我全程見證了地圖生成(關注·我在科技一線⑤)

本報記者劉詩瑤（右）在向測繪隊員學習使用全站儀。李興中攝手機導航地圖、旅遊地圖、行政區劃圖、地震斷裂帶分布圖……我們經常接觸各類地圖。這些圖的雛形都是地形圖。此前我一直認為，地形圖是拍出來的。但事實上，獲取高解析度航空航天影像，僅僅是地形圖繪製工作的開始。一張張航空影像是如何變成可供應用的地形圖的？地形圖又是如何變成我們平時使用的各類地圖的？日前，我跟隨測繪隊員走進一線，近距離體驗了一張地圖生成的全過程。30多名內業人員，一半人在「釘圖釘」、一半人在「搖輪子」前不久，我來到位於成都市的四川省第二測繪地理信息工程院（以下簡稱「二院」），成為測繪隊的一名臨時隊員，參與四川省廣元市新村規劃建設項目中地形圖的製作。「一張完整的地形圖，需要內外作業配合完成。」二院副院長文學虎先向我科普流程：無人機獲得航空影像後，由外業人員在實地布設控制點；內業在此基礎上通過專業軟體和測繪技術，在整個區域計算出更多的內業控制點，利用全數字測圖系統，立體採集水系、道路、居民地、地形等高線等地圖要素，製作出底圖；隨後，外業人員拿著底圖在實地開展精準調繪，對內業採集的各項要素進行現狀核查和修改，得到一幅初步的作業成果……複雜的工序和抽象的術語，讓我聽得雲里霧裡。「不要急，跟一遍自然就懂了。」文副院長看出我的困惑。他先帶我走進院地理信息處理中心，學習內業對航空影像的處理。兩間寬敞的玻璃房裡，30多名內業人員正專註地坐在電腦前。右側房間里的人們用滑鼠快速點擊著屏幕，左側房間里的人們戴著立體眼鏡，雙手搖著輪子，畫出一道道流暢的曲線。「一半人在『釘圖釘』，一半人在『搖輪子』。」文副院長打趣道。「無人機獲取航空影像後，一張張分塊、散列的影像，就像一塊塊拼圖。要變成一幅完整的圖畫，首先就需要找到相鄰影像的同名點。」文副院長解釋道，像釘圖釘一樣，被刺住的兩點是地面的同一位置，這樣千百張影像之間就有了聯繫。接下來是校正影像，目的是使影像和大地之間建立對應關係，獲取該區域的精確地理坐標。外業人員早在實地中布設了若干坐標控制點，內業人員在影像上也找到這些點，使兩點重合，影像就可以歸位。「就像用圖釘把畫釘在牆上，扎滿了圖釘，圖和牆自然會嚴絲合縫。」一進入「搖輪子」的房間，技術員張芳就給我戴上了厚厚的立體眼鏡。我定睛一看，屏幕上從隔壁傳過來的航空影像突然立體起來，像沙盤一樣高低起伏、層次立現。「只有恢復立體模型，才能採集等高線、水系、交通、管線、植被等要素。」說話間，張芳左右手以不同頻率搖著桌角的輪子，頃刻便勾勒出一條完整閉合的550米等高線。「你怎麼能夠看出哪裡是550米高呢？」我驚呆了。她沒有立刻回答，而是在數據欄中輸入「550米」，滑鼠游標變成了紅色的光點。之後，她把紅點移動到半山腰，問我：「紅點是浮在影像上的嗎？」我點點頭，見這紅點像飄在半空中，並沒有貼著地面。她又把紅點移動到山的另一側，問我：「你能感覺到紅點『貼』著山邊了嗎？」我用力睜大雙眼看了半天，實話實說：「沒有。」但她卻能看出來。原來，只有感覺到紅點「貼著」而不是浮著、陷進去的時候，才說明找到了設定的高程。「為什麼我感覺不出來？」我有點失落。「這是基本功，我是經過了5個月的培訓，才培養出立體感的。」