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摘要：本文对数字高程模型( DEM )技术及数字正射影像图(DOM)数据生产作了简要阐述。
关键词：航空摄影测量；数据处理；高程模型
Abstract: In this paper, the digital elevation model (DEM)technology and digital orthophoto map (DOM) are briefly described the production data.
Key words: aerial photographic measurement; data processing; elevation model
中图分类号：P25 文献标识码：文章编号:
引言：
在计算机科学技术、通信、信息技术、空间定位、航空遥感和航天遥感等高新技术快速发展的今天,根据航空数字影像, 在全数字摄影测量系统上利用摄影测量生成的DEM, 制作数字正射影像图(DOM),满足社会的各种需要或根据数字正射影像图实现GIS数据库的建立和更新及其所依据的数字高程模型可以成为构建空间数据框架的重要组成基础。
1数字高程模型( DEM )
数字高程模型( Digital Elevation Model, 缩写DEM)是一定范围内规则格网点的平面坐标( X , Y )及其高程(Z)的数据集, 它主要是描述区域地貌形态的空间分布, 是通过等高线或相似立体模型进行数据采集( 包括采样和量测) , 然后进行数据内插而形成的。DEM是对地貌形态的虚拟表示, 可派生出等高线、坡度图等信息, 也可与DOM 或其他专题数据叠加, 用于与地形相关的分析应用, 同时它本身还是制作DOM 的基础数据。
1.1空三加密
GPS辅助空三结算软件采用TC-AT自动空中三角测量软件处理系统，平差方法采用光速法区域网平差。空三加密所得到的每张影像的外方位元素将在绝对定向时用到，这部是数据处理中相当关键的一部，期处理精度将对DEM生产有很大的影响。
1.1.1严格按规范设计书的要求把握加密的定向精度、控制点的残差分布，对加密报告进行细致的分析研究，对构建的像点网的像片连接情况予以足够的关注，对于网形较弱的地方一定要加足加密点，增强像点网的强度，防止像点网的扭曲变形。
1.1.2对于空三加密输出的成果，一定要到相关软件的有关模块下进行检查，防止粗差的出现以及像点网的局部变形，以免做出错误分析和质量评定。
1.2向量测图及DEM生产
根据测区的地形特点采集特征点、线、面数据，应注意模型接边外特征数据的一致性，即地性线、断裂线、大型水域的水崖线的高程赋值必须相等。特别要保证航带高程数据的一致性。然后根据特征点、线，影像自动匹配生成DEM，如果测区地形较平坦，可以将DEM间隔设置为最终生成DEM的整数倍数，这样就可以减少DEM修测的工作量，又可以达到较理想的效果。在立体模型上进行DEM修测时，匹配点没有切准地面的地方要仔细编辑。对于湖泊、池塘、河流等一些表面水平的地方，可以通过“水域处理”功能来处理，此功能用于批量水域区域进行DEM的整体置平，这样在后期进行三维制作时才能将房子等建筑很好的与地面模型结合起来。
1.3DEM接边
由像对DEM拼接成图幅DEM的时候，要进行像对DEM的接边。规范规定：对接边处重叠区内同名点（X、Y坐标相等）DEM的高程差进行统计分析，2~3倍高程中误差的点所占比例不大于4%,大于3倍高程中误差应视为粗差。粗差点将会在立体上以不同的颜色表示出来，再利用DEM修测功能可对粗差点进行编辑，保存后再重新进行接边，循环往复，直到达到精度要求。除了像对接边，还需要进行相邻图幅的接边。在生产中图幅拼接时可采取多幅图拼“大块”再裁切，保证外阔重叠区内高程完全一致，这样可以减少接边误差的产生。
2数字正射影像图(DOM)数据生产
2. 1数字正射影像图( DOM, Digital Orthophoto Map ): 是对航空(或航天)像片进行数字微分纠正和镶嵌, 按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像。
