摄影测量技术论文

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇摄影测量技术论文范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

摄影测量技术论文范文第1篇

【关键词】三维建模；三维空间模型；人机交互；摄影测量；三维点云

1、引言

随着数字采集技术的不断发展以及“数字地球”、“数字城市”概念的不断深化，人们已不再满足于传统二维手段描述的三维信息，目前三维模型已成为继图像、声音和视频之后的第四种多媒体数据类型[1]，物体的表现形式也逐渐从二维表示向三维自动化建模的方向过渡。

目前实现三维建模的方法大致有以下几种：一是直接利用三维建模软件，如计算机辅助设计软件（AutoCAD）、三维动画渲染和制作软件（3D Studio Max）等工具人机交互式三维建模；二是直接利用GIS的二维数据和高度信息建立三维模型，但这种方法只局限于规则对象的建模；三是基于数字摄影测量原理对物体快速建模。随着数据采集技术的不断发展和自动化，根据三维激光点云数据自动构建三维模型正成为研究的热点。本文对现今常用的地物建模方法进行比较分析，总结出了各种建模方法的特点。

2、三维建模方法

本文以校园中建筑物为建模对象，分别通过以下3种常用的建模方法进行三维模型重建：基于AutoCAD的人机交互式建模、基于扫描点云的建模、基于近景摄影测量的建模。

2.1 基于AutoCAD的人机交互式建模

对于几何形体相对规则的建筑，常规使用免棱镜电子全站仪对建筑物构件的三维特征点进行散点式数据采集。本文采集数据同时采用“四位编码法”对特征点编码[2]，并按建筑构件分类分层存储。绘图时根据特征点编码结合测绘顺序在CAD中编写LISP程序对建筑物实现自动展点和自动连线生成线框图。以同济大学某学生宿舍为例，在CAD中连线后的线框图见图1（a），图中3个蓝点为门上3个特征点，这些点不同时位于门所确定的竖直面内。可见三维绘图不是实测点位的简单连线或修补，需以实测点位为基础，综合考虑建筑的施工、形变和测量误差及建筑特性，采用拟合的方法对线框图进行局部处理，最后构建三维实体，如图1（b）所示。

（a）门窗的4个图元不共面

（b）构建后的实体效果

图1 绘制步骤及效果

此外，游天[3]等人利用对象三视图为底图在三维制作软件中直接建模，并将三面图对模型进行纹理映射提高模型的真实度。本文也以学校校门为例对此方法进行了验证，实验证明该方法构建的三维实体模型精度也能满足一般要求。

2.2基于扫描点云的建模

对于不规则物体，全站仪则显得无能为力了。三维激光扫描技术克服了传统数据采集方式的不足，应运而生的模型自动化重建技术愈来愈受到重视。目前基于扫描点云的建模一般流程可概括为点云的获取、表面重建、点云的处理与建模三个阶段。以校园某建筑为例具体实验步骤如下：

（1）点云数据获取。本实验采用Leica C10对某楼进行扫描测量，根据该楼的轮廓特征和实际扫描范围等影响因子，本次测量共设16站。

（2）点云数据预处理

为了给建模阶段提供较理想的点云数据，需对原始点云数据进行点云拼接、去噪、采样等预处理。点云数据预处理既可通过算法[4] [5] [6] [7] [8] [9]实现，也可以通过扫描仪配套软件如Cyclone、Faro Scene等完成。这一步操作十分重要，是决定后续数据质量好坏和执行效率的关键。

（3）点云数据建模

目前，对建筑物点云数据模型重建的研究多数从两个方面展开：一方面提取建筑物的边界特征，以特征为约束构建三维实体模型；另一方面是直接对点云数据网格化，建立拓扑关系，进行表面重建和优化。本实验采用点云数据分割、曲面拟合以及交互组合的方法来实现建筑物对象的三维建模。建模步骤大致可分类以下三大步：

a）海量散乱点云数据分割

点云分割是为下阶段精细建模做准备。本文根据空间点的邻域关系估算点与点间的拓扑关系，将建筑模型分割为平整墙面、屋顶和附件几大区域。

b）分割部分精细建模

自动识别提取点云数据特征，并以此特征为约束迭代拟合模型，在此基础上构建三角网格。

c）模型拼接

根据模型间的特征及法矢拼接相邻模型，对拼接后的两模型公共区域部分的三角网进行裁剪、检查以及模型修补和优化。

综合以上步骤，基于点云数据建成的三维模型效果如图2所示。

图2 文远楼三维模型

2.3基于近景摄影测量的建模

本实验摄影采用的是非量测型相机，以同济大学某建筑正门为例，根据近景摄影测量原理构建三维模型的流程步骤如下：

（1）影像采集。以多摄站正直环绕摄影方式用普通相机对大礼堂进行摄影，共布设8个摄站。图3为正门前的观测示意图，其中S1、S2为两个观测站，J1～J4分别为正门前4根柱子上粘贴的4个人工标志。

