三维地形测绘方法综述

摘要:在现在的工程测量领域中，三维地形测绘技术相对来说是比较新的技术。本文将对三维地形测绘方法进行总结和分析。

关键词:测绘工程测量三维地形

Abstract: in the field of measurement project now, 3 d terrain mapping technology relatively new technology. This paper will be 3 d terrain mapping method to carry on the summary and analysis.

Key words: surveying and mapping engineering survey 3 d terrain

中图分类号： [TU198+.2] 文献标识码：A文章编号：

引言

工程测量在我国有着悠久的历史，随着工程建设规模的迅速扩大和科学技术的迅速发展，测量技术也获得了空前的发展和提高。首先，工程测量技术涉及到的领域更加广泛，已经从传统的机械和光学一体化测量发展到光学、计算机技术、微电子技术、机械等多种技术结合的集成化和智能化测量方向发展。传统的测量方法比如三四等水准测量、三角高程网、导线网、布设三角网等方法。通过测量距离、角度、高差来计算大地平面的高程和坐标。

应用GPS技术可以直接获取高程三维坐标和平面坐标。首先通过使用全站仪器、激光施工测量仪器、光电测量仪器和电子经纬仪、水准仪等仪器对地形进行定点放样、高程放样、直线放样、地形测量等工作。其次，随着科学技术水平的提高和交叉学科的发展及各种技术的相互融合和渗透，工程测量等测绘学科向学科综合的方向发展，由此产生了GPS定位技术、地理信息系统等。随着传统测绘技术向现代化数字测绘技术的发展，我国在新世纪的测量技术发展方向和趋势是：数据采集和处理自动化、数字化、实时化发展，测量数据管理的规格化、标准化和科学化；测量数据应用于传播的社会化、多样化和网络化应用。

1三维测绘技术在测量中的应用

所谓三维测绘就是测量目标空间的三维坐标，通过三维坐标来确定目标的空间几何形态、所处位置等。然后对目标进行三维重建并且在计算机上实现再现的技术。目前的测绘测量体系都是以2+1理论为基础的。二维确定目标的平面位置，一维确定目标的高度。

1.1问题的提出

经过几百年的发展，2+1测绘技术已经达到了非常完善的程度。但是，随着科技的发展和社会的进步，这种技术已经不能完全满足社会的迫切需要了。三维测绘技术的应用问题在以下几个方面中表现的尤为突出。

1.1.12+1维地图和人们的生活环境不符

2+1维地图本质上是从空中俯瞰地面的情况的，但在实际中人们都是生活在地面的，人们在实际生活中看到的都是三维景象，这些景象是无法在2+1维地图上表达的。比如房屋的形状、房屋室内的具体情况等。

1.1.2城市规划

城市规划尤其是旧城改造和规划，现在已经开始三维规划。为工程规划和城市规划服务是工程测量应用的一个重要的领域，三维测绘应该及时跟上上述发展。

1.1.3工程设计

三维工程设计以及逐渐的应用到现在的工程设计中，三维工程CAD软件已经得到普及和广泛应用，工程设计要以现状图为基础，因此现状图也是三维图，因此必须要实现三维测绘。1.1.4工程施工

现在工程大多施工复杂，比如鸟巢、中央电视台新大楼等都不是普通的有规则的形状，在进行施工时也不是按照传统的施工方式一层一层施工的。而是进行立体式的吊装式施工。这就要求我们的测量和施工应该是三维测量

1.2三维测绘的现状

从目前发展来看，现实施工对三维测绘提出了迫切的需求，但是目前三维测绘的发展很难满足人们的要求，发展也很不平衡。这里通过对三维测量仪器来对三维测量技术进行说明。现在常用的三维测量仪器有关节臂三坐标量测仪、激光追踪仪、摄影测量仪器、全站仪、卫星定位测量系统等。最后三种是大家比较熟知的，前两种测量仪器是工业测量中比较常用的仪器。而三维激光扫描则是近几年快速发展起来的新型测绘仪器。

1.2.1卫星定位测量系统

卫星定位测量系统属于真正的三维测量，通过获取点位坐标中地心直角坐标系中的三维坐标来实现的，卫星定位测量系统具有较高的精度，双频GPS的点差分测量精度可到业毫米级。现在有一种错误的做法是把把卫星定位的结果转换到大地坐标系中，进而把结果与传统的2+1测量结果进行比较核对，这种差值肯定比较大，这是因为二维测量受大地水准面的影响比较大，精确度比较低。

1.2.2全站仪

全站仪是一个比较标准的三维测量仪器，可以同时测量距离和测量角度。但是在传统的2+1维测量中，由于基准面通常为水准面。因此测绘结果也会受到大地水准面精度的影响。1.2.3三维激光扫描仪

