系列产品形式多样，包括了线划、影像和可视化模型，及其相互叠加图件。是我国大比例尺新型的数字地图品种。

2、本发明采用地面全数字内外业一体化地形图测量方法，使用数字全站仪采集和记录地图要素的三维坐标和属性，在MicroStation图形处理系统直接生成和编辑地形图。

3、本发明要求在车站、隧道入口、急救站、通风井和道路进出口等相关区域进行详细的地形测量。在高架立交设施、建筑物主体轮廓、高速公路、非隐蔽遮挡区域清晰的地物要素，要发挥数字摄影测量的空中优势采集数据。线路上被阴影遮盖或看不清的地物，采用全野外地面数字测量方法成图。主要街道、建筑物基部、隐蔽区域采用地面数字测量方法采集数据，以确保成果精度。

4、航测立体测图和野外采集数据成图(包括图式符号未能概括的要素，航测立体测图隐蔽区域的补测)，初编完成后，回放图纸，通过野外巡视检查图面质量。如地物的表示、丢漏等。采用先内后外的成图方法，从技术方案上有效的保证了成图质量，同时室内在编辑中遇到难以解决的技术问题，可及时与外业沟通，在现场处理，测区地物复杂的图幅的问题均可以得到充分解决。

5、数字线划图(DLG)制作过程中，同时加工生产数字正射影像图(DOM)和它的副产品数字高程模型(DEM)和数字地形模型(DTM)。一系列产品是构建地理信息系统(GIS)空间数据框架的重要组成部分。其显著的优点是直观、信息量丰富、全要素、真三维(地图上每一元素在电脑上皆可点击显示三维坐标)。

四、附图说明：

图1为总体技术方案流程图；

图2为生产4D产品的工艺流程图；

图3为沙中线数码航空摄影飞行路线图；

图4为数字线划图(DLG)(局部)；

图5为沙中线地物点点位误差平面精度统计图；

图6为沙中线高程注记点高程误差统计图；

图7为沙中线数字正射影像图地物点误差平面精度统计图。

五、具体实施方式：

本发明为一种新型高精度、高规格数字地图制作工艺。大比例尺指1∶200～1∶5000比例尺成图；地形图全要素是地理要素、数学要素和整饰要素的总称。真三维指图内每一要素，在数字地图中皆有同名对应的完整数据集(三维坐标)。数字地图产品形式多样，琳琅满目，简称4D产品：DLG(数字线划图)、DEM(数字高程模型)、DOM(数字正射影像图)、DRG(数字栅格地图)。包括了线划、影像和可视化模型，及其相互叠加图件。

参见图1，本发明包括以下步骤：

(1)基础控制站测量与平差计算；

(2)全要素地面测量野外数据采集；

(3)野外航测隐蔽区补测和巡查；

(4)利用通用制图系统进行图形精编；

(5)3D地图数据质量检查；

(6)在步骤(1)操作时，同时进行航摄资料验收，然后依次进行像片控制测量；数字空中三角测量；全要素摄影测量三维数据采集；先内后外数据初编；进入步骤(3)。

参见图2，图形编辑、图像处理包括以下步骤：

(1)利用航摄资料建立模块，输入参数、文件数据；

(2)自动空三加密；

(3)区域网平差；

(4)建立立体模型；采集三维数据，先内后外数据初编，野外补测、巡查后进入下一步图形精编，并形成数字线划图；

(5)图像自动匹配，产生数字高程模型；

(6)正射纠正，数字正射影像图精度检核；

(7)合格，进入下一步；不合格，则返回步骤(5)；

(8)色彩调整；

(9)影像镶嵌；

(10)形成数字正射影像图；

(11)数字正射影像图加载数字线划图。

1、数据源获取可采用地面测量和航测两种技术方式。航摄可采用传统光学胶片相机(瑞士的RC-30，德国RMK TOP 15)或航空数码相机(德美合制的Z/I IMAGINEDMC、奥地利UCX、中国SWDC等)获取地面高分辨率影像。地面测量可采用全站仪技术或GPS RTK技术。