数字正射影像( DOM)是数字化测绘“4D”产品的重要组成部分之一, 有着广阔应用前景的基础地理信息数据, 它不仅可用于对数字线划地图数据的更新, 提高数据的现势性, 加快地形图的更新速度,也可作为背景图直接应用于城市各种地理信息系统; 它广泛应用于城市规划、土地管理、环境分析、绿地调查、地籍测量等方面, 也可以與线划图、文字注记进行叠加形成影像地图, 丰富地图的形式, 增加地图的信息量; 利用数字正射影像与数字地面模型或者建筑结构模型可建立三维立体景观图, 丰富城市管理、规划的手段与方法。
该图的技术特征为: 数字正射影像, 地图分幅、投影、精度、坐标系统、与同比例尺地形图一致, 图像分辨率为输入大于400dpi; 输出大于250dpi。由于DOM是数字的, 在计算机上可局部开发放大, 具有良好的判读性能与量测性能和管理性能等, 如用农村土地发证, 指认宗界地界比并数字化其点位坐标、土地利用调查等等。DOM 可作为独立的背景层与地名注名, 图廓线公里格、公里格网及其他要素层复合, 制作各种专题图。
2. 2生产技术
2. 2. 1影像扫描与定向。影像扫描对DOM 的生产具有很重要的影响。首先必须确定扫描分辨率。当扫描分辨率过小时会导致成图精度的降低, 但扫描分辨率也不能太大, 以免影响测图速度。一般来说, 扫描分辨率是由成图比例、航测比例尺来计算。其次, 影像扫描要求反差适中, 影像清晰。
进入J X - 4C 摄影测量工作站进行定向与核线重排工作。定向为内定向、相对定向、绝对定向工作。其中相对定向采用自动方式。自动匹配点数越多,DEM 越精确。在实际作业中, 应使左右两片的灰度、反差相近来提高相关匹配的准确性, 故可用Pho –to Shop先对原始影像进行灰度处理。核线重排既减少了计算工作量, 又减少了数据量。核线重排分为最临近像元法、双线性法、三次方卷积法。根据实践采用双线性法为好。
2. 2. 2正射影像的生成。1）像方DEM 的生成。像方DEM 是指在像方坐标系中建立的地形图规则格网。JX- 4C 摄影测量工作站是根据相对定向点、用户量测的特征点线, 再对影像进行相关匹配计算生成的。相关匹配参数非常重要, 否则会增加DEM 的量测工作量。格网
间距应根据成图比例尺来确定。像方DEM 生成后,必须进行检查编辑。此工作应反复进行, 直到格网点都紧贴于模型表面为止。可利用像方DEM 的生成离散点Pnt 文件用于物方DEM 的生成。
2）物方DEM的生成。利用Tin Dem 软件读入Pnt 文件, 进行构TIN , 然后生成物方DEM。
物方DEM的检查有3种方式: a.可调入D E M直接进行立体检查; b. 调入生成的单片正射影像, 观察有无异常之处, 如影像扭曲等; c.最好的方法是进行左右正射影像立体观察, 此时应为零立体。用以上方法检查物方DEM , 发现不符之处应重新编辑像方DEM 。
3) 单片正射影像生成。利用物方DEM 及定向所得到的像片方位元素对原始影像进行纠正, 可得到单片正射影像。像素采样方法有最临近像元法、双线性法、三次方卷积法。可采用三次方卷积法。
4) 正射影像的拼接。按图幅拼接单片正射影像。在生产中, 按内图廓外扩图上2cm 再取整来计算图幅范围。拼接后要求片与片之间的接边误差满足规范要求, 无明显拼接缝。
3结语
目前数字摄影测量的发展,主要还是围绕着利用航空摄影测量测绘地形图展开的,而对于数字近景(地面)摄影测量的研究甚少,数字近景摄影测量必将成为数字航空摄影测量发展的新领域,它将成为机器人视觉现场识别的主要解决手段,而对实时性、全自动源数据获取及仿真虚拟手段的研究将成为近景应用研究的主题。
关键词：航空摄影测量；数据处理；高程模型
Abstract: In this paper, the digital elevation model (DEM)technology and digital orthophoto map (DOM) are briefly described the production data.
