利用LiDAR成果生產(chǎn)數(shù)字線劃圖的簡(jiǎn)易方法

倪少華

(秦皇島市城市規(guī)劃管理信息中心，河北秦皇島 066001)

利用LiDAR成果生產(chǎn)數(shù)字線劃圖的簡(jiǎn)易方法

倪少華?

(秦皇島市城市規(guī)劃管理信息中心，河北秦皇島 066001)

提出一種利用LiDAR成果生產(chǎn)數(shù)字線劃圖的簡(jiǎn)易方法，實(shí)現(xiàn)了大比例尺地形圖的快速更新與維護(hù)。

LiDAR；DOM；DEM；DLG

1 概述及利用的LiDAR成果

1.1 概述

本文論述利用LiDAR技術(shù)航測(cè)的1∶2 000比例尺DOM、DEM成果，生產(chǎn)1∶5 000數(shù)字線劃圖的簡(jiǎn)易方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市基本地形圖的快速更新和動(dòng)態(tài)維護(hù)，為國(guó)土資源調(diào)查、城市規(guī)劃提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

利用LiDAR技術(shù)的成果，DOM及DEM生產(chǎn)數(shù)字線劃圖(DLG)有三種方法，分別是三角模型法、立體模型法和平面模型法，前兩種方法都需要全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)工作站，所需投入的設(shè)備昂貴，不利于一般生產(chǎn)單位的推廣。平面模型法，不是利用立體像對(duì)的思路，而是完全在二維的環(huán)境下完成數(shù)字線劃圖的生產(chǎn)，方法簡(jiǎn)便，一般的生產(chǎn)單位都可以滿足要求，但其在高程處理方面存在不足，從而增加了外業(yè)的工作量，不適合大面積數(shù)字線劃圖的生產(chǎn)。如何利用平面模型法快速更新地形圖，又能解決其在高程處理方面的不足，這是須要研究的課題。本文對(duì)此提出一種簡(jiǎn)便的解決方法，其基本思想是首先在廣州開思軟件平臺(tái)上，插入正射影像圖，通過比較、判讀，在正射影像圖上進(jìn)行跟蹤矢量化，快速獲取居民地、道路、橋梁等核心要素；再通過ArcGIS軟件對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，快速完成數(shù)字線劃圖的制作。

1.2 利用的LiDAR成果

LiDAR即Light Detection And Ranging，也叫機(jī)載激光雷達(dá)，是一種安裝在飛機(jī)上的機(jī)載激光探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)，通過量測(cè)地面物體的三維坐標(biāo)，生成LiDAR數(shù)據(jù)影像。LiDAR數(shù)據(jù)經(jīng)過相關(guān)軟件數(shù)據(jù)處理后，可以生成高精度的數(shù)字高程模型DEM、正射影像圖(DOM)等數(shù)據(jù)。本文作業(yè)采用1∶2 000比例尺數(shù)字正射影像圖(DOM)和數(shù)字高程模型(DEM)，影像分辨率0.3 m，有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下:

(1)攝影比例尺1∶33 400(彩色數(shù)碼)；成圖比例尺1∶2 000；

(2)焦距55 mm、相對(duì)航高1 840 m、絕對(duì)航高1 860 m；

(3)遙感設(shè)備:機(jī)載激光探測(cè)系統(tǒng)；

(4)圖幅分幅:50 cm×50 cm正方形分幅；

(5)坐標(biāo)系統(tǒng):1954年北京坐標(biāo)系，3°帶高斯投影；

(6)高程基準(zhǔn):1985國(guó)家高程基準(zhǔn)；

(7)數(shù)據(jù)格式:DOM為TIF，DEM為GRID；

(8)平臺(tái)軟件:DEM、DOM管理軟件為ArcGIS 9.1；

(9)DOM、DEM數(shù)學(xué)精度:

①平面精度:圖上地物點(diǎn)相對(duì)于鄰近平面控制點(diǎn)的平面位置中誤差≤0.5 mm(圖上)，鄰近地物點(diǎn)間距中誤差≤0.4 mm(圖上)；