2、数据采集分类技术要求：

(1)人工要素

(2)建筑要素

(3)地形及水系

(4)街道和道路

(5)街道公共设施

(6)图式符号未能概括的要素

图式符号未能概括的要素，用无类别要素编码，测量其轮廓，加注英文全名。

(7)航空摄影数字立体测量隐蔽区域的补测

a.航空摄影数字立体测图无法实现的隐蔽区域的全部要素，需要外业补测。所有桥墩、明显支柱也需要野外实测。

b.设计线路中心线两侧各60米范围内的建筑物基础轮廓、街道要素全部采用地面数字测量数据。

c.内业立体测图无法识别的街道要素，包括各种检修井、阀门、灯柱等，采用地面数字测量野外补测。

3、地面野外数据采集基本作业要求和技术规定：

(1)方法概述

采用地面全数字内外业一体化地形图测量方法，使用数字全站仪采集和记录地图要素的三维坐标和属性，在MicroStation图形处理系统直接生成和编辑地形图。

(2)基本作业要求

a.每天测量文件的命名遵循规定：×××mmdd.gsi，其中×××为CADD作业人员姓名；

b.拼音缩写，mm为两位数字月份，dd为两位数字日期；

c.数据采集工作任务分配以分幅索引图中1∶500地形图幅为单位。

同一型号全站仪，采用统一的显示和记录模板；

d.以仪器记录卡为主要记录介质，同时要辅助记录野外数据采集手簿；

e.以测站为单位，建立野外数据采集手簿档案，须记录观测日期、地形图号、作业员姓名、测站名、仪器高、后视定向方向点名、后视点棱镜高度、前视连续点号范围及相同的棱镜高，目标点棱镜高改变时要换行记录，测站结束要记录最后地形点号。记录手簿中还要记清楚测站上所出现的数据问题。数据采集记录手簿每天要放进指定文件夹保存。CADD作业员负责数据采集记录，经常与观测员用报话机校对点号和编码；

f.采用属性编码表示地物属性，每个作业员要熟悉地物要素编码表；

g.地物点属性编码和棱镜高，在测量数据记录前直接现场输入。编码和棱镜高由CADD作业员或地形司镜员用报话机清楚报告观测员；

h.一级图根控制站不能够满足数据采集需要时，允许采用不多于三条边的支导线，在观测和记录无误的条件下，可以只观测半个测回。多于三条边时一定要符合到高等级控制站，并检查比较闭合点坐标和高程，坐标绝对闭合差不应超过15mm。也可以先观测导线并计算，再测量碎部。记录导线点观测数据前，要先交换测量工作文件为已知数据工作文件，导线记录完成后，要及时恢复原测量工作文件；

i.TCR1102全站仪统一采用已知测站和后视方向点坐标高程的快速设站模式，注意设站结果的确认和记录，并测量检核后视定向点的坐标和高程；

j.TCR1102全站仪，当使用无棱镜方式结束后，要及时恢复有棱镜方式；

k.数据传输使用Leica Survey Office，数据提取及预处理采用专用应用程序；

l.数据采集过程中要调查并记录有关地理、地物、社区等名称；

m.每个CADD作业员要在指定工作硬盘的指定工作目录建立和存储数据图形文件；

n.数据采集最终数据文件的标准文本格式为No.Code N E L；

o.CADD作业员每天要将原始GSI数据文件和正确无误的坐标文本文件及时存放在自己目录下的GSI和TXT子目录，并分期提交给项目经理以供备份和工作量统计；

p.CADD作业员每天要及时展绘图形，并进行必要的编辑处理后，向内业精编工序提交DGN草图文件；

q.严格执行测量过程检测，在一个测站设站完成后，应检测并记录后视方向点的三维坐标；在碎部测量过程中应多注意检查后视方向值，其变化超过30秒时，要检查后视脚架是否被碰动或者测站仪器固定有问题，排除问题后重新设站和定向；测站作业完成后或进行期间，须检测第三个控制点的三维坐标，与成果表对照确认无误后，在记录卡和手簿中记录检测结果。流动地形点的棱镜高变化要及时正确记录，数据处理时要注意检查记录数据与手簿中的棱镜高是否一致，有错误时要及时查找原因并纠正。检测记录及处理结果要有组长或CADD工程师签名，无签名及检测有错误没有及时处理的将视为质量不合格，在质量记录登记表中按质量缺陷进行记录和考核。