图3 现场观测图

（2）坐标解算。考虑到非量测数码相机的内、外方位元素的初始近似值未知以及像点、摄影中心、相应地物点间的不共线，需使用加入像点坐标改正数（本实验仅考虑物镜辐射方向的光学畸变改正数）的直接线性变换解法，建立像点坐标与相应物点空间坐标之间的线性关系。

（1）

式中，）为像片上以任意点为原点的像点坐标，为点的物方空间坐标，L1～L11为11个变换参数。

（3）绘制实体

在相片上采集一定密度的特征点并解算该特征点的三维坐标，反向投影到三维空间后借助三维绘图软件展绘建筑上的特征点，增补遗漏点，并利用计算机视觉技术构建一个线框和几何实体模型。图4为绘制的建筑前门线框模型。

图4 前门构建线框图

3、三维建模方法对比分析

基于人机交互的建模、基于扫描点云和基于摄影测量的建模这三种建模方法都是基于测量的建模方式，都需要以外业采集的三维坐标数据为基础进行建模。

基于人机交互的建模方法应用时间较长，技术路线较成熟，国内外研发的许多控制集成建模软件都可以利用基本的几何元素构建复杂的几何场景。这种建模方法灵活，能逼真再现对象的几何结构和表面纹理信息，适合用于对建模效果和细节要求较高的对象。但对于诸如小区、城市这样的大规模场景，如果每个模型都进行精细建模，不仅工作量大、费时费力，而且庞大的数据量也要求计算机硬件具备配套的处理能力，这也成为日后模型调用、管理的一大瓶颈。

基于点云的三维建模方法适用于不规则对象的三维建模，三维激光扫描技术克服了传统数据采集方式的不足，提高了数据采集的精度和效率，获得的点云数据信息量大，包含三维空间信息、颜色属性和反射强度信息，通过一定的算法对点云数据进行处理即可快速构建被测物体的三维模型。这种方法自动化程度高，构建的数字模型不仅精度较高还带有丰富的细节信息。但三维激光扫描在扫描过程中容易产生漏洞，且庞大的点云和数据处理技术也制约了该技术的进一步发展和广泛应用。

基于摄影测量的建模包括近景摄影和相片处理两个过程，且两阶段可独立进行。摄影时可根据测量精度要求选用量测摄影机或非量测摄影机；目前相片处理技术已相对成熟，许多现成的成熟软件和算法可以直接使用。这种方法建模速度快、自动化程度高。但近景摄影测量也存在一定的局限性，例如获取影像时需要布设控制网，这就加大了外业的工作强度；而且影像上灰度变化不明显部位无法获得同名点，这也就制约着三维建模的精度。

4、结论

通过以上的对比分析不难看出，三维模型重建过程中，建模方法和技术路线的选择尤为重要。在实际建模过程中，不要局限于某一种建模方法和技术，应从项目的实际情况出发，分析数据采集方式和数据类型，选择合适的建模方法。一般采集特征点及近景摄影测量技术结合建模软件构建简单建筑等规则对象模型，利用三维激光扫描点云对不规则物体进行精确建模。在实际应用中会遇到或规则或不规则的建筑物（群），需要采用不同的数据采集技术、三维建模方法和可视化工具，因此不同建模方法应相互融合、交织使用。

参考文献：

[1]许敏，张永生.三维实体模型库的设计与实现.微计算机信息.2008，vol.24（3-7）： 207～209

[2]顾孝烈，鲍峰，程效军.测量学.第四版.上海：同济大学出版社，2011

[3]游天，夏青.三维实体模型的建模技术.测绘科学.2012，vol.37（6）：172～174

[4]高志国.地面三维激光扫描数据处理及建模研究：[博士学位论文].长安：长安大学，2010

尹婷.三维激光扫描数据处理技术的研究：[博士学位论文].武汉：武汉理工大学，2010

[5]杨维国.基于OpenGL在激光扫描数据处理中的应用研究：[博士学位论文].上海：上海交通大学，2010

[6]尹婷.三维激光扫描数据处理技术的研究：[博士学位论文].武汉：武汉理工大学，2010

[7]盛业华，张卡，张凯等.地面三维激光扫描点云的多站数据无缝拼接.中国矿业大学学报.2010，vol.39（2）：233～237

[8]官云兰.地面三维激光扫描数据处理中的若干问题研究：[博士学位论文].上海：同济大学，2008

[9]施贵刚.地面三维激光扫描数据处理技术及作业方法的研究：[博士学位论文].上海：同济大学，2010

摄影测量技术论文范文第2篇

关键词：地面摄影测量 精度 控制点 观测目标

中图分类号：P232 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）03（b）-0050-02

地面摄影测量是变形测量方法中的一种，它在各个行业的应用十分广泛。在监测建筑沉降的程度、建筑物发生倾斜的程度、对环境方面的工程甚至是在考古专业也可以有所作用。由于它应用的区域十分广泛所以它的精确度就显得很重要，在大量的工程应用中数据必须尽可能地做到精准。地面摄影测量是未来的监测行业中不可或缺的部分，所以必须共同努力采取正确的措施来提高精确率。

