等高线法，是地图上表示地形高低起伏的一种常用方法，它是采用一组地面高程等值线即等高线所组成的平面图形，来显示地面的高低起伏、坡度陡缓的一种地形表示法。等高线法最早是由法国人都明·特里木，用在地图上描述陆地高低起伏的。

等高线是在满足高程精度的前提下，能够反映地貌特征的近似等高程点的连线，它既可供判断地貌的平面位置，又可供测量地面高程。用等高线来表现地面起伏形态的方法，称为等高线法。

等高线法是采用一组地面高程等值线即等高线所组成的平面图形，来显示地面的高低起伏、坡度陡缓的一种地形表示法。等高线法最早是由法国人都明·特里木，用在地图上描述陆地高低起伏的。

等高线法的实质是用一组有一定间隔的等高线的组合来反映地面的起伏形态和切割程度。等高线之间的间隔在地图制图中称为等高距。等高距就是相邻两条等高线高程截面之间的垂直距离，即相邻两条等高线之间的高程差，可以是固定等高距（等距），也可以是不固定等高距（变距）。由于小比例尺地图制图区域范围大，如果采用固定等高距，难以反映出各种地貌起伏变化情况，所以小比例尺地图上的等高线通常是不固定等高距，随着高程的增加，等高距逐渐增大；而大比例尺地图上的等高线通常是采用固定等高距。

地形图上的等高线分为首曲线、计曲线、间曲线和助曲线四种。

首曲线又叫基本等高线，是按基本等高距由零点起算而测绘的，通常用细实线描绘；计曲线又称加粗等高线，是为了计算高程的方便加粗描绘的等高线，通常是每隔四条基本等高线描绘一条计曲线，它在地形图上以加粗的实线表示；间曲线又称半距等高线，是相邻两条基本等高线之间补充测绘的等高线，用以表示基本等高线不能表示而又重要的局部地貌形态，地形图上常以长虚线表示；助曲线又称辅助等高线，是在任意的高度上测绘的等高线，用于表示那些任何等高线都不能表示的重要微小地貌形态。因为它是任意高度的，故也叫任意等高线，但实际上助曲线多绘在基本等高距1/4的位置上。地形图上助曲线是用短虚线描绘的。

等高线的实质是对起伏连续的地表作“分级”表示，这就使人产生阶梯感，而影响着连续地表在图上的显示效果。因此，等高线法表示地貌有两个明显的不足：其一，缺乏视觉上的立体效果，即立体感差；其二，两等高线间的微地貌无法表示，需要用地貌符号和地貌注记予以补充。为了增强等高线法的立体效果，经过长期的研究试验，提出了许多行之有效的方法，例如，明暗等高线法，就是使每一条等高线因受光位置不同而绘以黑色或白色，以加强立体感；粗细等高线法，是将背光面的等高线加粗，向光面绘成细线，以增强立体效果。普通地图上有一些特殊地貌现象，如冰川、沙地、火山、石灰岩等，必须借助地貌符号和注记来表示。

等高线法的优点在于它能正确的表示各点的海拔高度和相邻两点的坡度，也能反映出流水侵蚀作用的方向和地貌的特征。

在地图上用等高线法表示地形既能清楚地显示地面的高低起伏形态，又能从等高线图线上获取地面高程、高差、坡度、山体的体积、洼地的容积等一系列数量指标。在大、中比例尺地形图上等高线的等高距足固定的，因此可以根据等高线的疏密判断地形陡缓。如在地图上，斜坡的坡型是以等高线间隔的不同疏密组合形式来表示的。均匀坡：等高线间隔相等；凹坡：等高线间隔自坡顶向坡脚由密变疏；凸坡：等高线间隔自坡顶向坡脚由疏变密；复合坡：以上几种坡形的组合。但在小比例尺地图上用等高线表示地形，则由于等高距的扩大和等高线图形的概括而使等高线的性质和作用都发生一定的变化，再不能用它来量取高度和坡度等定量指标了。小比例尺地图，因制图区域大，包括的地形类型多，如采用固定等高距就难以反映各种地貌形态了，故通常采用变化等高距，即等高距随高度增加而逐渐拉大。特别是在地势图上，等高线的作用主要是显示大的地形单元的类型及分布，等高线成为高程带的界线，不能再用于量测了，所以不能根据等高线疏密来判断地形特征了。

在地图上还可以根据等高线的组合形式判断山岭、谷地、山脊、盆地、鞍部等各种地形。山丘和盆地的等高线都是闭合曲线，两者形状相似，必须用注记高度和示坡线来区别。山脊和山谷的等高线，都是具有朝向一个方向凸出的曲线，两者也很相似，但山脊的等高线是向着分水线降低的方向凸出，山谷的等高线是向着集水线升高的方向凸出。如果我们对几种基本地形的等高线组合形式，有一概括的认识，就不难在复杂的等高线图上辨认它们。

等高线法表示地形优点很多，缺点是立体感差，因此在实际应用中常和晕渲法、晕滃法、分层设色法结合使用。

移动机器人是集信息技术、通讯技术、传感器技术、微电子技术于一身的高科技产物。为了保障移动机器人能在复杂环境下高效地、可靠地工作，首先必须创建环境地图。随着三维空间测量技术的发展，利用三维空间信息来创建环境三维地图成为一种发展趋势。为此，本文基于三维地图创建的等高线法，对三维地图创建方法、数据采集、数据预处理、特征提取和图像匹配等方面进行分析研究，为后续的定位和导航做了理论铺垫。本文主要研究内容和创新性成果如下:

1.结合三维地图构建的发展现状和理论基础，提高三维地图构建的实时性和鲁棒性，提出一种移动机器人三维地图构建的等高线法。

2.深入研究点云数据的采集方法、点云坐标变换公式，针对三维地图构建的等高线法采用一种8-邻域方法实现噪音点的去除。

3.讨论特征提取的方法及步骤，主要包括边界特征提取和逆向工程两个方面。对于等高线法提出数据预处理以及特征点、特征线、特征面构造的方法，将线性拟合和最小二乘法相结合实现快速构造。

4.对于点云数据的图像匹配，选取快速高效的ICP算法及针对等高线法的改进算法，完成对数据的采集及分析，应用等高线法完成整个三维模型的建立。

园林工程中的竖向设计模块是竖向工程及整体课程教学的基础性环节，同时竖向设计方法讲解的抽象性及具体应用环节的复杂性也是其成为教学环节中的难点之一。以竖向设计中等高线法及其应用为研究内容，结合教学实践，对已有经典教学内容进行尝试性完善与补充，并通过教学过程中的再思考，探讨竖向设计及园林工程课程教学中的相关问题。