張芳說，找到所有紅點「貼著」地面的軌跡，就是等高線的軌跡。我迫不及待地上手，試圖也勾勒出這道軌跡，卻發現左右手很難配合協調，一時手忙腳亂，急得滿頭大汗。「從清晨做到深夜，他們要心到眼到，眼到手到，真是腦力活加體力活。」看著內業人員熟練的動作，我打從心眼裡佩服他們。西南山林里有毒蛇和野獸，在可可西里無人區，還常常遇到野狼和棕熊「釘圖釘」加「搖輪子」，模糊的航空影像上，山體、植被、河流、房屋都有了清晰的邊界和輪廓，生成了一張底圖。底圖上有白色道路、藍色河流和綠色植被，可白色道路是公路還是土路、綠色植被是松樹還是柏樹，還不清楚。「這就是下一步外業需要解決的問題。內業是給影像圖定位，外業則是給影像圖定性。」文副院長說。沒想到「外業」同樣不容易，上山的路就給了我一個「下馬威」。距離成都近300公里的廣元市，山體陡峻，峽谷險深。第一天的目的地是朝天區蒲家鄉羅圈岩村，坐落於大山深處。山路狹窄，僅容一輛車身進出。透過車窗看，山腳下的村落越來越小，遠處蜿蜒的嘉陵江宛如一條青碧的綢帶。由於昨夜下過暴雨，山路泥濘不堪，車輪一直打滑，向懸崖傾斜，嚇得我大氣都不敢出。經過數小時的跋涉，前方終於出現了一座村莊，這就是羅圈岩村。測繪隊成員們統一穿著橙色熒光服，面容黝黑，操著一口濃郁的四川口音，對我非常熱情友善。今天測繪隊的任務是要繪製出羅圈岩村的地形圖，供政府參考安置貧困農戶。項目負責人李德兵安排我跟技術員張君學調繪，即通過實地勘察，把底圖上所有要素的屬性調查清楚，比如房子結構、道路分類、植物品種等；然後再學測量，把底圖上沒有的要素通過測量補充進去。「有些航空影像拍攝得早，新修房屋的數據，就要通過實地測量加到底圖上。」李德兵解釋道。跟著張君師傅，我開始了山路攀爬，一手捧著底圖，一邊觀察視線範圍內的所有物體。經過種著水稻的水田，張師傅就手捧著底圖在對應區域寫上「水田」兩個字；路過兩層竹木結構的民宅，張師傅立刻寫上「竹2」……在他的指導下，我辨認出了更多的地理要素。為了詢問地名，張師傅走進一戶農家，看門的大狗兇猛地叫個不停。「搞測繪，就不要怕狗咬。」張師傅笑著說。我這才明白：為什麼這句話在測繪隊中廣為流傳。兩個小時過去了，在毒辣陽光的炙烤下，渾身汗透的我臉頰刺痛、頭暈目眩，雙腿像灌了鉛。張師傅卻神情鎮定，顧不得擦汗，繼續認真地比對底圖。接近晌午，回到集合地，測繪隊員們掏出乾糧匆匆啃了幾口，就又投入到未完成的工作中。他們把全站儀架在了一座房屋前，並把竹竿狀的稜鏡插在房屋底座一角。「全站儀坐標是已知的，測量出全站儀到稜鏡的距離及角度，根據公式就能推算出房屋的高度。」技術員楊磊向我演示了獲取房屋坐標的方式。「要測山的坐標，難道還要把儀器架到山上嗎？」我問道。「那當然」，高級工程師李興中說，如果是測繪需要，即使是山民都沒上去過的山，他們也要抓著草根和樹枝爬上去。「扛著儀器爬野山是非常危險的事，曾有隊員失聯過，全隊舉著火把在深山裡找了一夜。」夕陽西下，完成了既定任務後，測繪隊員們扛起儀器下山了。夜晚是測繪隊最歡樂的時刻。結束了繁重枯燥的工作，隊員們聚在一起，吃著火鍋聊天。隨著氣氛越來越熱烈，白天不善言辭的人都打開了話匣子。「外業辛苦嗎？」我問道。「苦是當然苦。」李德兵說，「西南山林里有毒蛇和野獸，處處險象環生。在可可西里無人區，還常常遇到野狼和棕熊。