1 影响精度的基本因素

对于地面摄影测量精度的影响主要来自几何、物理、数学和多余观测4个方面。下文将详细地进行说明。

（1）影响地面摄影测量精确度的数学模型方面主要来自于选取的摄影材料不合格。例如摄影机里的硬片是否足够平整、摄影机里软片安装对其压平并且要有一定的拉力这两点如果做得不合标准就会引起摄影片产生变形还有摄影机的物镜是由很多透镜组合而成，理论上透镜的中心要在一个光轴上，但是在制造的过程中不可能达到，因此造成的切向畸变对摄影监测数据产生影响。

（2）由于多种因素而产生的观测上数据的误差，在使用仪器测量坐标时，仪器本身的观测准确度还有工作人员在使用仪器时的对仪器的使用方法是否娴熟以及所处的观测地点等这些因素都能对检测数据产生影响。

（3）摄像仪的镜头焦距是透镜到焦点的距离，由于镜头都是由多个透镜组成所以摄像仪自身的特性对测量结果还是有着很大影响的。

（4）在实际测量中对地面摄影数值精确度有很大影响的是控制点的布局和数量情况。在测量的过程中控制点的数量越多，一般来说最后测量的数据值也就会越精确。

（5）摄影过程中对摄影器材的选取也很重要。一般来说，摄影器材内部设备的性能直接可以影响测量的精确度。

2 提高精度的措施

2.1 数据处理方法

共线方程光束法平差解一般在建筑行业检测中应用比较广泛，它所计算出的数值更加具有说服力。那么什么是共线方程呢？共线方程描述了像点a、摄影中心S与地面点A位于同一条直线上。这种方法主要分为近似方法和严密方法，近似方法是通过对测量物运用直接观测出的数据作为测量的基础数据，而严密方法是作用测量中所测取的数据结合在一起并取数据的平均值作为基础进行计算。这样看来近似方法的数据由于是一次测量的结果所以比起严密方法所采用的基础数据来说没有更强的说服力，产生的误差较大。

2.2 控制点的数量及其分布

地面摄影测量的数据的准确度与控制点的数量及其分布情况之间相互影响比较大，在想要测量数据目标的区域内，想要使测量数据值达到最高，那么就要尽可能地让控制点分布在测量的区域内，一般来说在测量的区域内控制点的数量值与测量的准确程度是呈正比的。下面为大家提到关于误差的计算规律公式：

m2=m2拉+m2摄

2.3 观测误差和观测目标

观测过程中产生的误差情况主要包括技术人员在观测过程中由于自身的技术水平不够所产生的误差还有测量仪本身设备的问题所产生的误差。对于这些误差所要采取最佳的方法就是在测试的数据值中取平均值，把误差减到最小。

在摄影地面测量的过程中，我们的工作人员要保证最后测量构成的图像要比实际的测量目标大，这样会比较方便观察。下面是计算观测目标为圆形的公式：

D=5/3・（Y/t）・d

2.4 “多次”摄影

在实际的测量过程中，由于左右眼的不同也可能产生误差，还有测量仪器左右的设备稍有不同也会对测量值产生影响，这种情况通常采用的是“多次”摄影的方法，最后对所测量的数值取平均值。

3 建筑行业进入信息化时代

在原有的地面摄影测量的方法上现代化设计应用了更新颖的测量技术――数字近景摄影技术。数字近景摄影技术的应用为我们的测量领悟带来了新高度。在测量数据的处理上数字近景可以获得比以往更加精准的信息。这对我们的建筑行业很有帮助。

近景摄影测量是指测量范围小于100 m、像机布设在物体附近的摄影测量。它经历了从模拟、解析到数字方法的变革，硬件也从胶片像机发展到数字像机。数字近景摄影测量系统一般分为单台像机的脱机测量系统、多台像机的联机测量系统。它具有其他系统无法比拟的优点：测量现场工作量小、快速、高速和不易受温度变化、震动等外界因素的干扰。现在近景摄影测量技术被很多大公司应用到工程当中。

数字近景摄影测量的发展主要分为5个不同特征的时期：基础阶段的早期；初进入数字阶段的逐步发展时期；进入数字阶段的全面发展时期、稳步研究和加大推广应用的深入发展时期和近代的成熟时期。现阶段的数字近景测量技术已经可以满足医学界的图像要求具有实时性，几何高精度方面的高要求也能得到满足。数字近景的快速发展不仅为工程的测量数值提高了精确度也使得测量的结果更加具有说服力。为工程的质量提供保证。

4 结语

该文为简单地介绍了地面摄影现阶段所存在的问题以及面对问题可以采取的有效措施，同时也为我们简述了拥有着高精确度的数字近景摄影的测量技术，这一技术的到来，为各个领域都带来了突破性的发展。它使医学的摄像对人体的构造情况能够清晰地展现在我们面前，使医生的诊断工作更加确切。在建筑方面测量的数据更加精确，这对于建筑行业来说是非常重要的，数据的精确程度了解影响了建筑物的成果。由此看来，研究人员还要进一步地努力研发出更加精确的摄影方法。同时，也希望笔者结合认识与看法所写出的这篇文章能够对相关专业的人员有所帮助。

参考文献

[1] 李仲.地面摄影测量在井架变形监测中的应用研究[J].测绘科学，2010（1）：139-142.

