基于ArcGIS的大比例尺矢量電子地圖制圖研究

劉聞丹

【摘要】大比例尺測(cè)圖是城市規(guī)劃和建設(shè)發(fā)展中的基礎(chǔ)性工作，但傳統(tǒng)的大比例尺測(cè)圖外業(yè)工作量大、內(nèi)業(yè)作業(yè)復(fù)雜、效率低、周期長(zhǎng)。隨著科技的進(jìn)步尤其是ArcGIS技術(shù)的成熟，ArcGIS技術(shù)在大比例尺測(cè)圖中成為可能。本文重點(diǎn)研究ArcGIS技術(shù)在大比例尺測(cè)圖中的技術(shù)路線，分析其在大比例尺測(cè)圖中的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程及可能遇到的部分問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】ArcGIS;大比例尺矢量;電子地圖;制圖? ? ? ? ? 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.31.115

地理信息服務(wù)平臺(tái)為公共平臺(tái)，其建設(shè)是傳統(tǒng)地理信息服務(wù)端改革與創(chuàng)新，融合了多尺度、多時(shí)相、多源頭與多類型的地理數(shù)據(jù)信息庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)資源數(shù)據(jù)的有效整合，并開展動(dòng)態(tài)化管控，將內(nèi)外網(wǎng)作為依托，引入電子政務(wù)，為三方（公眾、政府及企業(yè)）提供針對(duì)性服務(wù)。電子地圖為地理信息平臺(tái)內(nèi)的關(guān)鍵組成部分，其制作為平臺(tái)應(yīng)用與平臺(tái)服務(wù)奠定了有效基礎(chǔ)。地圖包含矢量與影像兩大類，后者可直觀的為公眾呈現(xiàn)信息，能夠便捷、迅速更新，可實(shí)時(shí)提供地圖服務(wù)。前者選擇的是傳統(tǒng)地圖顯示形式，不僅可展示相應(yīng)的地圖信息，還能夠?yàn)楣娦畔⒉樵兣c信息分析提供關(guān)鍵載體。本文結(jié)合某地的地理信息平臺(tái)，加強(qiáng)服務(wù)建設(shè)，在ArcGIS軟件下，可制作大比例、矢量的電子地圖，并展現(xiàn)其制作流程，從定義入手，分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑，并分析真實(shí)案例。

1、ArcGIS技術(shù)的概述

技術(shù)人員給予GIS系統(tǒng)，研究出ArcGIS技術(shù)。在信息測(cè)繪技術(shù)內(nèi)，包含RS遙感系統(tǒng)、GPS全球定位系統(tǒng)、GIS等，被統(tǒng)稱為3S系統(tǒng)。在早期，主要為單機(jī)化GIS軟件，在多年發(fā)展與融合內(nèi)，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖脚_(tái)，且發(fā)生多樣化轉(zhuǎn)變，增加了很多功能，技術(shù)信息化水平提升顯著。

ArcGIS技術(shù)是借助無(wú)人機(jī)，在空中獲得拍攝視角，使用無(wú)人機(jī)打造不同角度的攝像機(jī)，從前后左右?guī)追矫鎸?duì)地面物體進(jìn)行全面攝像，獲取攝像物體頂面、側(cè)面影像信息，且圖片分辨率較高，借助建模軟件，可建設(shè)全景三維模型。

2、ArcGIS技術(shù)在大比例尺測(cè)圖中的技術(shù)路線

基于ArcGIS技術(shù)測(cè)繪大比例地形圖的技術(shù)路線主要包括準(zhǔn)備工作、外業(yè)務(wù)航空飛行、空中三角測(cè)量與像控、三維立體建模、三維數(shù)字測(cè)圖、外業(yè)調(diào)繪、成果檢查等，見下圖1。

2.1測(cè)量前的準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備工作是前提，包括測(cè)區(qū)資料收集、空域申請(qǐng)、實(shí)地探勘、航線設(shè)計(jì)等。需要明確測(cè)量目標(biāo)的整體范圍，明確測(cè)量的要求和標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的飛行設(shè)備和攝像設(shè)備，科學(xué)設(shè)計(jì)攝像角度和選擇分辨率，需要對(duì)測(cè)量目標(biāo)范圍內(nèi)的地形、建筑等進(jìn)行明確標(biāo)示，確定飛行路線和拍攝流程。