(3)数据采集技术规定

a.采用已有1∶1000地形图作为数据采集作业底图；

b.高程注记点平均间隔为5米；

c.道路边线、斜坡和陡坎的顶底线、地貌特征线数据采集间隔为5米；

d.斜坡和陡坎(挡土墙)的顶底线都要准确测绘，数据点密度间隔为5米；

e.高程发生变化的地面特征线要加密测绘高程点，保证0.25米等高线的精度，和防止地形表面失真；

f.水沟、U型渠的数据采集密度间隔为5～10米，渠底高程注记间隔不大于10米；

g.相邻并行的道路边线、水渠、铁丝网、围墙、栅栏等，首先要保证道路边线的数据密度，围栅的数据密度可适当降低，取其特征点为主；

h.地形图要素数据取样为地物地貌的特征点、线、面，以便能够应用地图语言正确合理表达其现势特征；

i.地物要素以其基础轮廓或中心在地表面所形成的点线面作为其抽样特征；

j.大多数点状符号或记号性符号的定位中心与地物中心一致，如：井、树、灯柱、电杆、电话杆、交通灯、信号指示杆、检修井等，数据采集取其定位中心；

k.街道取其行车道主路面边线即道牙下路边线；

l.线状要素曲线部分要有足够的数据点，以能够表示地物特征而不使其失真；

m.用符号表示的面状要素，如尺寸较大的检修井、检查箱、积水井等，当用测量两点方法定位时，其测量定位点在两短边中点，放置符号定位点在符号左短边中点；当用测量三点方法定位时，其测量定位是地物三个角点，放置符号时的定位点是符号左下角。两点符号和三点符号在数据采集时的编码分别是在原编码后加2或3；

n.地铁站外围地物要详细测绘和表示。

4、航空数码摄影设计

航摄主要技术参数：

飞机型号：运五

航摄相机：DMC或UCX

摄影机焦距：f＝120mm

像片尺寸：16cm×9cm

飞行航高：1000m

航摄比例尺：1∶4000

5、航测与地面测量相结合，优势互补，采集地形图数据

本方案要求在车站、隧道入口、急救站、通风井和道路进出口等相关区域进行详细的地形测量。在高架立交设施、建筑物主体轮廓、高速公路、非隐蔽遮挡区域清晰的地物要素，要发挥数字摄影测量的空中优势采集数据。线路上被阴影遮盖或看不清的地物，采用全野外地面数字测量方法成图。主要街道、建筑物基部、隐蔽区域采用地面数字测量方法采集数据，以确保成果精度。

6、航空数字影像处理及立体测图

(1)航空影像纠正

需要对测区范围全部数字影像进行纠正，可以利用立体测图获的的特征数据，并适当增加采集断裂线、高程点数据，建立精细DTM数据模型，完成对全部数字影像的正射纠正，数字正射影像应能够作为对应矢量地形图的参考背景，可以进行坐标量测。

(2)立体测图

1)内业立体测图的定向参数，直接导入数字空三所提供的有关技术数据。

2)内业立体测图采用无调绘像片作业，按数字立体影像全要素采集数据。

3)按图幅建立作业及质量检查档案，完整填写定向及检查精度、使用的仪器、立体像对、测图日期等，并有作业和检查人员签名。

4)内业数字摄影测量立体测图作业档案要装订成册，正式提交。

5)内业测图平高定向误差均不得超过±0.2m。

6)要精确采集立体像对控制范围内全部要素的三维数据。

7)航空数字摄影测量立体测图范围覆盖本项目全部区域。

8)地物要素的全部特征线，包括全部棱线及转折点都要精确测绘。

9)房屋要素的测绘数据记录关键点为各表面和棱线转折点，按实际测绘高度记录数据点高程。房屋单元分隔线要精确测绘。

10)建、构筑物的测绘数据记录关键点，为能正确表示该地物的全部特征点，按实际测绘高度记录数据点高程。

11)楼房测绘顶部轮廓，群体楼房底部的楼盘高台上的花园及休闲场所要详细测绘。楼盘高台上要测绘高程点，密度为5米间隔。

12)进入建筑物停车场的出入口，以及与街道连接的喇叭口要测绘。

13)有明显道牙的人行路分叉口可直接连接至未经开口的街道线。

14)灯柱及柱状地物，平面位置测绘其中心，高程位置测绘其根部基础面。

15)街道线测绘交通主路面铺装边界，高程测绘至道牙下。道牙上测量高程点。

16)全部街道和快速公路除须准确测绘其特征边界外，中间路面要按5米间隔测绘高程点。

17)有铺面的人行道测绘其铺装边界；无铺装面的便道和山上小路根据立体测绘实际边界，宽度小于0.5米时可按单线测绘其中心线。

18)“U”型高架道路要测绘路(桥)体内外轮廓线、路面边界线、隔离带顶底边界，以及路面全部灯柱、栅栏和检修井。中间路面要测绘高程点。

19)非高架道路要测绘路体边界、行车路面边界、隔离带边界，以及路面全部灯柱、栅栏和检修井。道路中间按5米间隔测绘高程点。

20)铁路要准确测绘各条轨道，道岔要精确测点并注高程，铁路高程数据点间隔不应大于5米，

21)全部可见的围栅、铁丝网、施工区域临时围街板要精确测绘，高程测绘至地面，按适当密度测绘和注记其比高。数据记录点为其几何特征点，直线部分数据间隔不得超过10米。