[2] 李仲，杜永刚，田万寿，等.地面摄影测量在变形监测中的精度分析[J].北京测绘，2010（2）：94-95.

[3] 李仲.地面摄影测量在井架变形监测中的应用[D].西安建筑科技大学，2008.

[4] 孙佳.摄影测量在变形测量中的应用及精度分析[J].科技创新与应用，2015（17）：299.

摄影测量技术论文范文第3篇

关键词：高职工程测量技术 人才培养模式实践教学改革

中图分类号： TB22 文献标识码： A

近年来，随着“3S”技术（全球定位系统GPS技术、地理信息系统GIS技术、摄影测量与遥感RS技术）的广泛应用，工程测量技术也发生着实质性的变化。那么对工程测量技术人员也有着更高的要求。原有的人才培养模式下培养出来的工程测量人员已不适应当前市场对工程测量人才的需求。

因此，对原有工程测量人才的培养模式进行一次改革势在必行。

一、工程测量人才需求状况分析

工程测量技术人员须有扎实的基础理论知识，对工程常用的测量仪器能够熟练使用。同时具备强的计算机应用能力，综合运用专业知识解决实际问题的能力以及良好的职业素养和职业道德。

近年来，国家经济建设飞速发展，各行业对测量专业复合型人才需求是不断增大。同时各省市水利、土地、工程建筑等行业对工程测量技术人才需求量加大。各用人单位急需掌握新技术的应用型工程测量人才。然而在这种量的需求增加的同时对工程测量人才的质的要求也越来越高。

二、测量专业人才实践能力的重要性

工程测量技术专业是实践性很强的专业。实践教学是教学环节中的重要一环。其重点在于强调实践性和应用型。根据企事业用人单位对工程测量技术人才的反馈意见，用人单位对学生的实践动手能力及学习新知识，掌握新技术能力要求较高。因此，测量人员的实践能力是非常重要的，是每一位合格的测量人员必须具备的专业素养。

三、“2+1”人才培养模式

“2+1”人才培养模式是“工学结合”教学模式的一种具体体现，主要应用于高职高专院校。学生在学校的前两年进行基础知识和技能训练，最后一年到企事业单位参加顶岗实习。通过这种方式使学生在学习好专业知识的同时积累生产工作经验，实现学生毕业后知识能力与岗位需求的无缝对接。

四、测量专业实践教学改革

（一）改革实践教学体系

根据工程测量技术专业的教学目标及岗位需求，应构建起“夯实基础，加强能力”的实践教学体系，使实践教学循序渐进。早期实训课程以提升学生专业兴趣为目标，巩固学生专业基础理论知识与实践动手能力为基础。专业应用实践课程注重提升应用实践技能培养，以帮助学生更好地理解各种专业技术在实践中的应用情况，培养学生对实际问题的分析与解决能力。

（二）改革毕业设计（论文）教学模式

毕业设计（论文）是高职高专学生培养方案中的一个必修的教学环节，目的在于总结专业学习的成果，培养学生综合应用所学专业知识解决实际问题的能力。毕业设计（论文）应推行校企联合指导毕业生进行毕业设计（论文）。学生在最后一年进行顶岗实习，学生在单位实习期间由单位的技术人员与教师共同指导学生，确定学生毕业设计（论文）的中心内容。这样毕业实习与毕业设计相辅相成，同时学生通过毕业实习、收集资料、学习方法、解决问题进而完成毕业设计（论文）。

[1]欧龙.高职工程测量技术专业“2+1”人才培养模式下“地籍测量”课程教学改革探讨[J].全球定位系统，2013,(02).38

摄影测量技术论文范文第4篇

关键词：无人机航空摄影测量三维模型精度验证

引言

无人机航空摄影测量因成本低、精度高、作业方式灵活等特点得到了广泛的应用。在我公司承担的某核电项目中，采用了无人机获取测区的DEM及DOM建立了三维电子沙盘，通过现场检查证明，电子沙盘平面精度可达到30cm以上，高程精度达到50cm以上，为工程前期阶段的规划、设计、土石方量的估算等工作提供重要的技术支持。

该核电厂位于广西壮族自治区防城港市港口区，厂址地处钦州湾盆地西北边缘，交通便利，北距省会南宁市约130km（直线距离），主要地貌为沿海丘陵和海湾滩涂。

2、无人机航空摄影

无人机航空摄影与传统航空摄影有较大区别，首先飞行高度低，影像分辨率高；其次机动性高，可随时随地执行航摄任务；但由于无人机重量轻速度慢受风力影响较大，而核电厂区长期3-4级风，加之厂区附近无合适起降场地，增加了本次航摄的难度。

2.1 无人机航空摄影测量的技术设计

2.1.1 航高设计

经计算当地面分辨率为0.15米时航高约为520米，考虑测区位于海边空风大且存在涡流现象，低空飞行时影响飞机姿态及摄影质量，故本次飞行的设计航高为480米。

2.1.2划分航摄分区

本次执行任务的无人机续航时间为1小时，航速33±5米/秒，航线间回头转弯约4分钟，起飞与降落需10分钟，有效飞行时间约40分钟，每架次可飞行面积约10km2，该区需2个架次飞行；鉴于地表高差起伏仅20-30米，远小于航高的三分之一，故只设一个航高区飞行即可。

