影像地形图在坦桑尼亚中央铁路预可研阶段的应用

周 琦

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 概述

我国在西部测图重大测绘项目中，通过采用影像地形图的制作，填补了西部困难地区200万平方公里1∶5万地形图的空白;中石油华北分公司曹彦章等人也尝试用GE中高分辨率影像结合地形图开展了数字影像图的制作研究。目前，卫星成像技术和传感器平台的高速发展，使得全球范围内基本都具备了可供使用的免费数字产品，而类似Google Earth、Virtual Earth、天地图等数据平台为我们提供了大量影像数据的获取窗口。

结合坦桑尼亚中央铁路在预可研阶段基础地理数据资料相对较少、获取难度大的特点，提出了一套利用免费数据进行境外铁路预可研阶段中小比例尺地形图制作的方法，形成附带属性信息和要素信息的影像地形图文件，与铁路线位进行空间和属性关联，为专业选线和设计提供有效的数据保障。

2 影像地形图制作流程

影像地形图主要由数字正射影像(Digital Orthophoto Topographic Map，DOM)与矢量数据组成，经过数据编辑、信息采集和要素筛选等，形成最终的成果文件。

2.1 基础数据准备

在预可研阶段，根据收集到的线路方案，确定数据区域范围。需收集的基础数据主要包括DEM、DOM数据和矢量信息，该类数据可通过免费下载获取。

DEM数据:收集和下载数据范围内的SRTM和GDEM数据。

DOM数据:收集和下载Google Earth、Google Map影像、全球范围内的免费TM影像等。

矢量数据:下载全球免费矢量数据，结合DOM数据和Google Earth平台进行矢量采集。

孕妇激素水平的增高，致使静脉中的血流量增加，同时由于妊娠子宫压迫盆腔静脉，影响下肢静脉回流所致。持久站立位工作，妊娠晚期腹内压力的增加，都促使症状加重。当然，这种现象会随孕期的消失而消失。

2.2 DOM数据制作

铁路项目设计前期可采用小比例尺地形图进行规划，目前主要采用1∶5万比例尺地形图。根据项目规划信息确定研究区域，以此区域做为影像图的范围。

在大范围的区域，DOM数据主要采用免费的TM影像组成，通过对其波段重组、色彩分析，结合线路设计的坐标投影方式，通过转换后使其成为线路设计的影像底图。对重点区域和段落进行卫星影像的下载，通过对Google Map(GM)数据接口的二次开发，形成基于服务器端的最高层金字塔影像的下载，该类影像具备以下优点:

①提供了全球大部分地区的卫星影像，影像间拼接无缝，按照金字塔结构存放。

②清晰度高，在大、中城市部分影像的分辨率达到了0.5 m。

③数据免费，获取方便。

2.3 矢量数据生成

(1)等高线数据的生成

通常情形下，等高线数据可利用物方DEM内插出等高线，存为二进制文件。用于等高线生成的DEM格网间距要符合要求，必要时对等高线文件可导入测图模块进行修测。

获取到的免费数据中，SRTM数据和GDEM数据均存在区域漏洞和异常。在研究过程中，参照机载激光雷达数据的处理流程，对下载的数据进行离散化处理，形成含有三维地表信息的点云数据后进行滤波处理，剔除异常点后，再形成连续、光滑的数字地面模型，内插生成等高线和高程点，再对等高线进行平滑、接边等处理，即完成等高线数据的生成。

(2)地物数据的生成

在制作影像地形图的过程中，地物数据不是全要素采集，一般只表示一些重要的要素，如重要道路、主要河流等，采集的过程则按照标准规范对地物进行代码分层记录和量测。影像地形图的地物数据采集则包括两种方式:

①在收集到的矢量文件中进行选择。

②直接在DOM上进行平面量测。

(3)矢量文件的导出

将生成后等高线数据和地物数据进行合并，以文件导出，作为制作数字正射影像地形图的矢量要素部分。图1为某一矢量文件的示意。

2.4 矢量数据及影像合成

利用CAD等软件进行矢量数据与影像的叠加合成，在合成过程中，必须保证影像数据与矢量数据坐标系统的高度一致，以实现严格迭加。叠加完毕后依据航测外业调绘的成果添加文字注记，如居民地、水系、道路等，还可以根据各专业的实际需要，添加其他要素，如铁路线位等。

制作影像地形图的技术流程如图2所示。

图1 矢量文件要素示意

图2 影像地形图制作流程

3 数据制作与具体应用

以坦桑尼亚中央铁路前期研究为例，对影像地形图在境外铁路预可研阶段的制作方法与应用开展分析。

坦桑尼亚位于非洲的中东部，气温条件恶劣，年平均气温21℃ ～25℃，终年湿热。地形复杂，东部沿海为低地，西部为内陆高原，东北部乞力马扎罗山的基博峰海拔5 895 m，是非洲最高峰。坦桑尼亚中央铁路东起首都达累斯萨利姆，终至基戈马，全长约1 150 km。该地区经济欠发达，基础资料匮乏，收集困难。

3.1 DEM和DOM数据收集制作

根据项目信息，确定坦桑尼亚中央铁路研究区域后，经查阅发现Google Earth上影像为2013年5月拍摄，且分辨率为0.5 m。因此，DOM数据采用Google影像来制作。该线路区域基本为平地，DEM数据采用在平地精度更高的SRTM数据(如图3所示)。

图3 DEM和DOM数据示意

3.2 矢量文件制作

参照《国家基本比例尺地图图式》1∶5万地形图图式中的规定，将等高线、高程点根据不同的属性，制定对应的层码，形成CAD可以读取的dwg格式文件(如图4所示)。

图4 矢量文件示意

3.3 矢量与影像合并

将区域内的五万影像底图、矢量文件、矢量要素文件合并叠加，即可得到1∶5万影像地形图(如图5所示)。

图5 坦桑尼亚中央铁路1∶5万影像地形图

3.4 选线应用

在全线范围内提供的1∶5万影像地形图可作为设计底图叠加到线位上，也可作为基础设计资料应用于选线过程。在坦桑尼亚国内基础数据缺乏的情况下，为铁路线路设计提供了有效的数据保障(如图6所示)。

图6 影像地形图与线路方案叠加

4 结束语

在境外铁路项目的预科研阶段，大部分区域没有1∶5万地形图。在坦桑尼亚中央铁路中利用免费数据进行中小比例尺影像地形图的方法，大大弥补了没有小比例尺地形图的缺陷，给前期研究工作带来了极大的方便，对优化线路起到了重要作用，目前该方法已成功应用到多个境外生产项目中。

［1］ 莫平浩，胡茂林．利用Google Earth制作卫星影像图［J］．电力勘测设计，2008(4):30-31

［2］ 王一川．Google Earth卫星影像辅助空三制作中小比例尺地形图［J］．铁道勘察，2011(4):26-28

［3］ 龙恩，程维明，肖飞，等．利用SRTM-DEM和TM数据提取平原山地信息的研究［J］．测绘科学，2008，33(2)

［4］ 王俊东．Global Mapper在新建铁路前期选线中的应用［J］．铁道勘察，2012(6)

［5］ 张书华，刘云生，张梅．利用Google Earth影像测制1∶2 000地形图［J］．城市勘测，2012(1):57-60

［6］ 王东，赵忠贤．Google Earth使用详解［J］．工程地质计算机应用，2006(1):23-31

［7］ 吴银柱，吴丽萍．土建工程CAD［M］．北京:高等教育出版社，2006:1-9

［8］ 覃辉，伍鑫．土木工程测量［M］．上海:同济大学出版社，2008:269-270

［9］ 韩皓．Google Earth在铁路勘测设计前期工作中的应用［J］．铁道勘察，2010(1):9-12