三维激光扫描仪最大的优点就是具有点密度高、点位精度高、扫描速度快等。它是近几年才发展起来的一种三维测量仪器。这种仪器不受大地水准面精度的影响，不依赖于水准面，因此近几年发展速度比较快。

1.3发展方向

三维测量技术在仪器方面已经做了很多的准备工作，但是在其他很多方面还有很多问题需要处理。比如三维测量和2+1维测量的关系、三维地理信息系统研究、软件研制、理论研究、标准与规范的制定等。这些问题是以后发展的重点。

1.3.1三维地理信息系统研究

测绘师GIS的前端系统，在获得了三维数据以后就可以实现三维GIS了，因此，要加强3DGIS的研究，尽快开发出3DGIS软件系统。

1.3.2三维测量的理论研究

由2+1维系统发展到三维系统，尽管从坐标的维数上来看并没有增加，但是从复杂性来看却大大的增大了，这是由于2+1维空间本质上是一个鸟瞰空间，它所描述的只是从太空往下看到的地球表面的情况。。而真正的三维空间不但要从上往下看，还要能够从下往上看，从里往外看，从左往右看，从后往前看等。也就是要实现向各个方向的查看，要研究针对这种系统的空间目标的测量、数据采集、数据存储和管理、数据传输和表达等。

1.3.3三维测量软件研制

现在不管是数字化测土软件还是大地控制测量软件，都是以2+1维系统软件为基础的，因此，必须在三维测量理论的基础上研制三维测量软件系统。

2摄影测量技术在工程测绘中的应用

在现代工程测绘领域和城市测绘领域，摄影测绘技术的应用已经越来越广泛和普及。摄影测量具有精度高、质量高等特点。并且充分结合了计算机技术，因此，它能够提供实时的完全的三维空间信息。避免了接触物体，提高了测量的准度和精确度，减少了外业工作量。大大的提高了工作效率。并能提供多种成果。摄影测量技术在城市地形测绘和大型工程测绘以及铁路公路测绘、地籍测绘、建筑物表形监测、文物保护以及其他定位测量中都有着广泛的应用，而这些测量用一般的测量方法是难以实现的。正是因为它在这些领域广泛的应用范围。它才得到了大规模的普及和运用。全数字测量工作站的产生为现代摄影测量技术提供了新的研究方法和新的技术手段。目前该技术已经广泛的应用到大型工程和城市工程的勘察和测量中。该技术在摄影中的运用，大大减少了野外控制点联测工作，减少了人工实地操作的工作量，提高了工作效率，缩短了监测时间，而且使工程测量逐步向数字化和自动化方向发展。

3测绘传感器的研究

通过技术集成进一步发展传感器是一个比较泛的概念。通常可以泛指各种高精度数据采集设备或者各种自动化设备等。现在使用比较多的CCD数码相机、GPS接收机、马达驱动全站仪等都属于传感器。现在施工中，为了保证大型复杂施工项目的安全施工和运行，必须要确保施工过程中的实时性和高精度。这就要求不同专业和不同领域的科技人员合作，全面的了解和掌握工程的安全状态，分析建筑物的实施状态。所以，要充分利用传感器的高精度和自动化的特点来实现对数据的采集、处理和传输等。

4大型和精密工程测量与工业测量迅速发展

随着我国经济的发展，大型工程项目迅速出现，这对工程测量提出了更新和更高的要求。为了确保这些生产过程高度自动化、技术先进、规模巨大的建设工程和工业生产，在进行设计时一定要要采用高精度的特殊的测量方法作为保障，从而保证工程能够顺利施工、安全运行，形成特种工业测量和工程测量。这种测量技术是把现代大地测量学和新的理论、方法、技术相结合的产物。采用高科技和高精度的方法和技术来实现对特种工业和工程的测量。

5结语

随着我国经济的迅速发展和科学技术水平的迅速提高，各种工程测量仪器不断出现，而且越来越负责特殊。今后几年，工程测量技术发展的几个主要方向是：数字城市地理空间框架技术、地下管线管理与智能化探测技术、三维测绘技术。由于工程测量技术涉及领域比较广泛而且涉及领域比较多，未来还可能出现新的技术和新的领域，因此，我们要及时的关注工程测量技术的发展和新技术的出现。努力促进和推动我国工程技术赶上和超过世界先进水平，使工程测量技术向数字化、自动化、电子化、信息化方向发展，这也是工程测量技术发展的最终目标。

参考文献:

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[2]黄声享，郭英起，易庆林.GPS在测量工程中的应用[M].北京：测绘出版社，2007.

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