2.1.3 航线设计

根据摄影区域地形情况、起飞场地情况以及摄影分辨率要求等要素，使用“微型无人机低空遥感系统”自带程序进行自动航线设计。共布设10条航线（如下图所示）。按照数字摄影测量新型解算理论（即多基线自动空三解算）要求，该区设计航向重叠75%―85%，旁向重叠45%―55%，旁向最少不小于25%。

图1航线规划图

当测区的风向与设计的航线成垂直方向时，为减小飞行过程的漂移问题，可调整航线方向。

3、无人机航空摄影测量的外业工作

3.1控制测量

3.1.1 加密控制点的布设

测区有三等GPS点6个，四等GPS点18个，其坐标系统为1980西安坐标系和WGS84坐标系，高程为1985国家高程基准。以上控制资料可作为本项目的基础控制资料。鉴于该区已有基本控制点成果，而该项目所必需的像片控制点测量只需达到图根点精度即可满足正射影像图制作要求，故该区可不再加密控制测量，可以从已有控制点上用快速静态GPS直接联测像片控制点。

照现代航测自动空三软件MAP-AT1.0+要求，一个作业区只需要五个像片控制点即可实现绝对定向。为了确保作业区的作业质量，拟布设不少于16个的像控点。以多余观测点参与平差，进一步提高空三解算精度。鉴于本测区的特殊地形情况及新的作业方法，为提高像片控制点捕捉精度，本测区在航摄前布设地面像控点标志。

3.1.2 控制点测量

采用GPS快速静态观测，其技术要求如下：

表2 GPS观测技术指标

对于GPS不能直接测量的点位，可用不多于三条边的双定向支导线引点观测。高程采用GPS拟合高程，起算高程点应多于三个，并使起算点分布于解算点。起算点高程等级不低于四等水准。

3.2 航飞作业

航摄时间尽量选择在中午11点―15点之间，减少高差阴影。阴天时可不受时间段限制。无人机飞行对近地区域气流反应灵敏，一般要求起飞和降落的地面风力1―2级为宜，但该区近海岸普遍风大且有乱流，故飞行时应充分考虑此因素，空中飞行时的风力最好小于4级（5.5米/秒）以保证航片的重叠度。空气能见度的好坏，直接影响影像质量，当空气能见较差时，应压低航高或增加感光度以保证影像质量。实际航摄影像覆盖，航向应超出范围外一条基线，旁向超出范围线不少于像幅的15%，像片航向重叠不小于60%，旁向重叠不小于30%；旋偏角一般不大于10º，在确保不影响解算质量前提下，个别旋偏角最大不超过15º。

4、无人机航空摄影测量的内业处理

无人机航摄数据处理，应用现代航测自动空三软件MAP-AT1.0+”进行自动空三加密，输入相机参数、POS数据、外控点成果及原始像片数据，输出空三加密成果及像控点残差成果。使用“现代航测自动空三软件MAP-AT1.0+”的MAP-DEM功能，利用空三加密成果，自动匹配解算生成整个测区的DEM。

使用“现代航测自动空三软件MAP-AT1.0+”的MAP-DOM功能，利用DEM成果及预处理后的影像，批量生成整个测区的DOM成果。生成后的DOM经过检查、编辑、接缝处理和色彩处理，其地物判读分辨率精度执行1：1000比例尺地形图有关指标要求。

将最终处理好的DOM和DEM在ArcGlobal软件中进行叠加，在加上注记信息，即可建立三维电子沙盘，如下图：

图2某核电厂电子沙盘

5、结论

无人机低空摄影测量系统具有实时性、低成本等技术优势，其所获得的高分辨率遥感数据可应用于多种领域，以快捷便利的方式获取野外影像数据，减轻野外作业劳动强度，提高生产效率。采用了无人机获取测区的DEM及DOM建立了三维电子沙盘，为核电工程前期阶段的规划、设计、土石方量的估算等工作提供重要的技术支持。

参考文献：

[1] 尹金宽．无人机低空数字摄影测量系统及其在道路工程中的应用[D]，硕士学位论文，2007年5月

[2] 郑团结，王小平，唐剑．无人机数字摄影测量系统的设计和应用，计算机测量与控制[J]，2006年5月

摄影测量技术论文范文第5篇

关键词 三维数字地形图；三维空间数据；实时获取

中图分类号 TP39 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）106-0217-03

0 引言

三维数字地形图是三维GIS和虚拟现实技术VR的技术与数据基础，是能够实时获取三维空间数据的重要手段，由此可以进一步开展三维空间数据的可视化操作，或者让三维影像地图得以制作出来。较之于传统的二维数字地形图，三维数字地形图是一种使用更加简便，应用更广泛的矢量或线划地形图，它不受绘图空间的局限，促使二维数字地形图被三维的地理空间信息所取代，进而能够从三维空间的角度对真实复杂的客观世界进行理解和表达。

