测绘工程中特殊地形的测绘技术方案探讨

测绘工程中特殊地形的测绘技术方案探讨

蔡迪武

宁乡市自然资源交易事务所 湖南宁乡 410600

摘要：目前，我国测绘行业发展迅速，相关技术、设备不断更新，特殊地形测绘难度大、要求高，已经成为当下研究的热点之一。本文首先分析了我国测绘工程发展情况，明确提出采用遥感技术提高特殊地形测绘效率、精确性，其后详细探讨了测绘工程中特殊地形测绘难点以及遥感测绘技术方案的运用，主要围绕西部沙漠、沼泽和高海拔地域测绘、海岸潮滩测绘以及矿山测绘几个方面进行详细分析，以期可供参考。

关键词：测绘工程；特殊地形；遥感；技术方案

1 引言

随着我国社会的不断发展，测绘工程在各行各业中均发挥着重要的作用，其可获得不同的地形信息，为相关城市规划、工程建设等等工作提供可靠的数据支撑。我国以地大物博而闻名，地形地貌更是多种多样、千姿百态，在进行土地资源测量工作中不可避免碰到丘陵起伏区、海湾滩涂区、房屋密集区、矿山等特殊地形，相对于平原来说，此类地形较为复杂，给测绘工作带来严峻的挑战，本文主要围绕特殊地形测绘展开详细分析。

2 我国测绘工程发展情况

结合测绘实践情况分析可知，特殊地形测绘难度大、要求高，传统测绘技术无法满足实际测绘精确性要求，必须积极采用现代测绘技术，落实相关技术革新工作。结合我国测绘工程发展情况来看，随着空间技术、计算机技术、信息技术的发展，我国测绘科学逐渐从传统的单纯依靠人力的测绘技术，走向数字化测绘、信息化测绘，测绘效率、精确性均显著提高，这在一定程度上满足了特殊地形测绘需求。

本文主要以现代遥感技术（图1）在特殊地形测绘中的运用为例展开详细论述。当前，卫星遥感、航空遥感与无人机遥感共同构成遥感技术体系，尤其是无人机具有机动灵活、响应快、成本低、时效性强等特点，因此，在区域性对地观测中具有独特的优势。特殊地形测绘作业开展中，借助遥感技术可轻松地从难以接近或不安全的环境中收集数据，其还可以记录时间维度上的多重数据，将其运用于特殊地形测绘工程具有十分重要的现实意义。

图1 遥感技术系统示意图

3 测绘工程中特殊地形测绘难点与技术方案

3.1特殊地形测绘难点

结合相关测绘实践经验分析可知，特殊地形测绘工作至少存在以下问题：

（1）地质资料获取程度低

在野外工作中，传统测绘技术手段主要包括测量、照相、取样和描述等，然而在许多地区野外地质工作条件艰苦，难以开展详细的野外地质数据采集，尤其是一些特殊地形测绘难度更大，甚至人力无法到达，如：高寒区、荒漠区、高陡露头区等，这些区域如果使用传统地质调查方法，采集到的数据较低。

（2）资料定量难度较大

在传统测绘工作过程中，记录点的坐标信息一般使用GPS仪器确定,而在不同地点，因为环境对电磁波影响不同，其GPS定位误差也不同，点与点之间缺乏统一的精度控制模式。尤其是特殊地形测绘时，对于高、陡、险、危、窄剖面的测量只能依靠简易比例尺估算，误差较大，精确空间位置数据的缺乏，也使地质资料无法准确定量，增加了后期资料处理的困难程度。

（3）测绘工程存在危险性

传统测绘工作时，逐点、逐线的步行是不可避免的，但是很多特殊地形较为危险，如悬崖峭壁、未知深度积水区，还有无人区、野兽出没区域等潜在危险区域，调查人员的人身安全受到很大威胁。

3.2特殊地形测绘技术方案

遥感技术是21世纪重要的地球信息获取手段，具有省时、省力、便捷等优点，主要有航空航天、陆地卫星及摄影测量等技术。此技术与研究目标无直接接触，而是通过感知被测目标的电磁波的反射、辐射或发射的辐射这些基木特征信息，然后再通过专门的传输和处理，从这些大量的数据信息中提取出人们有用和感兴趣的相关信息资源。

