基于激光雷達（LIDAR）成果更新1∶10 000 高程點等高線的具體流程

史文博

（遼寧省自然資源事務服務中心遼寧省基礎測繪院，遼寧 錦州 121003）

等高線和高程點是基礎地理信息數據中的重要地貌要素，能夠反映地表起伏的姿態和地表形態的特征，是地形圖上使用最廣泛的地貌表示要素。

為了提高1∶10 000 省級基礎測繪數據的更新效率，2021 年遼寧省自然資源事務服務中心基于已有LiDAR 數據，通過點云的分類和編輯處理，快速生產DSM、DEM 成果，在利用航空影像數據的基礎上，經過空中三角測量、影像糾正、DLG 數據采集等流程，生產DOM、DLG 成果。并通過對航空攝影測量生產工藝流程的整合與優化，采用機載LIDAR 點云數據和航空影像數據相結合的生產方法，探索更新1∶10 000省級基礎測繪數據的高程點、等高線要素的試生產工作，并在實際生產過程中總結了一些經驗和生產技巧。

2022 年全省1∶10 000 地形圖更新與建庫項目全要素更新生產任務全面開展，本文著重闡述了在實際生產作業中利用已有LiDAR 數據更新高程點、等高線要素的技術流程和技巧。生產實踐證明，利用已有LiDAR 數據更新高程點、等高線要素能實現快速更新省級基礎測繪1∶10 000 數字產品，提高了測繪生產效率。

1 基于LiDAR 數據提取等高線、高程點

1.1 基于LiDAR 數據提取等高線

利用已有的點云成果數據，包括點云數字高程模型和格網數字高程模型，經過處理，自動提取曲線和高程點。具體處理方法：使用TerraSolid 軟件對已有點云數據預處理、高精度DSM 成果制作、點云自動濾波分類及人工精細分類、特征要素采集和質量檢查等，獲取到真實的地面點構建數字高程模型，最后對數據按圖幅裁切，制作出符合要求的1:10 000 比例尺數字表面模型及數字高程模型產品。由于點云數據提取的等高線太過曲折，所以，對提取后的等高線數據要利用Arcgis 中的“3D Anlyst”工具對等高線進行平滑處理。平滑參數越大，等高線的平滑度越高，反之則平滑度越小。平滑參數的設置可以不統一，針對不同地形地貌特征，設置不同平滑參數，同一幅圖也可以根據局部地形地貌設置多種不同的平滑參數，在實際生產中根據具體情況選擇使用。

這里需要注意的是等高線經過平滑處理后會造成結點個數很多，利用Arcgis“編輯工具”中的“概化”工具，根據圖幅中的地形、地貌及等高距等進行節點抽稀，以此減輕圖面負載量。

1.2 基于LiDAR 數據提取高程點

由于點云數據量巨大，實際作業時要進行篩選，對于1∶10 000 省級基礎測繪數據提取高程點采用的方法是更新前DLG 數據和最新DOM 數據相疊加，在一、二級方位物處、地形變換處及明顯地物點和地形特征點上優先采集高程點，特別注意的是在選取高程注記點時，區域內的最高點和最低點都應體現出來。注意選取特征點位：路交叉口、坎上坎下、山頂、山谷、鞍部、獨立地物點和特殊地物特征點等特殊位置。同時注意新增要素的特征點選取，比如新增路口、大壩、鐵路和橋梁等重要要素的高程點。也可以參考更新前DLG 數據上高程點的相同或相近位置。選取后的點云數據在清華山維下進行刪除重復點處理，處理后的點數據可作為更新后的高程點。

2 清華山維EPS 下等高線、高程點的數據編輯處理

高程點、等高線要素的編輯工作主要分為2 個階段：①結合原有DEM 成果、2018 年更新的DLG、2020年更新的DOM 成果初步判斷自動提取的高程點、等高線要素中不合理的地方，并進行修改，同時結合更新前等高線要素、DOM 成果等進行平滑、抽稀、取舍等處理。②高程點、等高線數據集與地物套合編輯。數據現勢性原則上以LiDAR 數據現勢性為準。

2.1 等高線的處理

將更新前DLG 數據和最新DOM 數據疊加，從影像上判斷大概地形地勢。同時，將點云提取的未經過平滑處理的等高線數據作為等高線的精度參考，在此基礎上疊加選用合適的平滑參數處理后的等高線數據，通過2 組數據的對比分析選取合適的曲線，選取的基本原則：地勢高差較大、地貌比較復雜的區域選取小參數平滑曲線，這樣的平滑曲線不會失真，能真實反映地貌的復雜情況；地勢較平緩，高差較小的區域選取大參數平滑曲線，這樣的地區等高線能大致反映地形走勢即可。等高線的圓滑精度一般不應超過等高距的1/3，最大不超過等高距的3/4。圖幅地勢復雜的可以多種參數并用。