Key words: aerial photographic measurement; data processing; elevation model
中图分类号：P25 文献标识码：文章编号:
引言：
在计算机科学技术、通信、信息技术、空间定位、航空遥感和航天遥感等高新技术快速发展的今天,根据航空数字影像, 在全数字摄影测量系统上利用摄影测量生成的DEM, 制作数字正射影像图(DOM),满足社会的各种需要或根据数字正射影像图实现GIS数据库的建立和更新及其所依据的数字高程模型可以成为构建空间数据框架的重要组成基础。
1数字高程模型( DEM )
数字高程模型( Digital Elevation Model, 缩写DEM)是一定范围内规则格网点的平面坐标( X , Y )及其高程(Z)的数据集, 它主要是描述区域地貌形态的空间分布, 是通过等高线或相似立体模型进行数据采集( 包括采样和量测) , 然后进行数据内插而形成的。DEM是对地貌形态的虚拟表示, 可派生出等高线、坡度图等信息, 也可与DOM 或其他专题数据叠加, 用于与地形相关的分析应用, 同时它本身还是制作DOM 的基础数据。
1.1空三加密
GPS辅助空三结算软件采用TC-AT自动空中三角测量软件处理系统，平差方法采用光速法区域网平差。空三加密所得到的每张影像的外方位元素将在绝对定向时用到，这部是数据处理中相当关键的一部，期处理精度将对DEM生产有很大的影响。
1.1.1严格按规范设计书的要求把握加密的定向精度、控制点的残差分布，对加密报告进行细致的分析研究，对构建的像点网的像片连接情况予以足够的关注，对于网形较弱的地方一定要加足加密点，增强像点网的强度，防止像点网的扭曲变形。
1.1.2对于空三加密输出的成果，一定要到相关软件的有关模块下进行检查，防止粗差的出现以及像点网的局部变形，以免做出错误分析和质量评定。
1.2向量测图及DEM生产
根据测区的地形特点采集特征点、线、面数据，应注意模型接边外特征数据的一致性，即地性线、断裂线、大型水域的水崖线的高程赋值必须相等。特别要保证航带高程数据的一致性。然后根据特征点、线，影像自动匹配生成DEM，如果测区地形较平坦，可以将DEM间隔设置为最终生成DEM的整数倍数，这样就可以减少DEM修测的工作量，又可以达到较理想的效果。在立体模型上进行DEM修测时，匹配点没有切准地面的地方要仔细编辑。对于湖泊、池塘、河流等一些表面水平的地方，可以通过“水域处理”功能来处理，此功能用于批量水域区域进行DEM的整体置平，这样在后期进行三维制作时才能将房子等建筑很好的与地面模型结合起来。
1.3DEM接边
由像对DEM拼接成图幅DEM的时候，要进行像对DEM的接边。规范规定：对接边处重叠区内同名点（X、Y坐标相等）DEM的高程差进行统计分析，2~3倍高程中误差的点所占比例不大于4%,大于3倍高程中误差应视为粗差。粗差点将会在立体上以不同的颜色表示出来，再利用DEM修测功能可对粗差点进行编辑，保存后再重新进行接边，循环往复，直到达到精度要求。除了像对接边，还需要进行相邻图幅的接边。在生产中图幅拼接时可采取多幅图拼“大块”再裁切，保证外阔重叠区内高程完全一致，这样可以减少接边误差的产生。
2数字正射影像图(DOM)数据生产
2. 1数字正射影像图( DOM, Digital Orthophoto Map ): 是对航空(或航天)像片进行数字微分纠正和镶嵌, 按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像。