近年来，无人机遥感在特殊地形测绘领域也表现出了较大的优越性，如：贾曙光使用无人机摄影测量在高陡边坡做了地质调查实验，并使用 Photoscan 软件获取了边坡处的岩体产状等信息；许志华利用无人机对露天矿采场堆体进行了的变形量的监测工作；山克强使用固定翼无人机采集了西南岩溶区 10km 范围的遥感影像，通过影像建模技术建立了研究区的三维模型，并通过三维模型获取了该地区的岩层产状信息；赵星涛使用无人机获取矿区高分辨率正射影像，并通过正射影像检测矿山开采过程中对土地资源、建筑物、主要工程设施的影响与破坏,以及矿山地质灾害的类型、规模、损失及危害等；彭大雷使用无人机调查甘肃黑方台地区的黄土滑坡情况，并对比前后两期摄影测量数据，得出了滑坡的滑前变形迹象和成灾过程；印森林使用无人机倾斜摄影技术采集野外露头模型辅助储层构型分析，他认为无人机倾斜摄影具有明显的创新性与技术优势，且采集后的模型精度高，对砂体内部结构认识的定量化与精细化程度增高；章梦霞使用无人机影像获取矿区高质量的 DEM 和正射影像图，并通过多期数据对矿区开采进行动态监测。

4 测绘工程中特殊地形的测绘技术方案分析

4.1西部沙漠、沼泽和高海拔地域测绘

我国地域广阔，存在不少人员难以进入实地测绘的区域，如：西部沙漠、沼泽和高海拔地域等。长期以来，由于受技术条件限制，我国西部几千幅1∶5万比例尺地形图空白区，直到“十一五”结束才得以消灭。如：2004年西部某测区提出192幅1∶5万比例尺地形图测绘任务，当时只有航空影像资料，该地区沼泽分布广泛，大部分区域人员难以进入，如采用传统航空摄影测量方法，需实地测量大量控制点，即使不惜生命代价，也难以在如此恶劣条件下完成大规模的野外测量任务。当时，正值我国尖兵系列遥感卫星发射之际，因此决定采用尖兵系列进行野外控制测量、内业加密，基于航空影像进行内业测图的方法。

该方法的思路是：基于卫星影像首先进行野外控制测量，利用尖兵系列卫星影像星像片姿态角计算出卫星轨道摄站角元素，然后量测卫星影像的格网点坐标、激光反射点坐标作为控制测量基础，结合外业实测控制点进行光束法区域网平差，求出各像片的外方位元素和加密点地面坐标。计算公式如下：

式中，X、Y、Z 为以摄站点为原点的地面点坐标；Xs、Ys、Zs 为摄站点的地面坐标。

之后，将野外实测控制点和解算出的加密点转刺到航片上，作为控制基础构网平差，解算出航片外方位元素进行测图，如图 2所示。

图2 基于航天影像 + 航空影像的作业方法

但由于尖兵系列卫星影像只能满足测绘1∶5万～1∶10万比例尺地形图的精度要求，根据该地区地物稀少的特点和成图应用的实际，对此又提出“按1∶10万精度测绘、1∶5万内容表示”的方案。这一方案得到批准后，使用GPS测量方法实测控制点26组、72个点，使该任务得以顺利完成。

这一方法充分利用了卫星影像覆盖面积大、所需控制点少的特点，解决了人员难以进入地区外业控制测量难题，又发挥了航空影像分辨率高、利于内业测图的优势，保证了测图任务的正常完成。但由于受卫星影像分辨率限制，其精度不能完全满足1∶5万比例尺地形图的要求，这在当时技术条件下是不得已的选择。

随着我国“天绘”、“资源三号”遥感卫星的成功发射，已具有自主获取高分辨率卫星影像的能力，同时也可通过商业途径获取高分辨率影像，采用卫星影像空三加密方法，可更好地解决难以进入地区地形图测绘难题。

4.2海岸潮滩测绘领域

潮滩是一种低平海岸地貌，由潮间带、潮上带盐沼湿地组成。潮滩是海岸带资源宝库，具有较大利用价值，尤其是在人口密度较高的东、南部沿海地区，若是能够有效运用潮滩资源，可有效缓解相应的资源压力。