對于1∶10 000 省級基礎測繪數據等高線的表示重點在于反映地形走勢，所以等高線之間小的閉合曲線可以刪除，灘涂、干河床等區域的小的閉合曲線在不影響等高線整體走勢的時候可以全部刪掉。刪除的同時要結合更新前DLG 數據和最新DOM 數據，不要把山頭上表示實際山頂高度的閉合曲線刪掉。

最終選取的等高線成果要進行平滑、抽稀、取舍等處理，目的是不能存在明顯打折現象，等高線在進行必要的取舍時要特別注意保持原有地形地貌的特征，代表地形地貌特征的微地貌要適當保留。對于破碎地貌的處理應保持其原有的地貌特征，不能為了美觀而人為處理成完整地貌。

2.2 高程點的處理

參考更新前DLG 數據上高程點位置，在與點云數據相同的位置上二者的高程值相同。高程點的選取密度為圖上每100 cm2范圍內平地、丘陵地的高程點，個數為10～20 個；山地、高山地及地形特征點比較稀少地區高程點個數為8~15 個，且要求選取的高程點應基本成“品”字形均勻分布。這里需要注意的是，選取高程點位置時還應疊加最新DOM 數據，目的是避開植被樹木或高大建筑等對LiDAR 測高精度的影響。如果個別高程點存在整數現象時，可以在點云數據中該高程點鄰近位置重新提取新的高程值，如果位置不理想可以應用清華山維腳本工具對整數高程值在精度允許范圍內進行適當調整。經過以上處理后要對高程點進行刪除重復點處理，避免造成重復數據。

2.3 清華山維EPS 下編輯等高線、高程點的注意事項及技巧

遼寧省1∶10 000 省級基礎測繪數據全要素更新項目從數據采集到更新入庫均在清華山維EPS 平臺上進行，對于此次的等高線、高程點更新在實際生產中積累了一定的經驗和小技巧。

1）對比更新前后的等高線大致走勢，對于1∶10 000地形圖來說，等高線與山形大致走勢應總體一致，如果極個別走勢完全不符的圖幅應著重檢查點元數據及提取流程，重新提取。

2）處理等高線時對自動閉合的表示不合理的較小曲線進行取舍，應結合更新前DLG 數據和最新DOM 數據，不要把山頭上表示實際山頂高度的閉合曲線刪掉。

3）等高線平滑處理可以采用高斯多項式函數生成平滑曲線，也可采用多項式的階貝塞爾曲線或樣條曲線等平滑處理方式，但等高線處理后的成果應全部轉化為線段，不能存在“樣條曲線”“圓弧”“橢圓弧”等形式。

