杜金莉

（1.安徽省第一测绘院，安徽 合肥 230031）

1 LiDAR获取的数字高程模型的特点

常规的数字高程模型（DEM）和等高线的获取方法为航测法成图，即航飞获得航片，通过外业控制和内业加密后获得立体像对，在立体像对上人工采集特征点线生成TIN 或DEM，后通过TIN 或DEM 生成等高线，修测后形成DEM 和等高线成果[1]。航测法成图生成的DEM 和等高线精度高、等高线形态好，符合规范要求。但是因为立体采集特征点线、DEM 和等高线修测等工作量大，费时费力，生产效率不高。一般省级1∶10 000基础地理信息数据地貌更新频率都是3～5年更新一次，近年来为了快速成图，我省采购了全省LiDAR 获取的DEM，经过处理直换生成等高线、高程点等地貌数据。LiDAR 的点云数据经过处理后直换提取等高线与传统的航测法成图相比，具有生产成本低、速度快、自动化程度高、生产周期短、等高线精度高、形态逼真等特点[2]。

LiDAR 系统是利用机载激光雷达测距系统和 GNSS/IMU 直换获取地面点的三维坐标形成离散的、不规则的三维点云数据[3-4]。LiDAR 获取的点云数据密度大，虽然用其处理得出的DEM 点的相对精度较高，但获取的地貌较为破碎，利用LiDAR 获取的DEM 提取的等高线，地貌形态的细微处都表现出来，生成的等高线破碎，连续性完整性欠佳，等高线不美观，需要进行滤波等一系列处理[5]，对不同地形类别生产等高线的参数设置及作业人员的经验要求较高。本文利用定制的Geoway 3DMapping 软件进行实验，通过对DEM 进行滤波后生成等高线，成果在地貌形态，等高线精度等方面均符合规范要求。

2 3DMapping生成等高线流程

3DMapping 软件只能利用bil 数据生成等高线，作业前需要将DEM 数据转换成bil 格式，后生成参考等高线（供参考修测DEM）、DEM 滤波、提取等高线、修测等高线、更新高程点等流程，具体流程如图1所示。

图1 等高线提取流程图

2.1 DEM 滤波方法及参数设置

DEM 滤波是等高线生成前的关键环节，滤波的质量直换影响到DEM 生成等高线的精度及美观。不滤波生成的等高线比较破碎，地貌形态表示凌乱；滤波过度会对精度造成部分损失，要控制滤波次数及根据地形选择滤波窗口尺寸[6]。如果滤波次数及窗口尺寸不合理会导致生成的等高线的效果不好，若滤波次数过多或滤波窗口尺寸过大会导致DEM 失真，精度不可靠。不同地形类别的DEM 提取出来的等高线在参数设置、滤波设置上差异较大，本文经过多次实验，利用2×2 m间隔的DEM 提取等高线，按山地（包括高山地）和平地丘陵两种地形类别分别设置参数提取，得出以下效果较为适中的参数和步骤。

2.1.1 山地（高山地）DEM 滤波

山地（高山地）用3DMapping 软件生成的等高线较为圆滑，等高线形态好，滤波时将全图光滑窗口给5×5 滤波3 次。后对冲沟里等高线破碎地区再用光滑窗口5×5 进行滤波1 ～3 次，滤波次数需根据经验，标准为保证精度且等高线不破碎，手工修测工作量小为上。这里需要注意的是山头特别是尖山头不能反复滤波，重复滤波多次会造成山顶高程精度损失，故二次滤波时需要避开尖山头。

2.1.2 平地、丘陵DEM 滤波

平地、丘陵地因为地形较为破碎，所以既要通过重复滤波减少微型地貌的破碎表达，又要控制光滑窗口和滤波次数，保证高程精度。经过实验得出下列参数：先将光滑窗口设定为3×3 全图滤波2 次，后对平坦地区、山坡等地局部再次进行滤波，再次滤波时将丘陵地光滑窗口设定为7×7，北方平坦地区光滑窗口设定为9×9，滤波2 ～3 次。高速公路、大堤等突出的狭长地物多次滤波容易造成变形等精度损失，故再次滤波时应该避开上述区域。这里需要注意的是：光滑窗口越大，精度损失越大，高程精度越低。高速公路、主要堤等突出的狭长地物如果需要用等高线表示，则只能滤波一次，且光滑窗口最好不能大于5×5，再次滤波选择范围时需要避开以上区域，以免造成等高线变形、偏移、与地物不套合等状况。