22)全部可见的检修井、雨水篦子要依比例准确测绘。

23)全部斜坡、陡坎要完整、准确测绘顶线和底线，数据记录和注记间隔不得大于5米。

24)水渠要依比例尺精确测绘两内侧上缘线，渠底按15米间隔精确测量和注记高程点不少于两个。

25)河道要精确测绘两边斜坡或陡坎，以及中间的常水位线，河道底部要采集高程点。数据点密度不大于5米。

26)水库、水池、水塘等精确测绘水涯线，围成水域的地物或地貌按实际位置测绘，要精确测绘其特征点，数据密度不大于10米。

27)全部道路边界测绘数据记录密度不大于5米，高程注记密度不大于10米。

28)全部地貌测绘的数据记录密度不大于5米，注记密度不大于10米。

29)全部明显地表面、道路表面按照5米间隔精确测绘高程注记点，高程点分布要均匀。

30)不同高度表面都要均匀测绘高程注记点。

31)建筑物之间的挡土墙(陡坎)及斜坡不应丢漏。

32)起伏明显的地貌和山地要测绘等高线，山地等高距为2米，平坦地区等高距为0.25米。

33)平坦地区及建、构筑物密集地区不测绘等高线。

34)水域要适当测绘和注记水面高程。

35)高出地面的海墙测绘双线，靠海一侧测绘强顶部，背海一侧测绘墙基部。

36)高处地面的花坛要测绘顶部和基部，中间测绘高程注记点。

37)狮子山要精确测绘小路、凉亭，明显的巨石要测绘其范围和顶部高程；山形地貌按2米等高距测绘等高线，大片密集灌木区域按约10米进行高程改正。

38)因阴影、投影、树木遮盖等因素影响，无法精确测绘的区域，用蓝色虚线圈出其范围，在其中注记“NS”。

39)内业测图数据要经过DTM格网检查，以排除明显的数据错误。

40)立体测图数据记录，执行下述7.(6)地图要素层色分配表有关规定。见表4。

41)立体测图采用MTR_SEED.DGN作为图形文件工作单位及全局原点的种子文件。

42)立体测图采用统一MTR_TT1符号库。

43)图形文件以附件地形图分幅索引图中分幅单元作为CADD文件单元，过渡文件按分幅序号命名。

44)相邻图幅要严密接边。

45)内业测图数据使用MicroStation V8版提供CADD文件。

46)立体测图完成，要整理编写内业数据采集总结报告，随测量成果一起提交。

7、计算机辅助设计与制图(CADD)地形图编辑

(1)地形图生成与编辑的主要工具软件

a.图形编辑工作平台MicroStation

b.地形图CADD文件输出平台为MicroStation

c.辅助工作平台Site SelectCAD

d.生成图形应用程序HKZD

e.3D编辑应用程序3DMD

f.斜坡、阶梯符号生成应用程序PAT3D

g.辅助高程注记应用程序GCDBL

(2)对地形图编辑质量的基本要求

a.符号运用准确；

b.属性和说明注记明确，道路、街道、主要地理和社区名称不应缺漏；

c.注记字体符合要求规格；

d.地图要素层、色、线粗、线型符合规定；

e.避免结构体和复杂链；

f.三维视图检查无明显数据错误；

g.数据保存目录符合规定；

h.图幅标题及修饰信息齐全；

i.三维等高线文件要经过DTM精细格网的严格检查。

(3)关于注记文本的规定

高程注记、符号说明注记字向朝北；格网注记相对地图长底边字头朝上；道路、河流、水渠等名称注记沿地物线性延伸方向排列，字头相对向上。

注记文本规定表                                        表1

(4)关于线型的规定

线型规定表                          表2

DGN文件中所选线型LC	图上线划(mm)	适用要素
			0	实线	大部分要素
1	点划线
			2	3.0×1.0mm点划线	AR，CA，CL，CO，CY，MA，PC，SU，TU.RK
3	6.0×2.0mm点划线	FP，RU，TS
			4	4.0×1.0×1.0×1.0mm点划线	测量范围线
5	1.2×0.8mm点划线	BE，BU，BD，CU，HD，HWM，TR，ST，SB，QB，WIP
			6	2.1×0.7×0.7×0.7×0.7×0.7mm点划线	数据匹配线

