利用LiDAR成果生产数字线划图的简易方法

倪少华

(秦皇岛市城市规划管理信息中心，河北秦皇岛 066001)

利用LiDAR成果生产数字线划图的简易方法

倪少华∗

(秦皇岛市城市规划管理信息中心，河北秦皇岛 066001)

提出一种利用LiDAR成果生产数字线划图的简易方法，实现了大比例尺地形图的快速更新与维护。

LiDAR；DOM；DEM；DLG

1 概述及利用的LiDAR成果

1.1 概述

本文论述利用LiDAR技术航测的1∶2 000比例尺DOM、DEM成果，生产1∶5 000数字线划图的简易方法，实现对城市基本地形图的快速更新和动态维护，为国土资源调查、城市规划提供准确的基础数据。

利用LiDAR技术的成果，DOM及DEM生产数字线划图(DLG)有三种方法，分别是三角模型法、立体模型法和平面模型法，前两种方法都需要全数字摄影测量系统工作站，所需投入的设备昂贵，不利于一般生产单位的推广。平面模型法，不是利用立体像对的思路，而是完全在二维的环境下完成数字线划图的生产，方法简便，一般的生产单位都可以满足要求，但其在高程处理方面存在不足，从而增加了外业的工作量，不适合大面积数字线划图的生产。如何利用平面模型法快速更新地形图，又能解决其在高程处理方面的不足，这是须要研究的课题。本文对此提出一种简便的解决方法，其基本思想是首先在广州开思软件平台上，插入正射影像图，通过比较、判读，在正射影像图上进行跟踪矢量化，快速获取居民地、道路、桥梁等核心要素；再通过ArcGIS软件对DEM数据进行处理，提取高程点数据，快速完成数字线划图的制作。

1.2 利用的LiDAR成果

LiDAR即Light Detection And Ranging，也叫机载激光雷达，是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统，通过量测地面物体的三维坐标，生成LiDAR数据影像。LiDAR数据经过相关软件数据处理后，可以生成高精度的数字高程模型DEM、正射影像图(DOM)等数据。本文作业采用1∶2 000比例尺数字正射影像图(DOM)和数字高程模型(DEM)，影像分辨率0.3 m，有关技术参数如下:

(1)摄影比例尺1∶33 400(彩色数码)；成图比例尺1∶2 000；

(2)焦距55 mm、相对航高1 840 m、绝对航高1 860 m；

(3)遥感设备:机载激光探测系统；

(4)图幅分幅:50 cm×50 cm正方形分幅；

(5)坐标系统:1954年北京坐标系，3°带高斯投影；

(6)高程基准:1985国家高程基准；

(7)数据格式:DOM为TIF，DEM为GRID；

(8)平台软件:DEM、DOM管理软件为ArcGIS 9.1；

(9)DOM、DEM数学精度:

①平面精度:图上地物点相对于邻近平面控制点的平面位置中误差≤0.5 mm(图上)，邻近地物点间距中误差≤0.4 mm(图上)；

②DEM高程精度与表1DLG等高线插求点的高程精度相同。

DEM高程精度表 表1

(10)DEM、DOM成果已通过测绘产品质量检验监督站验收，精度达到上款设计要求。

2 技术路线及作业流程

2.1 作业技术路线

本文采用LiDAR技术航测的1∶2 000比例尺DOM、DEM成果，通过对DOM数字化，DEM得出地面高程，结合外业调绘和地形地物修补测、缩编、扩编，测制1∶5 000比例尺数字地形图的技术方法。运用“先内业、后外业、再内业”的技术流程，在内业数字化采集DOM地物及地貌要素和DEM高程点的基础上，由外业对地形图数据进行全面的修补测和属性调绘，再由内业完成数据编辑和信息化处理工作。它分以下七个工作步骤:

(1)叠加DOM进行数据采集；

(2)利用DEM生成高程点；

(3)将高程点与采集的线划图套合、出图；

(4)外业调绘、接边、检查；

(5)内业参照外业调绘的工作底图进行编辑、修改、接边检查；

(6)质检检查；

(7)修改、成果整理上交。

2.2 作业流程

本次作业流程图如图1所示。

图1 利用DOM、DEM生成DLG流程图

3 关键技术

3.1 DOM叠加与数据采集

本例中的正射影像数据(DOM)由两个文件组成，分别为∗.TIFF和∗.TFW。

∗.TFW为配有地理定位信息的影像头文件，其格式如下:

说明:

(1)0.3表示影像地面分辨率

(2)61980.050，29019.850为该幅影像的左上角坐标(X、Y坐标均去掉大数)

操作步骤如下:

(1)在开思软件中展绘控制点(61980.050， 29019.850)；

(2)做长度为1 040 m的正方形框，其左上角位于控制点上，1 040 m为一幅影像图的幅宽，本例中影像数据的重叠带宽度为20 m；

(3)在开思软件中插入影像数据文件(∗.TIFF)，固定插入点和比例，以正方形框的大小为限，如图2所示。

图2 本文所利用的1∶2 000正射影像图

(4)在开思软件中选择相应的图示符号进行屏幕矢量化操作，如图3所示。

图3 利用DOM数据进行屏幕矢量化操作

地物地貌采集及表示方法和原则参照1∶5 000地形图相关规范及技术设计书的要求。

3.2 利用DEM生成高程点

本例的DEM数据为ArcGIS数据文件，文件格式为∗.daf，为标准的2.5 m间隔的规则格网数据，数据格式为栅格数据。如何将其转换为矢量数据格式，是关键技术。本文利用ArcGIS软件的ArcToolbox工具进行栅格数据与矢量数据的转换。

(1)首先通过ArcToolbox工具将DEM数据转换成文本文件，转换后文件格式如下:

(2)利用编写的VB程序将文本格式的数据转换成开思软件支持的高程展点文件格式，编程思路如下:通过对文本文件的数据分析可知，其由400行×400列的格网数据组成，数据间隔为2.5 m，数据项为高程点数据。因为左上角坐标已知，因此，第一个点的坐标为(66000.000，24000.000)，高程为24.99，第二个点的坐标为(66002.500，24002.500)，高程为24.98，以此类推，利用VB程序将每一个点的坐标和对应的高程提取出来，转换成开思软件所支持的高程展点文件，格式如下:

(3)在开思软件中展绘高程点，结果如图4所示。

为验证此方法的可行性，在1∶2 000 DEM区域，对利用ArcGIS软件提取的高程进行外业检测，同名点的比较如表2所示。

图4 利用DEM提取的高程数据展点图

利用DEM提取的高程与外业实测的同名高程点精度统计表 表2

高程中误差m＝sqrt{[(0.032＋0.142＋0.152＋0.052＋0.132＋(－0.13)2＋0.072＋(－0.04)2＋0.082＋0.12)]/10}＝±0.1 m，完全满足1∶5 000地形图的精度要求，所以可直接利用DEM进行高程的提取。

将编辑完成的平面图形与高程数据叠加编辑，由外业对地形图数据进行全面的修补测和属性调绘，再由内业完成数据编辑和信息化处理工作，完成数字线划图的生产。

4 结 论

通过利用本文所介绍的方法生产了某市沿海区域500 km2的1∶5 000地形图，精度经检测满足1∶5 000地形图精度要求。说明本文所论述的方法是可行的，可进行大面积的生产。

机载LiDAR技术的发展为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了全新的技术手段，使人们从传统的单点数据获取变为连续自动数据获取，提高了观测的精度和速度，能够快速地获取精确的高分辨率的数字地面模型、数字高程模型、正射影像图等数据。本文论述了利用Li-DAR技术的DOM及DEM数据生产数字线划图的简易方法，大大提高了DOM及DEM数据的利用率，可实现对城市大比例尺地形图的快速更新，可供各生产单位借鉴，同时也为大面积更新大比例尺地形图提供了新的思路，进一步发挥了机载LiDAR技术的优势。

[1] 张治国.ArcGIS简明教程[M].北京:科学出版社，2006

[2] 李志林，朱庆.数字高程模型[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社，2000

The Simple Method of Producte DLG by Results Using LiDAR

Ni ShaoHua
(Qinhuangdao Urban Planning＆Management information Center，Qinhuangdao 066001，China)

This article presents the simple method of producte DLG by Results using LiDAR，achieve large scale topographic map of the rapid update and maintenance.

LiDAR；DOM；DEM；DLG

1672－8262(2011)02－109－03

P237

B

2010—08—05

倪少华(1979—)，男，工程师，主要从事城市测量及基础地理信息数据库建设工作。