②DEM高程精度與表1DLG等高線插求點(diǎn)的高程精度相同。

DEM高程精度表 表1

(10)DEM、DOM成果已通過測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)監(jiān)督站驗(yàn)收，精度達(dá)到上款設(shè)計(jì)要求。

2 技術(shù)路線及作業(yè)流程

2.1 作業(yè)技術(shù)路線

本文采用LiDAR技術(shù)航測(cè)的1∶2 000比例尺DOM、DEM成果，通過對(duì)DOM數(shù)字化，DEM得出地面高程，結(jié)合外業(yè)調(diào)繪和地形地物修補(bǔ)測(cè)、縮編、擴(kuò)編，測(cè)制1∶5 000比例尺數(shù)字地形圖的技術(shù)方法。運(yùn)用“先內(nèi)業(yè)、后外業(yè)、再內(nèi)業(yè)”的技術(shù)流程，在內(nèi)業(yè)數(shù)字化采集DOM地物及地貌要素和DEM高程點(diǎn)的基礎(chǔ)上，由外業(yè)對(duì)地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的修補(bǔ)測(cè)和屬性調(diào)繪，再由內(nèi)業(yè)完成數(shù)據(jù)編輯和信息化處理工作。它分以下七個(gè)工作步驟:

(1)疊加DOM進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

(2)利用DEM生成高程點(diǎn)；

(3)將高程點(diǎn)與采集的線劃圖套合、出圖；

(4)外業(yè)調(diào)繪、接邊、檢查；

(5)內(nèi)業(yè)參照外業(yè)調(diào)繪的工作底圖進(jìn)行編輯、修改、接邊檢查；

(6)質(zhì)檢檢查；

(7)修改、成果整理上交。

2.2 作業(yè)流程

本次作業(yè)流程圖如圖1所示。

圖1 利用DOM、DEM生成DLG流程圖

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 DOM疊加與數(shù)據(jù)采集

本例中的正射影像數(shù)據(jù)(DOM)由兩個(gè)文件組成，分別為?.TIFF和?.TFW。

?.TFW為配有地理定位信息的影像頭文件，其格式如下:

說明:

(1)0.3表示影像地面分辨率

(2)61980.050，29019.850為該幅影像的左上角坐標(biāo)(X、Y坐標(biāo)均去掉大數(shù))

操作步驟如下:

(1)在開思軟件中展繪控制點(diǎn)(61980.050， 29019.850)；

(2)做長(zhǎng)度為1 040 m的正方形框，其左上角位于控制點(diǎn)上，1 040 m為一幅影像圖的幅寬，本例中影像數(shù)據(jù)的重疊帶寬度為20 m；

(3)在開思軟件中插入影像數(shù)據(jù)文件(?.TIFF)，固定插入點(diǎn)和比例，以正方形框的大小為限，如圖2所示。

圖2 本文所利用的1∶2 000正射影像圖

(4)在開思軟件中選擇相應(yīng)的圖示符號(hào)進(jìn)行屏幕矢量化操作，如圖3所示。

圖3 利用DOM數(shù)據(jù)進(jìn)行屏幕矢量化操作

地物地貌采集及表示方法和原則參照1∶5 000地形圖相關(guān)規(guī)范及技術(shù)設(shè)計(jì)書的要求。

3.2 利用DEM生成高程點(diǎn)

本例的DEM數(shù)據(jù)為ArcGIS數(shù)據(jù)文件，文件格式為?.daf，為標(biāo)準(zhǔn)的2.5 m間隔的規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為柵格數(shù)據(jù)。如何將其轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)格式，是關(guān)鍵技術(shù)。本文利用ArcGIS軟件的ArcToolbox工具進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

(1)首先通過ArcToolbox工具將DEM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成文本文件，轉(zhuǎn)換后文件格式如下:

(2)利用編寫的VB程序?qū)⑽谋靖袷降臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成開思軟件支持的高程展點(diǎn)文件格式，編程思路如下:通過對(duì)文本文件的數(shù)據(jù)分析可知，其由400行×400列的格網(wǎng)數(shù)據(jù)組成，數(shù)據(jù)間隔為2.5 m，數(shù)據(jù)項(xiàng)為高程點(diǎn)數(shù)據(jù)。因?yàn)樽笊辖亲鴺?biāo)已知，因此，第一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為(66000.000，24000.000)，高程為24.99，第二個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為(66002.500，24002.500)，高程為24.98，以此類推，利用VB程序?qū)⒚恳粋€(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)的高程提取出來，轉(zhuǎn)換成開思軟件所支持的高程展點(diǎn)文件，格式如下:

(3)在開思軟件中展繪高程點(diǎn)，結(jié)果如圖4所示。

為驗(yàn)證此方法的可行性，在1∶2 000 DEM區(qū)域，對(duì)利用ArcGIS軟件提取的高程進(jìn)行外業(yè)檢測(cè)，同名點(diǎn)的比較如表2所示。

圖4 利用DEM提取的高程數(shù)據(jù)展點(diǎn)圖

利用DEM提取的高程與外業(yè)實(shí)測(cè)的同名高程點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)表 表2

高程中誤差m＝sqrt{[(0.032＋0.142＋0.152＋0.052＋0.132＋(－0.13)2＋0.072＋(－0.04)2＋0.082＋0.12)]/10}＝±0.1 m，完全滿足1∶5 000地形圖的精度要求，所以可直接利用DEM進(jìn)行高程的提取。

將編輯完成的平面圖形與高程數(shù)據(jù)疊加編輯，由外業(yè)對(duì)地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的修補(bǔ)測(cè)和屬性調(diào)繪，再由內(nèi)業(yè)完成數(shù)據(jù)編輯和信息化處理工作，完成數(shù)字線劃圖的生產(chǎn)。

4 結(jié) 論

通過利用本文所介紹的方法生產(chǎn)了某市沿海區(qū)域500 km2的1∶5 000地形圖，精度經(jīng)檢測(cè)滿足1∶5 000地形圖精度要求。說明本文所論述的方法是可行的，可進(jìn)行大面積的生產(chǎn)。

機(jī)載LiDAR技術(shù)的發(fā)展為獲取高時(shí)空分辨率的地球空間信息提供了全新的技術(shù)手段，使人們從傳統(tǒng)的單點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取變?yōu)檫B續(xù)自動(dòng)數(shù)據(jù)獲取，提高了觀測(cè)的精度和速度，能夠快速地獲取精確的高分辨率的數(shù)字地面模型、數(shù)字高程模型、正射影像圖等數(shù)據(jù)。本文論述了利用Li-DAR技術(shù)的DOM及DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)數(shù)字線劃圖的簡(jiǎn)易方法，大大提高了DOM及DEM數(shù)據(jù)的利用率，可實(shí)現(xiàn)對(duì)城市大比例尺地形圖的快速更新，可供各生產(chǎn)單位借鑒，同時(shí)也為大面積更新大比例尺地形圖提供了新的思路，進(jìn)一步發(fā)揮了機(jī)載LiDAR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

[1] 張治國(guó).ArcGIS簡(jiǎn)明教程[M].北京:科學(xué)出版社，2006

[2] 李志林，朱慶.數(shù)字高程模型[M].武漢:武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，2000

The Simple Method of Producte DLG by Results Using LiDAR

Ni ShaoHua
(Qinhuangdao Urban Planning＆Management information Center，Qinhuangdao 066001，China)

This article presents the simple method of producte DLG by Results using LiDAR，achieve large scale topographic map of the rapid update and maintenance.

LiDAR；DOM；DEM；DLG

1672－8262(2011)02－109－03

P237

B

2010—08—05

倪少華(1979—)，男，工程師，主要從事城市測(cè)量及基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)工作。