基于Bim技术的三维地形图测绘研究与应用

基于Bim技术的三维地形图测绘研究与应用

田建国

田建国

陕西省交通规划设计研究院陕西省西安市710065

摘要：经济的发展和科技的进步，促进测绘技术水平也在不断提升。三维数字地形图（3DDTM）是表示地貌或地形起伏和地物立体形状的地形图，与普通二维地形图相比，三维数字地形图具有更加逼真、直观、形象的特点。应用该技术，不仅可以体现立体对象平面关联性，还可以更加精确地表达地面地表物体的高程、高度等，有利于提升地形图的表达质量。本文就基于Bim技术的三维地形图测绘研究与应用展开探讨。

关键词：三维数字地形图；测绘技术；采集方法

引言

目前，在社会经济多元化发展的背景中，社会整体朝着立体化纵深方向发展，这种形势下对三维地理空间数据信息的获取提出了更高的要求。传统的数字地形测绘技术无法满足当前各行业发展对数据实时绘制的要求，故三维数字地形图测绘技术的高效、快捷应用受到广泛关注，其在实际应用中应注意所选的测试范围是明亮通透的，且所选择的地点具有相对开阔的视野，只有这样才能增加数据获取量、提升数据准确度。

1三维数字地形图特征

三维数字地形图主要为数字形态或电子形态；它不仅能够对地物立体形状进行反映，也能够对制图区域内地球表面状态进行反映；它以1：1或同一比例尺对地物平面位置或大小与数值方向的高程或高度进行表示；地形、地貌和地物空间立体形态的矢量地图主要用三维离散点进行表示；它能够对空间地理信息进行精确反映，且善用比例尺概念进行区域表示。

2基于Bim技术的三维空间数据采集方法

2.1全站仪三维数据采集

全站仪三维数据采集在野外数据采集中应用最为广泛，在实际应用过程中，这种数据采集方式对工作人员的专业水平及其操作标准度要求较高，具体操作内容为：利用内插方式对野外作业所需测定的特征点进行坐标确定，以形成相应的高程数据；野外作业通常要求地物呈均匀分布，若在实际作业中遇到地物分布较为分散或范围较小的测定区域，可采用无棱镜测量方式，这种测量方式具有操作简单、精度高、投入成本低等特点，适用于对精度要求高、作业范围小的三维空间数据材积重。

2.2数字摄影测量三维数据采集

数字摄影测量即通过摄影测量获取三维地形数据，以实现数字高程模型构建及地形图绘制，其涉及到数字影像匹配技术和计算机应用技术等诸多领域知识。我国的地质条件复杂，地形也比较多样化。因而，三维地形数据采集方法研究比较成熟。现实世界中，地面呈现不同形态，实际数据采集过程中，容易出现断裂线间问题，可采用密集的散点方式对植被覆盖区进行测量，以实现数据采集，使其更具完整度和精确度。同时，其具备较强的空间分析能力。采用高空拍摄影像资料的方式，对三维地物数据进行采集、分析和获取。它容易受到飞行高度和飞行角度的影响，针对部分为了装饰需要用以顶部的建筑物而获得的伪特征点数据，经过处理之后，才能够实现立体形状数据获取。摄影影像使地形图测绘和更新等更加便利，可借助航空航天影像对大面积DEM数据进行快速更新。

2.3激光扫描系统三维数据采集

在架设仪器的过程中，需尽量将机器架置在高于控制点的位置，且要保证机器是对中整平的；通过对仪器进行操控来完成数据采集工作，且该工作阶段可能会使用到笔记本电脑开展新建项目、应用扫描等工作。在对站点进行扫描前，需要对所要扫描的点进行参数设置。整个扫描过程分为两步：第一步是进行概况扫描，扫描面较大，属于区域扫描；第二步要进行的是细节扫描，扫描时间的长短主要取决于两个方面，一是设置控制点的密度，二是扫描地方的距离。

3基于Bim技术的三维数字地形图绘制技术

三维数字地形图测绘技术包括图根控制测量和数字化地形测绘两个方面的内容。前者主要是用全站仪将测区布置成附合导线、闭合导线和支导线，并对相关指标进行计算。而数字化地形测绘中包含以下几个方面的内容：设站和检查、立镜和观测、绘草图和检查、数据传输和转换。具体实践中要遵循该流程开展测绘工作。传统背景下的二维数字地形图在同一水平面上对空间地理信息进行呈现，用点线对比例尺地形进行表示，不够直观，也不能够对立体空间进行全面表达，容易受外部环境限制。三维数字地形图则借助大比例尺对地理信息进行完整、直观的呈现，能够对地面高低起伏状况及立体结构形状进行更加直观的反映。三维数字地形图以所采集数据的高程为素材实现模型构建。常规状态下，数字地形的表达方式主要有规则格网模型、不规则格网模型和等高线模型三种。（1）规则格网模型：以均匀等间距方式对地形进行表示，其优势在于直观和精细。（2）不规则格网模型：俗称不规则三角网，借助不规则采集点数据，产生连续三角形，使地形的呈现效果更加真实。（3）等高线模型是以等高线上的点为依托，生成台阶状三维地形图。常规状态下的三维数字地形图中的地物，主要采用点、线、面、体四种方式进行表示，它不仅要对立体地物的形状特征进行表现，更要对投影到地面上的地物形状特征进行传达。实际状态下地形与地物的一体化使地形模型和地物模型处于联系状态。地物特征点测量过程中，需对其高程进行测量，分别在水平和垂直两个方向对数据点进行立体性采集，并将数据点作为高程，以匹配三维规则格网地形模型，从而使地物模型和地形模型的匹配更加精确。专业人员需要格外注意，采用不同的方式对各背景状态下的地形模型和地物模型进行融合，将匹配过程中的误差降到最小。

4三维地形与地物的绘制建议

常见的数字地形表达方式有三种：等高线模型，规则与不规则网模型。第一种是利用等高线上的点直接生成的，无法很好的对地表地物进行表达。不规则的格网模型主要是不规则的分布点生成三角形从而来倒逼地形真实表面，由于网格没有规则，对表面分析的能力也相对较差。而规则格网模型在表达方面则可以更加的真实与准确，在特殊地形的表达方面也更加具有优势。三维地形图能够就二维地形图难以表达的特殊地形很好的表达，符号表达的不直观性与复杂性被省略掉了，可视化的效果相应的就会更加精细与直观。三维地物绘制。二维地图在对地物进行表达时，采用的是二维符号，在同一平面上，地物高程为零，对过高程点与等高线对高程与高度进行判断。二维地图在对空间立体形状进行表达时有一定难度，线状地物在对其空间立体形状进行表达时，既要考虑到水平方向的拐点也要考虑到垂直方向的拐点，拐点在表达时，采用的是特定的二维符号。

结语

综上所述，三维数字地形图在实际应用中能够克服传统测绘技术的劣势，突破了地理空间限制，能够将地物及其要素形态、特征更加真实、形象的呈现出来，在城市资源规划、工程建设中发挥着重要的作用；但其并不适用于所有地形条件，或在具体测绘作业中会受到人为因素、气候因素等方面的影响，由此可见，三位数字地形图测绘的应用具有一定的适用性和局限性。因此，这就要求工作人员应严格按照相关标准进行操作，不断采用先进的技术手段对其存在的不足进行优化，促使其能更好的服务于城市基础设施建设，进而加快城市化进程。

参考文献：

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