(5)关于线粗的规定

线粗规定表                                     表3

MicroStation线宽	绘图线粗(mm)	分辨率(mm)	线划宽度	适用要素
					0	0.125	0.025	5	大部分要素，首曲线
1	0.250	0.025	10	高架桥、高架路、各种说明注记、高程注记、尺寸标注
					2	0.350	0.025	14	房屋轮廓线、中等以上名称注记，等高线主曲线
3	0.450	0.025	18	测量边界线、匹配线
					4	0.600	0.025	24
5	0.800	0.025	32
					6	1.000	0.025	40

(6)数据层分配表

数据层分配表                               表4

要素分类	层号(LV)	颜色(CO)	要素分类	层号(LV)	颜色(CO)
						图幅标题块全部要素	1	0	公共设施要素	33
格网线、指北针	2	0	公共设施要素注记	34	3
						格网注记	3	0		35
图框	4	5/7		36
						图形比例尺	5	2		37

要素分类	层号(LV)	颜色(CO)	要素分类	层号(LV)	颜色(CO)
						测量控制站符号及注记	6	3	水文、地形要素	38	2
图例	7	0	水文、地形要素注记	39	3
							8		计曲线及高程标签	40	3
	9	0	首曲线	41	0
						图幅索引图图(参考)	10		非地面高程点符号	42	5
	11		非地面高程注记	43	5
						人工要素符号	12		＊树符号	44	2
人工要素注记	13		＊树编号、尺寸列表、坐标列表	45	3
						九广铁路、地铁、轻铁	14	7	临时点及编号	46	2
铁路要素注记	15	0	桥面或高架路面要素符号	47
							16		桥面或高架路面要素注记	48
	17		桥下混合要素	49
							18			50
	19			51
							20		地面高程点符号	52	0
	21		地面高程点注记	53	0
							22		不明类别混合要素	54
	23		匹配线	55	0

要素分类	层号(LV)	颜色(CO)	要素分类	层号(LV)	颜色(CO)
							24		匹配线注记	56	0
建筑要素符号	25	3	测量范围线	57	3
						建筑要素注记	26		测量范围注记	58	0
			线路中心线	59
										60
街道要素符号	29	5	留空	61
						街道要素注记	30		留空	62
道路要素符号	31	4	留空	63
						道路要素注记	32	0

8、采用先内后外的成图方法，保证质量

航测立体测图和野外采集数据成图(包括图式符号未能概括的要素，航测立体测图隐蔽区域的补测)，初编完成后，回放图纸，通过野外巡视检查图面质量。如地物的表示、丢漏等。采用先内后外的成图方法，从技术方案上有效的保证了成图质量，同时室内在编辑中遇到难以解决的技术问题，可及时与外业沟通，在现场处理，测区地物复杂的图幅的问题均可以得到充分解决。

9、4D产品的实现

数字线划图(DLG)制作过程中，同时加工生产数字正射影像图(DOM)和它的副产品数字高程模型(DEM)和数字地形模型(DTM)。一系列产品是构建地理信息系统(GIS)空间数据框架的重要组成部分。其显著的优点是直观、信息量丰富、全要素、真三维(地图上每一元素在电脑上可点击显示其三维坐标)。

本发明优选组合的技术方案，在香港铁路公司(MTR)为业主的沙田至中环线铁路测量工程中进行了试验作业。

1.作业区概况

沙中线铁路由沙田至中环终点站约19公里，包括车站、隧道入口、通风井/坑、道路进出口以及相关区域。航摄总面积约10km²，包括显径/大围站、钻石山站、启德站、土瓜湾站、马头围站、何文田站、红磡站、会展站、金钟站、中环站、旺角东、维港过海段等共10个区域。

本项目测量区域跨越狮子山高山地、港岛的中环、金钟、会展中心和九龙的红磡、旺角市区和新界的钻石山及大围等市区，覆盖区城高楼林立、高架立交设施密集区域，车辆行人密集，商贸及交通繁忙，工程量大，作业难度高。

