我國1：5萬地形圖原來存在的空白區。
衛星影像
航空光學影像
數字高程模型
新聞背景
日前，國家測繪地理信息局宣布，我國西部1：5萬地形圖空白區測圖工程通過竣工驗收。
1：5萬地形圖是我國的國家基本比例尺地形圖。長期以來，由於受自然環境、裝備條件、技術水平等方面的限制，我國西部青藏高原、塔裡木盆地和橫斷山脈等地區約200萬平方公裡的地方，一直存在著約佔陸地國土面積20%的1：5萬地形圖空白區。
1：5萬地形圖到底是什麼？中國測繪科學研究院科技處處長燕琴研究員告訴記者，其實用大白話理解最核心的東西，你可以把它看成是1：5萬的沙盤模型。
我們當然不一定把全國1：5萬地形圖，都在桌子上擺出沙盤來。但是按照這個圖測出的數據，你要是想擺，沙盤是隨時可以擺出的。
也就是說，這個圖的核心內容是要在地圖上表示出地面上每個點的平面位置和高程。要用立體坐標表示的話，就是測出地面上每個點的X、Y、Z坐標值。而1：5萬比例尺的意義就是說，1公裡長的一條實際道路，在圖上有2釐米的長度；100米長的一所房子，在圖上只有2毫米長。因此，中國所有的道路、河流，甚至稍微大一點的獨立房子，在地形圖上都會有表現。
在城市和鄉村，我們有時會看見測繪人員用三腳架上的光學儀器測量著什麼。那麼，在茫茫沙漠和皚皚雪山上，地形圖又是怎樣測出的呢？
航空航天遙感影像數據獲取，有點像拍3D電影
燕琴說，完全由測量人員在地面上測量來獲取數據，我們叫做全野外測量方式，目前一般在繪製像1：500以上大比例尺的城市地形圖時才採用。而像1：5萬比例尺的地形圖繪製，現在主要靠航天航空攝影測量的方式來獲取數據。
航空攝影拍下來的只是平面的影像，只能獲得某個地點平面位置的數據，它的海拔高程的數據又怎樣獲得呢？
這個原理有點像拍3D電影。我們知道，人看物體之所以能獲得立體影像，是因為人的兩個眼睛視角不同，獲得的影像迭加起來就產生了立體的效果。3D電影的拍攝就是利用兩個攝影機在不同的角度拍攝獲取影像數據，再經過某種技術處理，使得我們在看3D電影時產生立體的效果。
利用航空攝影測量技術獲取地形圖數據，也是要對同一個地點從兩個不同角度攝取影像數據，再經過技術處理，就可以提取出這個地點的立體高度，也就是說，測出這個點的Z坐標。
通常我們理解的航空攝影都是拍攝光學影像。但是如果遇上雲霧籠罩的情況，就無法使用光學相機了，而必須採用雷達遙感技術，利用接收發射的微波信號來獲取影像數據。
但是，在青藏高原和橫斷山脈等高海拔地區，甚至航空攝影也是很難實現的困難事兒。這就必須用到衛星的航天遙感影像數據。而它們的測量原理都是一致的。
燕琴說，在西部測圖工程中，只有塔裡木盆地、三江源一帶採用了航空攝影獲取數據的方法，在面積上只佔整個工程的20%左右，而其餘絕大部分地區的測量數據，都是通過衛星遙感影像獲得的。
控制點測量和地理要素比對，還必須實地現場調查
利用飛機和衛星拍攝影像，就可以獲得地形圖數據，這似乎是一件很輕鬆的事情。但有關方面發布的消息稱，為了完成西部測圖工程，累計外業工作投入6000人次、各類設備車輛6500臺（輛），野外行程約1600萬公裡，這又是幹什麼去了呢？
燕琴介紹說，要完成地形圖測繪，工作人員的外業調查還是必不可少的。
首先，航空航天的影像，反映的只是圖片中各個點的相對位置。要真正確定每個點的經緯度和海拔高度，還是要通過對控制點的實際測量來完成。
所謂控制點，就是在實際地面上找一個明顯的標誌點，比如兩條道路的交叉點，然後能夠在影像上精確地找到這個點。工作人員要選取這樣的控制點進行實地測量，測量出它的X、Y、Z坐標。