2.2 加入水系数据处理DEM

根据水塘、水库、常年湖水面DEM 等高的原理，一般等高线不穿越静止的水面，此步骤主要是从已有的DLG 数据中提取水系相关数据，根据提取的DLG水系范围，计算水系面内DEM 的平均高程，将水面范围内的DEM 高程置平，这样生成的等高线就避免了来回穿越水面[7]。方法是从已成图的DLG 数据库中提取静止的水面：水塘2301023、水库2401023、常年湖2301013 等，后点击“处理DEM”将水面内的DEM 置平（注意，此步操作不能把溢洪道、河流、水渠等有上下游流向非等高的面添加进去）。

根据河流、沟渠等有流向非等高的水系其高程值依据上下游的高程由高到低递减，水系两岸高程值基本等高的原理，从已成图DLG 数据库中提取沟渠2202013、常年河2101013 等有流向非静止的水系数据，该水系高程不需要置平，而是将水系两岸的横向高程取平均值。

2.3 提取及修测等高线

DEM 处理完成之后就可生成等高线，此步骤需要将DEM 设为激活图层，等高线生成后需要局部修测，将不够上图尺寸的极小范围的自封等高线删除，修测部分落水等高线，将破碎等高线适当综合等。等高线修测需要人工完成，山地等高线基本不需要修测，工作量较小；平地、丘陵地区因为地形破碎，人工地物较多，等高线修测相对繁琐。

2.4 更新高程点

一万基础地理信息数据的高程点根据规范要求，高程点需按品字形分布，一般每个格网需要拾取10～15 个高程点。高程点应优先选取特征点位上的高程，例如：铁路、桥面、主要道路交叉口；水塔、烟囱等独立地物根部；堤岸、防洪墙、山顶、山脚、鞍部等部位；铁路、公路上每个格网拾取一个高程点[8]。通过人工拾取的工作量较大，如果通过软件自动拾取，虽然能保证高程点的形态分布及密度，但很难保证上述特征点位上都能生成高程点。此步骤的原理是利用上一轮生产合格的DLG 数据，提取老高程点的位置，从新的滤波后的DEM 上读取高程值。即利用上一轮地形图的高程点点位，提取本次DEM 数据上的高程值作为高程点，满足了高程点的点位要求，利用本次新修测的DEM 也符合高程点的精度要求。

高程生成后，检查高曲矛盾及高程点点位配置，高程点缺失或新增特征点位的地方可以从DEM 上重新拾取高程。补充采集的高程点输出在“点图层”里，需把它拷贝到TERP 层的720100 里。

3 存在的问题及解决方法

1）此软件点线矛盾数据检查功能不完善，很多错误有漏检现象，检查出来的错误有很多伪错误，导致质量得不到保证，增加作业中的工作量，鉴于Geoway3.6或4.0 有强大的数据编辑处理检查功能，建议可以将数据导入到Geoway3.6 或4.0 里重新检查修改，或利用其他专业的质检软件检查修改，可以大大提高工作效率。

2）软件有化简和光滑等高线功能，但化简、光滑等高线功能不完善，光滑等高线后数据量增大很多，导致后期等高线修测编辑时速度 很慢，化简等高线也没有起到应有的效果。根据实际操作实验，建议不做化简和光滑等高线，这样等高线美观度和数据量相对较好。

3）丘陵地形破碎处，生成的等高线破碎，形态不完整，提取等高线的软件大都存在类似问题，经过实验，可以通过上述参数设置的优化改善此类问题。另结合部分人工修测，作业人员积累一定的作图经验和技巧，可以提高速度。

4）在该软件下直换修测等高线可能会遗漏部分需要处理与地物关系的等高线，作业时可以套合DOM或部分数字线划图（道路、桥梁、大堤、河流等）进行，也可以在导出数据之后将等高线导入到ArcGIS 或Geoway 建库时边作业边检查处理。

4 结 语

本文在Geoway 3D Mapping 软件的基础上，研究总结了LiDAR 点云数据进提取等高线的方法、最优参数设置和步骤，实验结果显示，通过对不同地形类别的等高线进行不同的参数设置、优化作业流程，提取等高线精度高，形态美观，满足规范要求。提取方法简单易学，操作便捷，生产效率高，适合大面积快速成图。