4）等高線要能正確表示出山谷、山脊、山頭、沖溝和河流等自然地貌特征，與坎、路堤、路塹和壟等人工地貌要素也要合理套合。

5）對于凹地、谷地、鞍部和山頭等地勢變化較大的區域內的最高一條和最低一條等高線，以及其他一些地勢不易判讀的區域要適當表示示坡線及等高線注記。

6）應去除水稻田內無意義的閉合等高線。

7）亂掘地、露天采掘場、施工區和單位院落等區域范圍內的獨立等高線不表示，區域外連續通過的等高線要順勢修改合理，符合地勢走勢要求。

8）等高線被街區、道路、施工區和采掘場等面狀要素遮擋的可以不打斷，但在其他可以顯示曲線的要素上要保證圖面的完整性、合理性和美觀性。

9）對于新增要素，比如公路、水庫、河流、溝渠和獨立房屋等要注意要素與等高線的套和檢查。

10）在等高線圖面處理時為避免等高線在線狀地物如坎、干溝，面狀地物如池塘、河流等周圍上下穿繞，應在精度允許范圍內使曲線盡量處理合理，圖面美觀。

11）應特別注意水系要素與等高線的套合，根據影像采集的新增的單線水系，要與處理后的等高線套合對照判斷新增單線水的位置走勢及流向。

12）處理完的等高線必須賦高程值、賦代碼，要符合1∶10 000 基礎測繪項目要求。

3 數據檢查

等高線要素原則應連續不間斷，不能有偽結點，不得自相交、打結。要檢查高程點、等高線高程值的合理性，修改高程點與等高線高程值的矛盾。

應用清華山維下的“等高線高程點檢查”“不合理斷線檢查”等數據檢查項對等高線和高程點進行檢查。檢查前設置好等高距和內插曲線根數。檢查界面如圖1、圖2 所示。

圖1 清華山維點線矛盾檢查項

圖2 清華山維點線矛盾檢查系統設置界面

將處理好的高程點、等高線數據套合在更新前DLG 數據中，對于山谷、山脊、鞍部、山坡和山頭等不同地貌類型要正確表示其形態特征，并與其他要素的關系處理合理。等高線在經過陡崖、坎、陡坡等地物時要注意上下高度表示合理。等高線經過自然或人工地貌要素,如路塹、壟、陡崖和巖峰等要連續通過。緊貼池塘周圍的一圈一圈的閉合曲線、以及有2 根及以上穿過單棟獨立房屋的等高線一般不能存在。

4 外業核查

對于內業處理好的高程點、等高線數據，外業要進行相應的核查，核查主要有以下幾項。

1）外業核查陡坎、陡崖、陡石山、沖溝、田坎、灘地、土堤、路堤和路塹等處的等高線是否合理。

2）因河流改道或大面積林地、耕地等原因造成的點云空白區面積超過1 個公里格網且無法判定等高線走勢時，需外業利用RTK 實地勘測高程點，輔助等高線修改。

3）對于影像不清晰處，內業判斷等高線走勢不清處，外業應實地核查等高線走勢。

5 問題總結

點云數據提取等高線經過平滑、抽稀處理后，導入到清華山維軟件中與最新DLG 成果進行地物套合編輯處理，通常會出現以下情況。

1）微地貌太多，需要按面積或按長度進行刪除處理（圖3）。

圖3 微地貌情況

2）水稻田內無意義的等高線太多，需要人工判別刪除（圖4）。

圖4 水稻田中等高線情況

針對2022 年遼寧省1∶10 000 地形圖更新與建庫項目利用LiDAR 數據更新等高線、高程點的生產過程中存在的一些問題，總結了以下幾點。

1）根據不同地勢設置不同的平滑參數。對于地勢比較復雜的圖幅內也可以多種參數同時存在。特殊地貌處如沖溝、陡崖等也要另外單獨設置平滑參數。

2）實際生產中等高線裁切時容易產生復合線、組合實體，在后期的等高線處理過程中容易造成線丟失，解決的辦法是先在ArcGis 下拆分多部分要素。把復合線、組合實體拆分成無屬性代碼的線段后再統一賦值。

3）由于地形復雜圖幅可能會存在多種平滑參數同時采用，這樣合并后的曲線數據存在較多不合理斷線，在等高線修線之后將全幅圖內等高線進行斷線連接,使等高線連續表示。

4）根據生產規定中的技術要求，可以遮蔽曲線的面狀要素：池塘、河流、湖泊和水庫等水域要素，以及街區、房屋、道路等要素，在處理曲線時這些區域在符合技術要求下不做圖面美觀處理。

5）地貌要素在依據影像采集時會受到影像質量、作業員經驗等因素的影響而存在漏采集的現象，疊加更新等高線數據后，可根據曲線的走勢及疏密，大致判斷是否存在地勢變化。

6）LiDAR 數據提取的等高線、高程點有時會存在等高線過單棟房屋或者高程點落入水中的情況，此時需要進行圖面處理，將繞過房屋的等高線、落入水中高程點直接刪除。

6 結束語

1∶10 000 基礎信息數據是我國基礎地理信息數據庫的重要組成部分，也是遼寧省近幾年來的工作重點，傳統更新方法為數字正射影像采集法，對除等高線、高程點外的其他要素：交通、管線、水系、居民地及設施、地貌、植被與土質、境界和注記等進行更新?；?021年遼寧省自然資源事務服務中心利用已有LiDAR 數據探索更新高程點、等高線要素試生產的經驗總結,2022 年，遼寧省1∶10 000 地形圖更新與建庫項目的全要素更新生產任務已全面開展，其中利用已有LiDAR數據更新等高線、高程點的實際生產充分證明了激光雷達（LIDAR）成果更新1∶10 000 高程點、等高線的作業方法，既提高了生產效率又減少生產環節，并且不受作業員的技術水平及經驗影響，基本可以滿足2022年遼寧省1∶10 000 基礎測繪項目全要素更新的任務要求。