从现实层面来看，现实世界不仅有鳞次栉比的地上高楼大厦，而且还有密如蛛网的低下管线，立体化呈现纵深发展趋势，为了实现立体表达、精细管理和科学决策之目标，就迫切需要三维地理空间对这些“上天入地下海”的现代人类活动进行支撑。三维数字地形图能够使计算机存储、运算、处理信息的能力和屏幕可视化表达的优势得到进一步发展，在具体操作上， 能够通过人机交互方式来便捷地应用于查询、浏览、分析立体地图甚至动态地图信息，并使操作者能够更直观、更丰富地对空间地理环境信息进行模拟再现，因此，在计算机三维可视化发展基础上，用大比例尺针对小区域地理空间信息（例如：物体的空间立体结构、形状以及所处地形的高低起伏细节）进行形象、完整、直观、精细地表达。可见，三维数字地形图是实施获取三维空间数据的一个有效方法。

1 三维数字地形图的主要特征

其一，三维数字地形图不仅能够准确地将制图区域内地表中的微小的高低起伏状态准确定位，而且还能对其地上物的空间立体形状和结构给予准确体现。

其二，三维数字地形图的表达媒介将是电子形式或者数字形式取代传统的纸质形式的模式。

其三，三维数字地形图较之于三维地理信息系统（3DGIS），两者之间既有联系，也有区别，具体而言，三维数字地形图主要用于工程规划和设计，主要关注的是实时获取三维空间信息，并且涵盖三维地形可视化以及地物的绘制等工作，从而使三维数字地形图的可编辑、可操作功能得以实现，而三维地理信息系统则主要侧重于实现三维地理信息的数据管理与分析的功能，侧重于三维空间数据建模领域。

其四，三维数字地形图通过对三维离散点采用矢量或者线划地图的形式来显示地形以及其地上物的空间立体结构，在反映地上物的平面位置以及垂直方向的高度时，比例尺一般为1：1。

其五，三维数字地形图能够对空间地理信息进行较为直观、细致、精确、细致的反映。常用的三维数字地形图比例尺为诸如 1：500、 1：1000和 1：2000的大比例尺。

2 三维空间数据的实时获取技术

三维数字地形图在对地形地物进行精细、直观、形象、完整表现的同时，促使测绘技术面临着更大的挑战。因为三维空间数据对地理信息完整、精细的表达建立在大量和细致的数据采集基础上，因此较之于二位数字地形图，采样点相对更加密集，这就决定了三维数字地形图不但要对地物与地形的特征进行收集，而且还要涵盖地物的高度。所以，下文将具体论述目前常用的三维数字地形图空间数据。

2.1 基于点方式的数据获取技术

1）传统测量技术。

即使在测绘技术快速发展的今天，作为空间定位的基本手段之一的传统测量技术仍然无法被其它手段取代。传统测量技术主要包括全站仪测量技术、数字化水准仪技术、电子经纬仪技术以及被称之为“测量机器人”的全自动电子全站仪测量系统，特别是针对全站仪测量技术来说，它是比较理想的方式，在采集三维数字地形地图方面，不仅可以直接获取2D坐标数据（x，y），还能够直接在自然表面上测量和获得被测点的3D坐标数据（x，y，z）。此外，全站仪测量技术能够针对高程数据z坐标值获取高精度数据，因此适用于大比例尺、小范围的要求高精度的三维数字地形图。因此，全站仪定位测量技术至少包括如下优势：一是效率高，不同于传统的人工数据采集方法，该项技术所采集的全部测量数据能够自动传输到计算机上，并自动成图；二具有很好的经济效益，这项技术能够自动化的实时的对3D坐标数据进行测量，所以在提高工作效率之时有效降低资源耗费；三具有较高的可靠性，因为要观测每一条边长，所以抵抗粗差的能力得到了明显提高；四有较高的精度，全站仪适合用于大比例尺、小范围的精度高的空间数据更新，因为它比同等级的三角锁/网的点位精度提高；五是具有灵活的布点，这项技术区别于三角锁/网要求具备有利的几何图形，所以在矿井、林区等复杂的情况下都能进行定位测量。

2）卫星导航定位技术

卫星定位与全站仪集成的技术会成为未来测量技术发展的重要趋势之一， GPS（Global Positioning System）最初是由美国国防部研制开发的，能够进行授时与导航定位功能，等距分布在6个轨道面上的高度约20200km的24颗卫星构成了它。现今，正在运行的全球定位系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）有俄罗斯的全球定位系统（GLONASS）和美国的全球卫星定位系统（GPS），前者因为经济上存在问题，所以没有连续性的进行实时定位。此外，我国在2001-2002年期间成功研制了” 中国北斗卫星导航广域增强系统”，该系统能够实现中国及周边海域的区域定位导航功能。

在具体工作的实践运行过程中，传统控制测量工作的工作量和工作强度都很大，尤其是在地标不明显以及不具备地面测量控制点的情况下，测量工作面临着极大的困难， GPS定位的优势也就由此得到了体现，在没有遮蔽的条件下实时定位速度快，抗干扰性能好，几乎不受地形、地物、天气的限制，能够在不依靠地面控制点的状态下开展工作，因此大大提高了传统测量工作的效率。