航空摄影及测量区域最高点狮子山顶为495(HKPD)米，最低点约为3.4(HKPD)米，陆地部分最大高差约为490米。

2.工程主要技术规格

坐标系统：HK 1980 Grid Coordinates；

高程系统：Hong Kong Principal Datum(HKPD)；

一等平面控制站基线相对精度不低于1/100,000；

二等平面控制站基线相对精度不低于1/50,000；

高程控制站精度为二等一级(Second Order Class I)；

像片比例尺1∶4000(DMC)；

基本等高距：平坦地区0.25m；计曲线间隔为1米；

山地及高山地2米，计曲线间隔为10米。

成图比例尺：1∶500；

数据采集点平均密度约为5～10米间隔；

高程注记间隔为20米；

地形图明显地物要素平面精度不低于图上0.65mm；

地图要素高程误差≤1/2～≤1等高距；

高程注记误差≤1/4～≤1/2等高距。

图幅尺寸：A1(841.0mm×594.0mm)，内图廓805.00mm×513.00mm，1∶500地形图实地有效面积为402.500m×256.5.500m(103241.250m2)；

坐标格网间距：50m；

CAD文件设置：

工作单位：Master(m)∶Sub(mm)∶Pos＝1∶1000∶10

坐标原点：2147483.648，2147483.648，2147483.648

CAD文件数据格式：MicroStation v8DGN全要素3D格式。

3.数码航空摄影

在香港，航空摄影一直使用光学胶片相机。本工程标书文件中亦这样要求。本单位从数码摄影的精度、优势、可持续发展等方面提供证据，消除业主的疑虑，使其同意在工程中首次使用数码航摄技术，并承诺提供高规格、完整的航摄成果资料。

本项目，以珠海为基地，在香港首次采用Z/I Imagine DMC航空数码相机，运五飞机成功完成了两条铁路选线的航摄、数字成图和测制数字正射影像图任务。见图3。

4.基础控制与像片控制测量、外业数据采集

采用GPS、数字水准仪、全站仪、RTK等仪器，建立了162个一、二等测量基础控制点，103个像片平高全野外控制点，为11幅图采集了外业数据。

5.空中三角测量和数字测图

按照技术方案的要求，制作了185幅。1∶500比例尺数字线划图(DLG)，数字正射影像图(DOM)与数字高程模型(DEM)，见图4。

5.1.数据采集是在计算机网络环境中进行，按地物、地貌要素以点、线、面符号进行分类作业，使用统一的符号库、线型库、层、色对应表和文字注记表。所有符号线型比例均为0.5。

5.2.香港地区的数据要求有其独特性。现就其不同属性分为五大类说明其特殊性要求：

(1)人工要素：

花坛采集底部外轮廓线，与地面高差大于0.2m时，中间及坎边上测量了适当密度高程注记点；

篮球、网球或足球运动场范围线借用编码“PLAYGROUND”；

施工地盘临时性围街板用“Hoarding”线型表示，高速公路及快速道两侧的防撞栏用“Barrier”线型表示，高速公路的隔音栅栏用“NoiseBarrier”表示，其余围栅、铁丝网用“fence”线型表示；

外型规则的坟墓测量其几何特征点，编辑时使用弧线拟合；

正在施工的区域要测量外围地物、地貌，无固定地物或人工地貌时，测量其自然范围线，内部注明施工时间，如：“WIP SEP 2008”。

骨灰缸用编码UR；

(2)建筑要素

房屋建筑物测量其主体在地面的轮廓线，取其转折点和曲线特征点。外型复杂的建筑物，首先要关注其主体特征，如果悬空部分在外观上是建筑物的主体，可以将其作为房屋的主体实线轮廓，内部其它轮廓线可以是虚线。总之，房屋主体用实线表示，其它用虚线表示。无法确认时，房屋落地部分用实线表示，悬空部分用虚线表示。沿街建筑物要准确测绘其地面轮廓。房屋主体部分高程可全部投影测量至地面；主体全部悬空时，高程测量至最底层下表面。

社区或花园毗连群体式楼盘，其楼基平台边线，在可到达时要适当测绘顶部高程，无法到达高台时，高台范围线取地面高程，内部注记Podium。

高台测量上边线时，基部轮廓线用断裂线编码，断裂线隐藏只参与生成等高线。

非正规临时性房屋全部按TS表示。

由于香港建筑群高且密集，采集时会有很多看不见的地方，编辑时结合了外业调绘和政府基本图作参考处理。

(3)地形及水系

宽度小于0.5m的“U”型水渠U-Channel用单线表示，测绘水渠底部中心线，加绘流向及宽度属性注记“400mmUC”。水系加注底部高程按非地面高程处理，如“3.45IL”。