2.2 ArcGIS技術(shù)獲取

ArcGIS技術(shù)獲取是基礎(chǔ)，包括外業(yè)航飛、飛行質(zhì)量控制、影像質(zhì)量控制、ArcGIS技術(shù)數(shù)據(jù)整理、ArcGIS技術(shù)色彩調(diào)整等。

外業(yè)航飛盡量選擇在晴朗且能見度較高的天氣進(jìn)行，需要關(guān)注設(shè)計(jì)航線和實(shí)際航線中的對(duì)應(yīng)問(wèn)題，一般需要遵守相關(guān)的操作規(guī)范并按照航線進(jìn)行飛行。整個(gè)操作過(guò)程相比較于傳統(tǒng)的測(cè)量，沒(méi)有大宗設(shè)備需要搬運(yùn)，只需要較少的人員即可進(jìn)行，人力物力消耗較少，操作簡(jiǎn)便效率高。在航攝過(guò)程中，要實(shí)時(shí)檢查像片質(zhì)量，若有絕對(duì)漏洞、相對(duì)漏洞及其它嚴(yán)重缺陷的像片，必須及時(shí)補(bǔ)攝。航攝結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)整理ArcGIS技術(shù)數(shù)據(jù)，把航飛解算后的POS數(shù)據(jù)、像片、相機(jī)參數(shù)整理成固定格式的Excel表格。同時(shí)要調(diào)整ArcGIS技術(shù)色彩，在不失真的情況下，統(tǒng)一圖像色調(diào)，平衡整體圖像清晰度、亮度、對(duì)比度。

2.3像控測(cè)量與空中三角測(cè)量

為了提高測(cè)量精度，像控測(cè)量需要嚴(yán)格遵循相關(guān)要求進(jìn)行像控點(diǎn)的布設(shè)。但是在實(shí)際的實(shí)施中，很多情況下控制點(diǎn)的設(shè)置都無(wú)法達(dá)到最為理想的狀態(tài)，進(jìn)而影響整個(gè)攝影測(cè)量的質(zhì)量，這種時(shí)候，往往利用空中三角的方式，結(jié)合像片控制點(diǎn)和各級(jí)影像上自動(dòng)匹配的同名點(diǎn)，通過(guò)區(qū)域網(wǎng)光束法平差，獲取所有相機(jī)自檢校參數(shù)以及影像的真實(shí)空間位置和角度關(guān)系，在攝影結(jié)果之外，再次計(jì)算位置關(guān)系，并清除攝像結(jié)果中的不合理數(shù)據(jù)。

2.4 實(shí)景三維模型生產(chǎn)

實(shí)景三維模型生產(chǎn)是關(guān)鍵，運(yùn)用傾斜航空攝影系統(tǒng)獲取的影像經(jīng)過(guò)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，獲取測(cè)區(qū)內(nèi)實(shí)景三維模型。主要過(guò)程有空三加密、三維立體建模、模型檢查、模型修改等。

2.5 三維數(shù)字測(cè)圖

三維數(shù)字測(cè)圖使用軟件為清華山維EPS裸眼軟件，為3D測(cè)圖，可以在三維模型上，建設(shè)裸眼3D圖，以此完成交通設(shè)施、植物水系與附屬設(shè)施矢量化采集。

首先需要生成大比例尺的數(shù)字劃線圖，借助EPS軟件，將三維模型數(shù)據(jù)從OSGB格式轉(zhuǎn)換成DSM數(shù)據(jù)，借助傾斜三維模型繪制相應(yīng)的數(shù)字地圖。比如居民地的繪制采用"以面帶點(diǎn)"測(cè)量方法，因采用了房檐改正算法，僅需在采集面上選擇任意一點(diǎn)，程序就會(huì)自動(dòng)化進(jìn)行房角點(diǎn)計(jì)算，并自動(dòng)擬合;其次是采集等高線，通過(guò)EPS軟件在三維模型上自動(dòng)提取等高點(diǎn)，基于等高點(diǎn)生成三角網(wǎng)，最后生成等高線。對(duì)于部分需要調(diào)整的等高線，可以手動(dòng)選擇等高線進(jìn)行修改繪制。

