基于GIS 的数字化地形图测绘技术研究

引言：随着信息技术的飞速发展，地理信息系统（GIS）技术日益成熟并在众多领域得到广泛应用。地形图作为地理信息的重要载体，在城乡规划、工程建设、资源管理等方面发挥着关键作用。传统的地形图测绘方式存在效率低、精度有限、更新困难等问题，难以满足现代社会对地理信息快速、准确获取和更新的需求。基于 GIS 的数字化地形图测绘技术凭借其高效、精准、可动态更新等优势，成为当前地形图测绘领域的研究热点和发展方向。

一、GIS 技术与数字化地形图测绘概述

1.1 GIS 技术

GIS 是一种特定的空间信息系统，它能够对地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述。GIS 技术以地理空间为基础，将各种地理信息按照空间分布进行组织和管理，通过计算机硬件和软件的支持，实现对地理数据的快速处理和分析，为决策提供科学依据。

1.2 数字化地形图测绘

数字化地形图测绘是利用现代测绘仪器和技术，将地形地貌、地物等信息以数字形式进行采集、处理和表达的过程。与传统的纸质地形图相比，数字化地形图具有存储方便、传输快捷、易于编辑和更新等优点，能够更好地满足现代社会对地理信息的需求。

二、传统测绘方式存在的问题

2.1 效率低下

传统测绘方式主要依靠人工操作测绘仪器进行数据采集，如使用全站仪进行碎部点测量时，需要测绘人员逐点进行观测和记录，工作量大，耗时长。而且在内业处理过程中，需要人工进行图纸绘制和数据处理，进一步降低了工作效率。

2.2 精度有限

传统测绘仪器的精度受到多种因素的影响，如仪器本身的精度、观测环境、观测人员的操作水平等。在测量过程中，不可避免地会存在一定的误差，这些误差会累积并影响到最终地形图的精度。

2.3 更新困难

随着城市建设和自然环境的变化，地形地貌和地物信息会不断发生改变。传统纸质地形图的更新需要重新进行外业测绘和内业成图，工作繁琐，成本高昂，导致地形图不能及时反映实际情况。

三、基于GIS 的数字化地形图测绘技术关键环节

3.1 数据采集

数据采集是基于 GIS 的数字化地形图测绘的基础，其准确性直接影响着后续数据处理和成图的质量。常见的数据采集方法有以下几种：

全站仪采集：全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，能够同时测量水平角、垂直角和斜距。通过全站仪可以快速准确地获取地形点的三维坐标信息，适用于各种地形条件下的数据采集。

GPS-RTK 采集：GPS-RTK（实时动态差分定位）技术是一种基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，精度可达厘米级。GPS-RTK 技术具有作业效率高、定位精度高、不受通视条件限制等优点，广泛应用于大面积地形测绘。

航空摄影测量采集：航空摄影测量是利用航空摄影仪器从空中对地面进行摄影，获取航空影像，然后通过内业处理提取地形信息。该方法具有获取信息快、覆盖范围广等优点，适用于大比例尺地形图测绘和区域地理信息更新。

激光雷达采集：激光雷达是一种主动遥感技术，它通过向目标发射激光束并接收反射信号来获取目标的三维坐标信息。激光雷达具有测量速度快、精度高、能够穿透植被等优点，适用于复杂地形和森林地区的地形测绘。

3.2 数据处理与编辑

采集到的原始数据往往存在各种误差和错误，需要进行处理和编辑才能用于成图。数据处理与编辑主要包括以下几个方面：

数据预处理：对采集到的原始数据进行格式转换、坐标转换、数据滤波等处理，消除数据中的噪声和异常值，提高数据质量。

数据拼接与融合：当采用多种数据采集方法或在不同时间段进行数据采集时，需要将不同来源的数据进行拼接和融合，确保数据的一致性和完整性。

图形编辑：根据地形图的要求，对处理后的数据进行图形编辑，包括绘制等高线、地物符号、标注文字等，生成数字化地形图。

3.3 空间分析

GIS 技术具有强大的空间分析功能，能够对数字化地形图中的地理信息进行深入分析和挖掘。常见的空间分析方法包括：

地形分析：通过对等高线数据进行处理和分析，提取地形特征参数，如坡度、坡向、高程等，为地形评价和规划提供依据。

缓冲区分析：根据地理要素的空间位置关系，建立一定宽度的缓冲区，分析缓冲区内的地理信息分布情况，如河流缓冲区内的土地利用情况等。

叠加分析：将不同图层的地理信息进行叠加，分析它们之间的相互关系和影响，如将土地利用图和地形图进行叠加，分析不同地形条件下的土地利用类型分布。

3.4 成果输出

经过数据处理、编辑和空间分析后，生成的数字化地形图可以以多种形式进行输出，满足不同用户的需求。常见的成果输出方式包括：

纸质地图输出：将数字化地形图通过绘图仪输出为纸质地图，便于携带和使用。

电子地图输出：将数字化地形图保存为电子文件格式，如 DWG、SHP 等，方便在计算机上进行查看、编辑和共享。

三维模型输出：利用三维建模软件将数字化地形图转换为三维模型，直观地展示地形地貌和地物信息，为虚拟现实、城市规划等领域提供支持。

四、实际应用案例分析

以某城市新区 1:1000 数字化地形图测绘项目为例，采用基于 GIS 的数字化地形图测绘技术。在外业数据采集阶段，综合运用全站仪和 GPS-RTK 技术进行地形点测量，提高了数据采集效率和精度。内业处理过程中，利用 GIS 软件对采集到的数据进行处理和编辑，生成数字化地形图。通过空间分析功能，对新区地形进行了详细分析，为新区的规划建设提供了科学依据。项目完成后，输出的数字化地形图不仅满足了规划部门的需求，还为其他相关部门提供了便捷的地理信息服务，取得了良好的经济效益和社会效益。

结论

基于 GIS 的数字化地形图测绘技术是现代测绘技术发展的重要方向，它克服了传统测绘方式的诸多弊端，具有高效、精准、可动态更新等优点。通过数据采集、数据处理与编辑、空间分析和成果输出等关键环节的研究和应用，能够生成高质量的数字化地形图，为城乡规划、工程建设、资源管理等领域提供重要的地理信息支持。随着技术的不断发展，基于 GIS 的数字化地形图测绘技术将不断创新和完善，为推动地理信息产业的发展做出更大的贡献。

参考文献

[1] 武世虎 . 浅析地形图测绘中的数字化测绘技术应用 [J]. 城市建设理论研究 ( 电子版 ),2023,(17):148-150.

[2] 付帅 . 大比例尺地形图数字化测绘技术在矿区的应用 [J]. 世界有色金属 ,2018,(23):30+32.

[3] 朱滢 . 数字化地形图测绘技术应用探讨 [J]. 智能城市 ,2021,7(15):59-60.