斜坡上的水渠要区分表示“S-Channel”和“J-Channel”，数据采集要求同“U-Channel”。水渠表示格式执行图例。

斜坡测绘顶线和底线，要按规定密度注记高程点，用PAT3D放置斜坡符号。

凡是低于或高于地表面的高程点，如水渠底部高程、积水井底部顶部高程、检修井底部高程、桥顶面高程、桥底面高程、桥墩顶部高程、悬空雨罩阳台下沿高程、人行天桥顶底面高程、人行隧道顶面高程、悬空电线高程、高架路桥顶底面高程等，都以非地面高程表示。顶面高程注记加后缀“TL”，腹部高程注记加后缀“UL”，渠底/检修井底部高程加后缀“IL”。

(4)街道和道路

九龙区域高架道路、桥梁及建筑物的支柱要准确测绘支柱底部和顶部轮廓，以及基础轮廓。高架建构筑物首层悬空底面要测绘高程。

高架人行天桥，要测绘行人路面和桥底部高程，加注“Covered Walkway”；

“U”型高架道路要测量内侧行车路面边线，隔离带两边线，以及两侧最外边线。外侧边线高程求至“U”型主体外侧上沿，底面要测量适当密度的高程点；

港铁铁路加注“MTR”。

无铺面的人行道路注记“FP”；

地铁出口要准确测绘，按规定符号表示；

人行桥注记“Footbridge”；

行人地道Pedestrian Subway要测绘底部、顶部高程，注记“Subway”；

高架道路高出地面坡道尚未悬空部分，两侧不适用陡坎符号，用高架路符号统一完整表示。

道路中间的交通安全岛要按实际形状测绘和表示；

限制车辆通行的路口用”RA”编码符号；

路口及路边限制车辆进入或停放的限制桩编码为”BQ”；

安全岛上灯箱编码为”BO”。

(5)街道公共设施

道路上的各种灯柱、路标、指示杆、信号灯要准确测绘中心位置；

双杆指示/信号板用图式BB符号表示；横跨道路的大型路标，实测四个柱脚位置，用两个BB符号加连线的组合符号表示，加注“BB”；

带雨棚的巴士停靠站Bus Stop测绘雨棚外轮廓，编码为“BU”，高程求至雨棚下边缘，按非地面高程要求适当加注高程；

没有候车雨棚的Bus Stop用“SP”符号表示；

集水井CP以实际比例测绘基部轮廓，数据采集编码为CP3，测绘井底或井盖高程；

边长小于0.75米的正方形检修井，测量其中心位置，用标准单元符号表示；宽度小于0.75米长度大于0.75米的检修井，测量两短边中点，用两点符号表示；长和宽都大于0.75米的各种检修井，测量三个角点，用三点符号编码以比例尺表示；

电讯检修井“MT”、雨水检修井“MS”、污水检修井“MF”、生活用水检修井“MW”、不明用途检修井注记“MH”；

消防阀门“VF”、煤气阀门“VG”、供水阀门“VW”、不明用途阀门加注“VV”；

交通灯控制箱、电讯检查箱依比例测绘和表示，取三点符号编码；

安全岛上的黄色矮灯柱编码为“BO”；

路边雨水篦子“G1”测绘中心；

乒乓球桌、休闲与桌台可用石凳“BN”表示；

有线电视检修井用“TV”表示；

地面其他各种管线用相应符号表示。

5.3.1∶500数字高程模型

检查三维数据中的“飞点”、“飞线”，删掉房屋、桥梁等地物，生成tin后逐行检查是否有异常点，再对生成的tin文件反生曲线，和采集原图的曲线进行比较，检查是否有不匹配的情况。检查完毕后生成整片的tin格式数据。

5.4.1∶500数字正射影像图

(1)在采集数字地形图时已考虑DEM数据采集，并加入外业实测点，内业高程点生成DEM数据文件，其数据格式为TIN。此时应在立体模型下，检查有无明显的错漏，检查接边精度，保证同一地貌类型的断裂线和注记点的密度相一致。从前视图上，修改三维数据中的“飞点”、“飞线”。

(2)在Imagestation Orthopro模块中，根据DEM数据点和DEM文件，对已确定了外方位元素的像片进行正射纠正，首先必须确定影像纠正的范围，即输入设计文件路径、名称和DTM选项。

(3)应用软件I/RASC，对纠正后的影像进行检查。检查纠正后的影像是否失真、变形，尤其是房屋、桥梁和道路，房屋是否有拉长、重影、桥梁和道路扭曲变形等。若有此现象，则要重新采集、生成DEM，重新纠正，确保影像无误。