發生地震時，人人從災區往外跑，我們卻要往裡沖。因為只有掌握地震帶來的地形變化，才能更好地救災。」「身體苦沒啥子，主要還是心裡苦。」技術員李智接過話茬，氣氛有點凝重。外業人員一年中11個月都在測區，根本沒有辦法照顧家庭。「可是，沒得辦法嘛，你要把外業當旅遊和鍛煉，就很快樂。」李智笑著說。「對頭對頭！」這群天性樂觀、心胸寬廣的四川漢子們紛紛附和，歡聲笑語瞬間充滿了整個房間。把複雜的地形圖變成常見的行政區劃圖、旅遊圖等，還有很繁瑣的後期工作第二天一早，我來到測繪隊員居住的地方，跟進後續工作。測繪人員要把昨天調繪和測量的勞動成果，一點不落地添加到內業提供的底圖上。推開門，一股潮氣撲面而來，狹小老舊的旅館房間里擠滿了床，最大的空間留給了擺放計算機的兩張桌子，張師傅和楊磊等隊員正在用桌上的電腦繪圖。張師傅把底圖攤開，低頭看了一眼圖上的一座房屋影像，上面還有他昨天寫下的「磚」字，代表著這是座磚房。他從計算機系統里拖動出一個長方形，覆蓋到底圖的房屋影像上。「這個工序要格外仔細。」張師傅指著屏幕說，「比如，長方形代表實際房屋面積，它卻不能完全覆蓋住圖上的房子影像。因為影像拍的是房檐，房檐遮住了房角，但根據房角計算的房屋面積才是真實的。」我聽完恍然大悟：原來繪圖要求這麼精確，連屋檐遮擋引起的計算誤差也不放過。我留意到，師傅們的手都非常快，但又很耐心，總是一寸一寸地在底圖上排查每一個角落。為了能夠儘早交工，他們白天外業回來後，還常常加班到凌晨，完成這道工序。最後，李德兵對全部修改過的底圖進行把關檢查，得到作業成品。至此，一張地形圖就完成了。但我的疑問又來了：公眾看到的地圖可不是這樣子——從一張複雜專業的地形圖到公眾能夠看懂的行政區劃圖、旅遊圖等，還要經歷怎樣的過程？我又回到成都的二院總部尋找答案。文副院長帶我來到地圖製圖中心，一張張為人們熟悉的地圖整齊地鋪在桌子上。「從地形圖到地圖，基本上可以分為三個步驟，去要素、加要素和重新美工。」李維慶副總工程師一邊介紹，一邊在電腦上打開了一張擁有全部基礎地理信息數據的圖。這張圖很像我看到的地形圖，就是密密麻麻全是數字和標記，根本看不清楚。「老百姓並不需要所有的地理信息要素」，他告訴我，根據用戶需求，內業人員把相關要素留在圖中。「比如想製作一幅行政區劃圖，就利用系統把等高線和植被等要素去掉，留下主要的道路、河流、村莊等。」「為什麼還要加要素？」我問。李維慶回答說，如果想製作一幅地震斷裂帶分布圖，就要把地震部門的斷裂帶數據，和這裡的基礎地理信息數據疊加在一起。依此類推，可以製作出生態環境評價圖、泥石流分布圖等。最後一步，是要對地圖進行處理，把每個要素用老百姓能夠看懂的方式表達出來。「比如鐵路，就是按照人們能看懂的黑白界進行處理。」李維慶說，在色彩上，也要考慮重新配色以便達到整體美觀。我捧著手中的地圖，回想3天的體驗，心中很是感慨。從內業開始，經歷外業，又回到內業，我弄清了地形圖、地圖的生成過程，更真切地了解了測繪人：膽大心細是這群人的特點，苦中作樂是這群人的心胸。感謝他們一筆筆的勾勒和一步步的丈量！正因為測繪人艱苦細緻的工作，我們才能走得更遠。
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