ArcGIS 与南方CASS 软件在大比例尺地形图制图中的应用

陈慧慧

（甘肃省基础地理信息中心，甘肃 兰州 730000）

1 研究背景

大比例尺地形图在水利、交通等基建工程中是一项基础性测绘成果，传统大比例尺地形图测绘根据地形复杂程度，工程工期往往无法满足项目的需求。航空摄影测量在大比例尺地形图测绘中的应用已十分成熟，近年来该项技术也得到了突飞猛进的发展，地形图获取周期也极大缩短。外业航摄数据的获取根据区域面积及影像分辨率大小，获取时间基本可以确定。外业航摄数据获取后，在保证地形图制图数据质量的前提下，采用的技术方法对如何缩短制图时间有很大影响。本文总结ArcGIS 与南方CASS 软件在大比例尺地形图制图中的应用经验，以便工作人员能快速输出地形图制图产品。

2 技术流程

技术路线如图1 所示。

2.1 DEM 的获取

数字高程模型（Digital Elevation Model），简称DEM。目前点云获取的常用方法为无人机航摄匹配密集点云或搭载激光雷达传感器直接获取。无人机航摄匹配密集点云是在空三加密结果满足规范要求的基础上，通过软件匹配算法获取密集点云；激光雷达点云是用激光器发射光源，采用光电探测手段的主动式遥感设备，可以穿透部分植被，采集到地面反射数据，获取海量三维点云数据[1]。上述2 种方法获取点云数据后并对点云进行地面点分类，经过处理后得到所需格网尺寸的DEM。

2.2 影像数据处理

利用精度满足要求的DEM 数据，对影像数据进行数字微分纠正，生成数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，简称DOM）。

2.3 获取等高线及高程点数据

利用符合精度要求的DEM 生成等高线数据，基于DOM 人工选取高程注记矢量点shp 数据，利用DEM赋值矢量点提取高程注记点高程。

2.4 地物地貌的采集

通过对DOM 进行标准分幅，利用南方CASS9.2软件加载分幅影像进行矢量数据采集，采集时保持原始记录的完整性、正确性，不应断缺、遗漏、移位。

2.5 数据整合编辑整饰

等高线和高程点数据获取后与地物采集数据整合到一起，按照图式规范要求整饰地形图图面及图廓内容，并按标准分幅输出。

图1 技术路线

3 案例应用

3.1 项目概况

以某地区1∶2 000 地形图测绘项目为例，该地区地形以山地为主，南北有大量山区，中部偏南坐落着大面积盆地，测区范围位于盆地内，地势相对平坦，居民地相对集中。

3.2 点云数据处理

本文DEM 获取方式采用激光雷达点云数据，利用点云软件进行点云数据处理，滤波占有极其重要的位置，滤波识别的地面点可直接用于生成DEM、归一化数字表面模型等产品。

机载雷达点云数据分类采用了分层分类的思路，首先把点云数据中的地面点和非地面点分离开，并利用地面点生成DEM。

3.3 DOM 处理

利用图像处理软件对影像进行色彩、亮度和对比度的调整处理，对于影像中的脏点、划痕等问题及现象，应查找和分析原因，并进行相应的影像处理。对相邻的像片DOM 应检查镶嵌的接边精度是否符合规范规定，误差超限时应返工处理。镶嵌后的影像应确保无明显拼接痕迹，过渡自然，纹理清晰。按标准的图幅（50 cm×50 cm）范围裁切数据，生成图幅DOM。DOM 成果格式为*.tif 及*.tfw。

3.4 DOM 及DEM 精度分析

本项目主要利用DOM 和DEM 数据来进行地形图的生产，所以数据采集生产前要保证DOM 和DEM 的精度满足规范要求。采用外业实测平高点来检测DOM和DEM 的精度，共检测平面点位52 个，平面中误差0.10 m；检测高程点70 个，高程中误差0.21 m，满足规范要求。具体情况如表1、表2 所示。

表1 平面点位精度统计（单位：m）

表2 DEM 精度统计（单位：m）

3.5 等高线及高程点的处理

3.5.1 等高线的生成及处理

利用ArcGIS 软件中3D Analyst“等值线”功能，根据栅格表面创建等值线的线要素类。即利用DEM 数据生成地形图等高线，此功能输出的等高线折线角度相对较大，利用该软件制图工具“平滑线”功能对输出的等高线折线进行平滑，平滑容差根据地形图等高距确定。等值线生成操作界面如图2 所示。平滑线生成操作界面如图3 所示。

图2 等值线生成操作界面

图3 平滑线生成操作界面

3.5.2 高程注记点处理

在ArcGIS 软件中新建*.shp 文件并加载DOM，依据地形图高程注记点密度要求在DOM 底图上均匀选取shp 点。基于ArcGIS 软件中“Spatial Analyst Tools”提取分析中的“值提取至点”功能，利用已选取的shp点提取高程注记点的高程值，该功能主要是基于点要素提取栅格的像元值，并将这些值记录到输出要素类的属性表。高程点选取位置示意图如图4 所示，值提取至点示意图如图5 所示。

图4 高程点选取位置示意图

图5 值提取至点示意图

3.6 地物数据采集

地物数据采集时，底图采用1∶2 000 分幅DOM，利用CASS9.2 软件加载分幅DOM，基于DOM 选取不同地物符号进行线划图绘制。部分带有方向性属性的地物地貌，利用点云数据判定地物地貌方向性后进行数据采集，对内业不确定的地物进行外业调绘。基于无人机航摄的高分辨率DOM，外业调绘的工作量相对较少，主要是性质注记调绘。数据采集示意图如图6所示。

3.7 地形图的整饰

地形图的内容包括以下几个部分：测量控制点、居民地、独立地物、管线与垣栅、境界、道路、水系、地貌与土质、植被、注记、图廓整饰等。图廓整饰是对地形图的外部整饰，是地形图图面的设计与表达[2]。对上述地形图的内容按照图式规范整饰是地形图制图的重要环节。而南方Cass9.2 软件采集地形图内容信息快，操作快捷，但输出的内容颜色及注记大小和图式要求不一致，通过与《国家基本比例尺地图图式第一部分：1∶500 1∶1 000 1∶2 000 地形图图式》规定的符号大小及颜色对比分析，总结出一套利用CASS 软件到标准出图的转换参数，如表3 所示，利用Cass9.2软件批量选择功能可以快速对地形图图层颜色、线型宽度等图面内容进行整饰，极大提高工作效率。图面内容整饰完成后，CASS 软件可快速按标准分幅，分幅前图廓整饰各参数按表4 输入，输出的制图数据图廓符合图式要求，直接出图打印。

表3 CASS 各图层参数表

表4 图廓整饰各参数表

4 结论

无人机航测技术是一种非常便捷灵活的技术方法，而且可以获得非常精确的测绘成果，所以在大比例尺地形图测图工作中有很高的应用价值[3]。利用ArcGIS 与南方CASS 软件获取大比例尺地形图制图数据的技术方法，可在无人机航测技术成果的基础上快速输出制图数据，为工期紧、要求精度高的工程项目提供技术保障，但对房屋测绘要求较高的项目，需考虑房檐改正。同时该技术方法为应急测绘的制图需求提供参考，具有一定推广价值。