(4)应用软件EarthData Image Processing Package对纠正后的影像进行匀色处理，使整个测区影像整体色彩均匀、一致。

(5)应用软件I/RASC，对匀色后的影像进行拼接。拼接线可根据地物情况在重叠范围内任意选择，但要保证地物的完整性。如通过房屋或桥梁时，拼接线可绕过房屋或桥梁。拼接线两边的影像应保证密度、反差、色彩一致、和谐。

(6)应用Photoshop对影像进行检查、修改。对每幅图都要在Photoshop下检查修改拼接后的地物色彩反差不一致等等。

图廓整饰为MICROSTATION V8文件，在MICROSTATION V8中insert(插入)影像放图。

5.5.4D产品的检查方法

(1)DLG检查方法

在全数字摄影测量工作站上，随机选取点位进行观测，利用本次观测值与成果数据进行对比，计算两次观测的较差值，用于分析产品精度。

回放纸图，通过野外巡视或套合本次制作的正射影像图，检查地物是否有丢漏或修测不到位的情况。

进行数据检查，主要检查要素之间表示的合理性及异常的高程信息。

(2)DOM检查方法

在I/RAS C软件下，采取目视的方法，检查DOM的影像质量及图幅间接边情况。

将采集的DTM数据与DOM影像数据进行叠置，检查DOM与地形、地物的套合情况。

利用采集数据对DOM的平面精度进行统计分析。

(3)DEM检查方法

在front(前视图)检查高程异常值。

5.6.精度统计方法

(1)DLG平面精度统计

生产单位利用航摄资料，在立体模型下采集部分独立地物点位坐标与修测后的成果数据进行比较，用来评定成图的精度，地物点位误差统计见下表：

误差范围(米)	0.00-0.25	0.25-0.50	0.50-0.75	大于0.75
					地物点数(个)	195	26	1	0
百分比	87.8％	11.7％	0.5％	0％

生产单位共检测地物点222个，其中最大误差0.66m，该点作为粗差点，在计算中误差时不参与计算，经计算地物点点位中误差如下：见图5

粗差率为：(1÷222)×100％＝0.5％

地物点点位中误差为： $M=\±\sqrt{\left[\mathrm{\Δ\Δ}\right]/n}=\±\sqrt{6.8093/222}\±0.17m$ (限差±0.32m)

(2)DLG高程精度统计

采集高程与实测高程误差统计见下表：图6

误差范围(米)	0.00-0.10	0.10-0.20	0.20-0.30	大于0.30
					高程个数(个)	282	166	8	13
百分比	60.1％	35.4％	1.7％	2.8％

经计算高程中误差如下：

粗差率为：(13÷461)×100％＝2.8％(大于两倍中误差)

高程中误差为： $M=\±\sqrt{[\mathrm{\Δ\Δ}/n]}=\±\sqrt{5.0040/456}=\±0.10m$ (大于三倍中误差的不参与计算)(限差±0.15m)

(2)DOM平面精度统计

生产单位对DOM平面精度的评定采取与DLG套合检查的方法，选取两套数据中的同名地物的坐标，计算各点位的较差，并计算DOM平面中误差。图7

误差范围(米)	0.00-0.25	0.25-0.50	0.50-0.75	大于0.75
					地物点数(个)	230	40	7	0
百分比	83.0％	14.4％	2.5％	0％

共检查地物点277个，大于两倍中误差的点2个，占检测总数的2.5％，说明整体成果精度良好，经计算DOM平面中误差见下表：

Claims (2)

1.一种全要素真三维大比例尺数字地图的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)基础控制站测量与平差计算；

(2)全要素地面测量野外数据采集；

(3)野外航测隐蔽区补测和巡查；

(4)利用通用制图系统进行图形精编；

(5)3D地图数据质量检查；

(6)在步骤(1)操作时，同时进行航摄资料验收，然后依次进行像片控制测量；数字空中三角测量；全要素摄影测量三维数据采集；先内后外数据初编；进入步骤(3)。

2.根据权利要求1所述的全要素真三维大比例尺数字地图的制作方法，其特征在于：图形编辑、图像处理包括以下步骤：

(1)利用航摄资料建立模块，输入参数、文件数据；

(2)自动空三加密；

(3)区域网平差；

(4)建立立体模型；采集三维数据，先内后外数据初编，野外补测、巡查后进入下一步图形精编，并形成数字线划图；

(5)图像自动匹配，产生数字高程模型；

(6)正射纠正，数字正射影像图精度检核；

(7)合格，进入下一步；不合格，则返回步骤(5)；

(8)色彩调整；

(9)影像镶嵌；

(10)形成数字正射影像图；

(11)数字正射影像图加载数字线划图。

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