GPS目前在我国已成为控制测量的主要手段，自GPS技术出现之时至今，国内科研人员研制成功了差分GPS 技术，使GPS的定位精度得到进一步提高，应用领域也进一步被拓宽，同时也大大提高了原有GPS的精度。随后又产生了实时动态测量技术（Real Time Kinematic，RTK），但由于该项技术受制于城市中卫星信号接受不足以及高程异常等不利条件的限制，因此在获取地物的高度值h时，还存在一些障碍，这也是今后需要进一步研究的地方。

3）激光测量技术

激光和电子技术的不断进步，让激光测量技术朝着动态性的实时跟踪测量的方向迈进，并且逐步出现了三维立体量的测量。早在20世纪末，法国的MENSI公司和美国的CYRA公司将激光技术运用在了3D测量领域中。借助于高速激光扫描测量的手段，激光测量技术高分辨率、大面积地被测空间对象表面的三维坐标数据（x ，y，z）进行迅速获取，从而促使物体的三维模型能够迅速构成。由此可见，激光测量技术具有以下优势：一是实时性：激光测量技术不用考虑空间与时间的因素，借助于自身发射的光对相关的空间信息进行真实的获取；二是穿透性：激光扫描技术能够在一瞬间在某区域内能够获取大量的、能够反映目标地物不同层面采样信息的采样点；三是高密集性，借助于对地物目标进行直接扫描的手段，激光扫描技术能够得到空间信息的基本特征，能够得到点距很小的采样点，因此密集程度高；四是不需接触：激光测量技术可以在不用接触被测量的对象的情况下，获取所需要的空间数据信息，因此可以为具有危险性的测量区域的数据采集工作提供了方便；五是迅速性：激光测量技术可以在更大的程度上采集目标空间的数据，然后迅速获取地物目标空间的立体结构。

从实际应用层面来看，机载激光测量技术在目前是一项新兴的应用技术，具体而言，这项技术是继航空摄影测量之后又一项新的先进的对地观测技术，广泛地应用于地球科学领域。从构成要件的角度来看，该技术有三大核心系统，一是GPS全球定位系统，二是激光测距仪，三是惯性导航系统（INS），这就决定了该项技术在获取地面及附属物的数字影像数据以及三维坐标方面能体现出可准确、快速、高效的优势，尤其是在测量地形复杂多样，或地面被被森林大面积覆盖、或因地理条件恶劣二导致人力不能及的特殊地区，技术优势能够体现得更加明显。

2.2 面状方式获取技术

1）遥感技术

作为一门现代科学技术，遥感（Remote Sensing）利用红外、可见光、微波以及干涉雷达等电磁波探测仪器，从外层空间和远距离高空的多种平台上借助于扫描、信息传输、摄影以及信息处理等各项工作流程，对地面物体的形状、所处环境、位置和大小等信息进行获取，并由此进行后续研究。

遥感技术一致被得到广泛应用。从实际层面来看，例如，土地荒漠化的不断演进是全球共同面对的一个重大环境问题，这一生态换进的不断恶化趋势同样也对我国造成了很大的威胁，因此，土地荒漠化检测的重要性也就不言而喻。对土地荒漠化的发生和发展情况予以及时和准确地掌握无疑是有效防止和治理土地荒漠化的首要条件，在这一领域，遥感技术的众多优点也就得到了充分的体现，一是信息监测覆盖面广，二是能够对被检测目标快速获取有效信息，三是信息获取量大，并且，遥感技术能够在具体工作过程中环节人力物力不足等限制因素，因此，在过去的很长一段时间内，遥感技术一直被视为监测土地荒漠化动态演变的重要甚至不可替代的技术手段。

从发展现状分析来看，多分辨率、多波段、多时相以及多种传感器相融合成为遥感技术发展的方向，例如，遥感技术能够和GIS、GPS集成，并由此形成多信息量、高精度的对地观测系统。值得注意的是，因为受到分辨率和精度等的影响，在三维模型的构建之时，遥感技术对大地测量的数据信息具有恒强的依赖性，这就决定了遥感技术适用于对较大场景、较大区域以及精度要求相对不高的地区开展测量工作。

2）摄影测量技术

摄影测量技术是借助于其他传感器或者光学摄影机，采集被测物体的数据信息，并且对所采集的数据进行分析和处理，以获得被摄物体的形状、空间位置、各因素之间的相互关系以及大小等合理的信息。摄影测量技术可按照如下指标进行分类：一是距离指标，包括地面摄影测量技术、近景摄影测量技术，显微摄影测量技术、航天摄影测量技术以及航空摄影测量技术；二是技术方法指标，包括采用光学和机械方法的模拟摄影测量技术、根据被测物像点与相应地面点之间的数学关系的剖解数字摄影测量技术、摄影测量技术。特别是数字摄影测量技术，能够基于计算机对被摄对象的形状、大小、空间位置及其之间相互关系进行高效率、高质量地测量。从目前来看，数字摄影测量技术能够开展空中三角测量、自动正射影像图制、自动定向以及自动数字地面模型生成（辅以交互式编辑）等一系列工作，因此是目前应用较为广泛的一种舌音测量技术。