数字正射影像( DOM)是数字化测绘“4D”产品的重要组成部分之一, 有着广阔应用前景的基础地理信息数据, 它不仅可用于对数字线划地图数据的更新, 提高数据的现势性, 加快地形图的更新速度,也可作为背景图直接应用于城市各种地理信息系统; 它广泛应用于城市规划、土地管理、环境分析、绿地调查、地籍测量等方面, 也可以與线划图、文字注记进行叠加形成影像地图, 丰富地图的形式, 增加地图的信息量; 利用数字正射影像与数字地面模型或者建筑结构模型可建立三维立体景观图, 丰富城市管理、规划的手段与方法。
该图的技术特征为: 数字正射影像, 地图分幅、投影、精度、坐标系统、与同比例尺地形图一致, 图像分辨率为输入大于400dpi; 输出大于250dpi。由于DOM是数字的, 在计算机上可局部开发放大, 具有良好的判读性能与量测性能和管理性能等, 如用农村土地发证, 指认宗界地界比并数字化其点位坐标、土地利用调查等等。DOM 可作为独立的背景层与地名注名, 图廓线公里格、公里格网及其他要素层复合, 制作各种专题图。
2. 2生产技术
2. 2. 1影像扫描与定向。影像扫描对DOM 的生产具有很重要的影响。首先必须确定扫描分辨率。当扫描分辨率过小时会导致成图精度的降低, 但扫描分辨率也不能太大, 以免影响测图速度。一般来说, 扫描分辨率是由成图比例、航测比例尺来计算。其次, 影像扫描要求反差适中, 影像清晰。
进入J X - 4C 摄影测量工作站进行定向与核线重排工作。定向为内定向、相对定向、绝对定向工作。其中相对定向采用自动方式。自动匹配点数越多,DEM 越精确。在实际作业中, 应使左右两片的灰度、反差相近来提高相关匹配的准确性, 故可用Pho –to Shop先对原始影像进行灰度处理。核线重排既减少了计算工作量, 又减少了数据量。核线重排分为最临近像元法、双线性法、三次方卷积法。根据实践采用双线性法为好。
2. 2. 2正射影像的生成。1）像方DEM 的生成。像方DEM 是指在像方坐标系中建立的地形图规则格网。JX- 4C 摄影测量工作站是根据相对定向点、用户量测的特征点线, 再对影像进行相关匹配计算生成的。相关匹配参数非常重要, 否则会增加DEM 的量测工作量。格网
间距应根据成图比例尺来确定。像方DEM 生成后,必须进行检查编辑。此工作应反复进行, 直到格网点都紧贴于模型表面为止。可利用像方DEM 的生成离散点Pnt 文件用于物方DEM 的生成。
2）物方DEM的生成。利用Tin Dem 软件读入Pnt 文件, 进行构TIN , 然后生成物方DEM。
物方DEM的检查有3种方式: a.可调入D E M直接进行立体检查; b. 调入生成的单片正射影像, 观察有无异常之处, 如影像扭曲等; c.最好的方法是进行左右正射影像立体观察, 此时应为零立体。用以上方法检查物方DEM , 发现不符之处应重新编辑像方DEM 。
3) 单片正射影像生成。利用物方DEM 及定向所得到的像片方位元素对原始影像进行纠正, 可得到单片正射影像。像素采样方法有最临近像元法、双线性法、三次方卷积法。可采用三次方卷积法。
4) 正射影像的拼接。按图幅拼接单片正射影像。在生产中, 按内图廓外扩图上2cm 再取整来计算图幅范围。拼接后要求片与片之间的接边误差满足规范要求, 无明显拼接缝。
3结语
目前数字摄影测量的发展,主要还是围绕着利用航空摄影测量测绘地形图展开的,而对于数字近景(地面)摄影测量的研究甚少,数字近景摄影测量必将成为数字航空摄影测量发展的新领域,它将成为机器人视觉现场识别的主要解决手段,而对实时性、全自动源数据获取及仿真虚拟手段的研究将成为近景应用研究的主题。