在此次西部測圖工程中，我們採用了很多技術創新。比如原來在一個立體模型中，需要實地測量6到9個均勻分布的控制點。而現在，在120公裡長、60公裡寬的影像範圍內，只需要實地測量一個控制點就可以了。
利用GPS定位技術，過去對一個點的測量可能要花2-3天的時間，而現在30分鐘就可以搞定。整個西部測圖工程，這樣實地測量的控制點大約有1300多個。
外業調查的另一個意義在於，我們在拿到航空航天影像圖後，要到實地進行目視比對。比如影像中的一片區域，到底是沼澤，還是湖泊？我們要進行實地的核查。再比如一些輸電線路，一些輸油輸氣的管路，到底是怎麼走的，這樣一些地理要素，要實地進行比對。這叫做外業調繪。這樣的工作也是必不可少的。
燕琴介紹說，由於西部地理條件的複雜性，為保證測量人員的安全，我們採用了多種方法。比如外業工作都要由兩臺車輛兩個小組同時前往，以便出現不測情況可以相互救援。同時，利用北鬥衛星、海事衛星建立了外業安全監控系統，在每輛車上都架設天線安裝了相應的設備，使得他們無論走到哪裡，中心指揮臺都可以看到他們的位置。他們走過的路徑都是可以統計回放的。
地圖4D產品多方面服務國家經濟社會建設
中國測繪科學研究院某重點實驗室副主任李海濤研究員告訴記者，地形測量獲得的地圖產品，基本有四類，在業內稱之為4D產品。
最基礎的一類，就是我們前面提到的沙盤，科學的說法是「數字高程模型」。它其實就是地面上各個點的X、Y、Z坐標集。
李海濤介紹說，從兩張兩維的圖片，恢復出地面三維的信息，過去要靠人工一個點一個點地測量出來，現在通過我們自主研發的軟體系統，可以通過計算機自動計算出來。這個系統也獲得了國際上的「漢莎圖像獎」。
第二類是正射影像圖。我們前面說了，原始數據的採集要靠飛機、衛星拍的影像圖。從這些影像圖中獲取了地面坐標數據後，並不是把這些影像就丟棄了，把它們整理出來，也構成我們地圖數據的一部分。然而，由於飛機、衛星平臺拍攝的角度，以及地球自轉的影響，這樣的影像圖是有畸變的。這就需要技術人員通過處理，把這樣的圖展平，都還原成垂直高空直上直下拍攝的影像，這個就是正射影像圖。
第三類產品是數字線劃圖。這個圖相當於把沙盤圖和正射影像圖結合起來。簡單地說，沙盤圖是立體的但卻是光禿禿的，正射影像圖是具體的但卻是平面的，把二者結合在一起，在沙盤上標識出居民地、道路、耕地、湖泊等等，劃出等高線，就形成了數字線劃圖。
數字線劃圖的繪製是工作量最大的一個圖。在西部測圖工程中採用了很多計算機自動化技術，比如過去要在沙盤上標出一條河流，要人工一個點一個點地去描畫，但現在通過一個軟體，只要在這個河流上點一個點，計算機就自動地把這個河流勾畫出來了。人工需要做的只是做一些核對，把計算機自動生成中出現錯誤的地方改正過來，這樣就可以大大降低人工的工作量。
第四類產品是數字柵格圖，實際是數位化的地形圖像。
除了以上介紹的4D產品之外，還有很多衍生產品，可以根據不同方面、不同部門的特殊需要，在信息提供方面有所側重，生產出各種特殊的圖形產品。
延伸閱讀
我國第一顆測繪衛星年底上天
燕琴介紹說，在此次西部測圖工程中，90%的衛星影像數據都是利用國外商用衛星獲得的，是我們出資購買的。主要是利用了法國、美國、加拿大、日本甚至印度衛星的數據。必須承認，在高新技術裝備上我們跟歐美國家還存在不小的差距，西方國家已經有高於0.5米解析度的測圖衛星，而我們自己的衛星數據，一個是解析度比較低，一個是不能形成立體的模型。此外像高精尖的航空攝影裝備方面，也是我們需要向西方國家學習的。
這種狀況有望在今後得到改善。比如我國在今年年底將會發射第一顆測繪衛星，解析度可達2.5米。它的使用在今後不斷的地圖更新工程中將會發揮重要的作用。