从实际应用层面来看，水下摄影测量技术是舌音测量技术在空间范围维度的进一步拓展，该技术是近景摄影测量中一种特殊的测量技术，即被测量物体存在于水中、也能够像该物体存在于空气中一样，通过相对便捷地拍摄到所需的图像来精确定位水下被摄目标的几何特性，从而以此对被测物展开进一步研究。因此，海洋工程、水生物研究、水深测量以及海底测图等相关测量工作中，都能够发挥水下摄影测量技术的重要功能。、

3）多传感器集成技术

前文所述的摄影测量技术以及遥感技术有很多的优势，但在三维空间数据的更新与采集方面仍然有很多亟待解决的问题。详细一点来讲，比如，遥感技术尽管可以获取所提供的目标物的空间数据，但缺少空间立体信息，侧重于对目标物顶面信息的采集；再如，尽管激光扫描仪LRS可以运用三维手段描述得到的数据，可是在拓扑关系以及目标物的空间信息方面存在一定难度；又如，地面摄影测量仅仅侧重于提供目标地物的立体造型。可见，如果把上述不同的方法进行整合，将会在更大的程度上提高技术水平，所以，在采集多元数据之时，可以运用多传感器集成技术，并且运用融合手段，建立三维模型，这可以成为现在乃至未来研究的重要课题。

既然多传感器集成技术在采集三维空间数据时，可以借助于多种传感器，这就表明不同的传感器可以组合成多样的多传感器集成空间数据采集系统。基于此，本文对多传感器集成体统进行如下三个层面的分类：一是机载激光扫描系统：这项系统借助于激光测量技术，对目标物的三维坐标（x，y，z）以及数字地面模型DTM进行高分辨率和高精度的测量，结合目标地物的光学成像结构，并进一步获取地表目标物的垂直结构形态，从而显著提高对目标物的识别水平；二是地面车载测量系统：该系统一般由车辆等移动载体、车载计算机、多传感器以及数据采集软件构成，是一种多传感器集成的数字成图系统；三是星载测图系统：星载多传感器集成具有大范围、大比例、高效率优势，该系统由此已成为研究焦点。

2.3图像扫描数字化技术

由于现有的纸质地图对地形表达的手段是图解形式，因此无法被计算机接受和解析，而将现有地形图用数字化仪表达，则其负载的大量信息能够被转换成能够被计算机处理和接受的数字信息。在这一技术前提下，能够检测出地形图中包含的非常重要的数据信息，其一，含有诸如高程点、等高线等3D空间数据所需要的几何信息，二是含有地理目标的平面、高度或层数等不同纬度的坐标数值，三是含有被测物目标的名称、用途、结构等属性信息。

对地图数字化的坐标数据精度的影响，主要来自于三个层面，一是扫描仪的分辨率高低，二是扫描过程的规范性程度，三是地图中数据源本身的精度以及控制点的精度，上述三个因素自然成为了图像扫描数字化技术的约束条件，因此，该尽管能够对被测物的高度获得概略性信息，但在高度准确测量方面却有着较大的困难，因此借助于这种手段无法对三维数字地形图获得较高的精度。所以，测绘机构常用的手段就是运用AutCAD 软件对地形图数据开发和管理，这也是值得在今后继续深入研究之处。

3 结论

较之于侧重于三维空间数据建模的三维地理信息系统（3DGIS），三维数字地形图侧重于对三维空间信息的实时获取以及对三维地形的绘制和可视化表达，由于这项技术还比较新颖，现在还在研究的初期阶段。本文对三维数字地形图获得三维空间数据的相关技术进行了探讨，实际上，今后还有必要针对集成匹配优化技术和地物地形的绘制技术等方面，对三维数字地形图进行更加全面的研究。

参考文献

[1]Kadobayashi，R.，Kochi，N. Obtain，H. Comparison and evaluation of laser scanning And photogrammetric and their combined use for digital recording of cultural heritage[J]，Remote Sensing and Spatial Information Science，2004，35（5）： 401-406.

[2]Kraus，K.PrinciPles of airborne laser scanning，Journal of the Swedish Society For Photogrammetric and remote sensing，2002：1，2002： 53-56.

[3]李清泉，杨必胜，史文中.三维空间数据的实时获取、建模与可视化.武汉：武汉大学出版社，2003.

[4]朱军辉.三维城市建模与基本作战能力分析[D].郑州：信息工程大学，2006年硕士毕业论文.

[5]李成名，王继周，马照亭.数字城市三维地理空间框架原理与方法[M].北京：科学出版社，2008.

[6]周爱华.基于大比例尺地形图的三维地理场景快速构建方法研究[D].南京：南京师范大学，2008年硕士毕业论文.

[7]梁鹏帅，冯冬敬.三维可视化的研究现状和前景[J].科技情报开发与经济，2009（19）：134-135.

[8]编写组（朱列克主编）.第三次全国荒漠化和沙化监测报告.我国荒漠化和沙化状况及动态变化分析[M].中国荒漠化和沙化动态研究.北京：中国农业出版社，2005.