海岸潮滩滩面泥泞、潮沟纵横分布，受此自然条件限制，利用常规地形测绘方法测量潮滩地形非常困难。传统测绘方法主要是高潮位时，利用测量船测量水深得到离散的水深点，然后经潮位修正、基面转换后用插值方法得到面上的潮滩地形，此方法耗时耗力，相关测绘费用也较高。因此，进一步研究海岸潮滩快速、精确测绘方法具有重要意义。

水边线法是目前长江口区域运用的一种测绘方法，其主要是利用多时相的遥感影像提取不同潮位的瞬时水边线，结合潮位资料确定影像成像时水边线处的潮高，将不同时期的水边线定义为“等高线”，用插值方法得到整个地区的潮滩地形。此方法地形测量精度满足冲游分析的需要，云海用效果较好，但是由于需要连续高质量潮位资料、多景不同潮位遥感资料作为辅助，推广难度相对较大。

目前，有学者提出利用“含水量法”获取潮滩高程，潮滩出露后，土壤含水量随时间推移逐渐降低，在某一刻，地形高的区域由于出露较早，含水量相对较低，地形低的区域由于出露较晚，含水量相对较高。由此，利用遥感方法捕捉含水量空间分布的差异，建立含水量与地形之间的关系，实现潮滩地形快速监测。

4.3矿区测绘领域

以甘肃北山地区测绘为例展开分析，区域从总体上看属于干旱荒漠戈壁，包括残山丘陵和戈壁荒漠两种类型。北山地区发育有许多矿床，包括铜、金、铅、锌、铁、钨、钼等矿床，成矿主要与岩浆活动有关，与酸性侵入岩有关的金矿占金矿产地数 41%，一些热液型金矿反映了成矿与 I 型花岗岩的成因联系。热液和热液交代型铁、铜、铅锌多金属及钨、锡、金、稀有矿产等主要被火山弧、岩浆弧构造断裂带控制，如明水火山弧中的狼娃山铁矿、红尖兵山钨矿、南金山金矿;柳园岩浆岩带中的花牛山铅锌矿、辉铜山铜矿等。浅成低温热液型金、银矿，主要受地块内断裂带和热液流体控制，沿区域性断裂分布，如小西弓金矿、新、老金场金矿等。

北山区域生态环境极其脆弱，且恢复能力差，三十年前民间盗采开挖的探槽和坑洞至今仍然清晰可见，洞口周围的地表已经砂土化，没有植被覆盖（图3）；机动车碾压除了破坏地表植被之外，在北方结冰区域，车辆碾轧形成的车辙会加剧水土流失，其压实上部土壤，使地表径流流量增加；但紧实的土壤在冻融循环时会更容易被破坏坍塌。

图3 三十年前的民采坑至今没有恢复

为保护区域环境，将无人机应用在测绘中，可提高地面数字资料的采集速度，提高数字

资料地理空间位置的准确度，标准化野外资料的采集流程和数字成果，降低资料和空间位置映射的困难，降低人工智能、大数据等新技术处理野外数据的复杂度，更可以在地质调查工作中贯彻和落实对绿色勘察、资源节约利用政策。

为对比无人机地质调查和传统地质调查对环境的破坏程度，选取一处 20km²的区域作为地质调查试验区， 使用无人机采集这 20km²的高精度遥感数据（分辨率优于 5cm），仅需要三十多个小时的飞行即可完成。以实际情况为例，20km²区域的航拍任务总共出车 8 天，在研究区内总里程 30.8km，车辙总面积为 18458 平方米，相当于传统地质工作车辙轧过总面积（40 万平方米）的 4.6%。可以说，使用无人机方式进行地质调查，可以将环境扰动降低二十多倍。这只是保守估计，因为这还没有计算遍地疮痍的地质探槽对环境的影响。

5 结语

综上所述，随着我国土地资源需求日益增大，土地利用越显紧张，特殊地形的开发与利用规模逐渐加大，以有效缓解当前用地难的现状。特殊地形的测绘作业具有一定难度，测绘工作者必要真正了解各种测绘技术，并能根据实际情况选用恰当的测绘技术，获得精准的测绘结果，本文主要以遥感技术的运用为例展开详细分析，根据测绘实践显示此测绘技术使用效率高、结果精确，可为我国相关规划工作的开展提供可靠的数据资料。

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作者简介：蔡迪武（1979-），男，湖南宁乡人，助理工程师，硕士研究生，工作方向：测绘。