2.6外業(yè)調(diào)繪與成果檢查

外業(yè)人員要結(jié)合內(nèi)業(yè)人員記錄的被遮蔽區(qū)域、實(shí)景三維模型難以精確展示結(jié)構(gòu)的區(qū)域及需要調(diào)繪的重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪補(bǔ)測(cè)，完成信息的采集和核查。在完成三維數(shù)字化測(cè)圖和外業(yè)調(diào)繪后，需要進(jìn)行成果自檢和互檢工作，最后提交質(zhì)檢單位進(jìn)行質(zhì)量檢查。質(zhì)檢主要關(guān)注大比例尺地形圖的測(cè)量和繪制精度、各種地理要素的準(zhǔn)確度、各種屬性的科學(xué)性等，是否符合相關(guān)的規(guī)范要求，對(duì)于不滿足規(guī)范要求的需要重新繪制地形圖甚至是重新攝影測(cè)量，確保成圖的科學(xué)規(guī)范。

3、ArcGIS技術(shù)在大比例尺測(cè)圖中的問(wèn)題討論

大比例尺地形圖的精度與ArcGIS技術(shù)的空間分辨率息息相關(guān)，而空間分辨率高低需要根據(jù)測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的不同選擇合適高度的無(wú)人機(jī)，并根據(jù)不同的高度、無(wú)人機(jī)運(yùn)行的速度以及質(zhì)量要求，選擇不同傾角的攝像設(shè)備。

除此以外，大比例尺地形圖精度與像控點(diǎn)采集精度、空三精度、三維模型質(zhì)量精度、三維數(shù)字測(cè)圖精度等都密不可分。作業(yè)環(huán)節(jié)中的每一環(huán)節(jié)都會(huì)影響到大比例地形圖的精度。

4、應(yīng)用實(shí)例

基于ArcGIS的大比例尺矢量電子地圖繪制流程大致包含數(shù)據(jù)搜集、標(biāo)注處理、制圖三部分。

制圖編輯主要是為滿足不同用戶、不同群體的需求，通過(guò)構(gòu)建電子地圖矢量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分級(jí)，能夠獲得具體的數(shù)據(jù)，并參考CH/Z9011-2011相關(guān)規(guī)定，參考《地理信息公共服務(wù)平臺(tái)電子地圖數(shù)據(jù)規(guī)范》內(nèi)的規(guī)則，遵循瓦片金字塔原則。

詳細(xì)內(nèi)容包括：最小比例尺情況下，可顯示出全圖，并將其作為基準(zhǔn)，最大比例尺要結(jié)合需求、實(shí)際數(shù)據(jù)確定，從小比例尺朝著大比例出遞進(jìn)，并選擇2倍關(guān)系遞進(jìn)。

制圖工作流程：第一，協(xié)調(diào)地圖信息，并進(jìn)行整體顏色搭配;第二，設(shè)定POI點(diǎn)、水系、植被、房屋等，線符號(hào)為道路，面符號(hào)為水系、植被與房屋，科學(xué)搭配顏色;第三，標(biāo)記標(biāo)注、字體、方向等信息，按照等級(jí)進(jìn)行顯示，對(duì)象均為綜合處理，包含：道路、POI點(diǎn)、房屋、河流及植被。

在進(jìn)行平移或者是縮放地圖時(shí)，ArcMap能夠結(jié)合空間大小，科學(xué)調(diào)整標(biāo)注。Maplex可創(chuàng)設(shè)高質(zhì)量動(dòng)態(tài)標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)地圖標(biāo)注數(shù)量及質(zhì)量?jī)?yōu)化。但是，需要結(jié)合控制標(biāo)注位置，見上圖4，將標(biāo)注轉(zhuǎn)換注記。Maplex技術(shù)可生成高質(zhì)量的注記，通過(guò)協(xié)同使用ArcIMS服務(wù)、ArcReader技術(shù)，生成PMF文件，建設(shè)共享資源。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，本文介紹的是ArcGIS技術(shù)矢量大比例電子地圖的相關(guān)制作流程與技術(shù)，從配色、POI點(diǎn)到符號(hào)化等方面入手，強(qiáng)化Maplex引擎使用，可創(chuàng)建高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)地圖圖表的優(yōu)化，并基于傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行大比例尺測(cè)圖，再結(jié)合外業(yè)調(diào)繪，能大大提高測(cè)圖效率，節(jié)約成本。但仍需進(jìn)一步提高測(cè)圖精度、完善作業(yè)流程，從而提高ArcGIS技術(shù)在大比例尺測(cè)圖中的應(yīng)用領(lǐng)域。

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