基于VirtuoZo NT系統(tǒng)制作DEM方法的研究

李敬園

(新疆電力設(shè)計(jì)院，新疆烏魯木齊 830000)

1 引言

隨著社會(huì)發(fā)展建設(shè)的需要，數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)已成為國(guó)家基礎(chǔ)數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品之一，已被廣泛用于城市規(guī)劃與建設(shè)之中。本文從DEM數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、DEM精度檢核幾個(gè)方面出發(fā)，通過(guò)利用原始資料和改進(jìn)作業(yè)方法，來(lái)制作高精度的DEM。

2 數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的采集

數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)源很多，主要有外業(yè)數(shù)字化和內(nèi)業(yè)矢量?jī)煞N。兩者各有利弊，保證了精度降低了效率;效率提高但精度又難保證。分析兩種作業(yè)方法，采用矢量地形圖提取特征點(diǎn)線，來(lái)制作特征母線文件，作為數(shù)字高程模型的初始值，來(lái)制作DEM。通過(guò)航空攝影影像建立立體影像，來(lái)檢查DEM是否與地面地貌吻合。當(dāng)DEM與地形不吻合時(shí)，通過(guò)立體模式下添加特征點(diǎn)線來(lái)控制DEM的精度。

對(duì)于數(shù)字線劃圖特征文件要轉(zhuǎn)換成為VirtuoZo NT所需要的格式，對(duì)特征文件提取的原則為:

(1)將所有特征線換成多點(diǎn)折線Lwpline。

(2)保留能反映地貌的特征點(diǎn)、線;如高程點(diǎn)，等高線，道路，水系，地界等。

(3)刪除地物符號(hào)和字符信息所在的圖層。

編輯好的特征點(diǎn)線文件，放到VirtuoZo NT系統(tǒng)DEM Maker能夠識(shí)別的11 000圖層中。

由于原始資料的欠缺或地形的改變，在立體模式下采集特征點(diǎn)線，來(lái)完善DEM。在VirtuoZo NT系統(tǒng)中DEM Maker是一個(gè)交互式編輯的模塊，在特征文件與立體模式對(duì)DEM編輯中要注意:

(1)特征線全部為3D線。

(2)特征線應(yīng)嚴(yán)格切準(zhǔn)地面，并保證足夠的數(shù)量。

(3)特征線應(yīng)保持連續(xù)(如大山的整個(gè)山脊線、山谷線等)。

(4)特征線之間不應(yīng)相交。

特征點(diǎn)線的選取:

(1)已進(jìn)行過(guò)數(shù)字線劃地圖DLG量測(cè)，則可直接引用等高線、高程點(diǎn)、陡坎、水系、道路等有地表高程信息的要素。

(2)特征點(diǎn):山頂、凹地、鞍部等地形特征點(diǎn);

(3)特征線:反映地形變化的山脊線、溝谷線、斷裂線、坡腳線等。

通過(guò)對(duì)特征母線文件的制作和立體模式添加特征數(shù)據(jù)，數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的采集基本上就做好了，其基本流程如圖1所示。

圖1 特征母線文件制作流程

3 數(shù)字高程模型表面建模

VirtuoZo NT中運(yùn)行DEM Maker模塊，通過(guò)引入所建的特征文件.Dxf文件。運(yùn)用這些特征點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行數(shù)字高程模型表面建模，由于VirtuoZo NT系統(tǒng)DEM Maker模塊可以在立體模型下對(duì)特征文件進(jìn)行編輯生成DEM，所以在表面建模中要注意，整體建模和局部建模統(tǒng)一。

圖2 DEM數(shù)字高程模型建立

在VirtuoZo NT中，在立體模式下通過(guò)佩戴紅綠眼鏡來(lái)觀測(cè)所建立的模型與實(shí)際地形的擬合程度，對(duì)于沒有貼近地面的格網(wǎng)，要通過(guò)添加特征點(diǎn)和特征線，然后通過(guò)局部建模運(yùn)算(添加特征點(diǎn)線后再選中這個(gè)區(qū)域從新建立TIN)使數(shù)字高程格網(wǎng)與實(shí)際地表吻合。當(dāng)所有格網(wǎng)檢查與地貌吻合后就可以導(dǎo)出DEM數(shù)字高程模型。

4 DEM精度檢驗(yàn)

由于采用數(shù)字線劃圖和立體模式下立體量測(cè)生成DEM，所以在質(zhì)量控制上要從線劃圖開始，在立體模型下剔除粗差特征點(diǎn)所引起的拉傷和扭曲的變形點(diǎn)，通過(guò)在立體模型下添加模型點(diǎn)來(lái)糾正DEM。在制作好的DEM中通過(guò)三維模型下和等高線疊加的方法來(lái)檢測(cè)DEM精度。

4.1 三維可視化的粗差檢測(cè)與剔除

與隨機(jī)噪音相比，粗差對(duì)數(shù)字高程數(shù)據(jù)所反映的空間變化的扭曲更為嚴(yán)重。在有些情況下，粗差的存在會(huì)導(dǎo)致DEM及產(chǎn)品嚴(yán)重失真甚至完全不能接受。因此，通過(guò)DEM與正射影像疊加建立三維模型，通過(guò)建立的三維模型查找到拉傷、扭曲的影像，在此區(qū)域內(nèi)通過(guò)立體模型下剔除粗差，通過(guò)添加特征點(diǎn)達(dá)到精化DEM目的。這樣便可以快速準(zhǔn)確地判斷出異常點(diǎn)。

4.2 引入影像交互式檢測(cè)

利用采集的特征點(diǎn)、特征線和特征面作為初值，直接構(gòu)建TIN，生成格網(wǎng)DEM。在立體模式下漫游檢查DEM點(diǎn)與每個(gè)模型的吻合情況，對(duì)DEM點(diǎn)與模型不吻合的區(qū)域增加特征點(diǎn)、特征線和特征面，然后重新內(nèi)插計(jì)算，使每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)都貼近地表。與影像地面達(dá)到最好的吻合。交互式檢測(cè)的方法有:

(1)特征匹配:由特征點(diǎn)、線通過(guò)構(gòu)建TIN生成DEM。通過(guò)對(duì)TIN或DEM的立體漫游檢查來(lái)達(dá)到控制編輯質(zhì)量的目的。如圖3:人工立體觀測(cè)檢查匹配點(diǎn)或等視差曲線是否都切準(zhǔn)地面立體模型，否則應(yīng)進(jìn)行立體編輯，包括重新定向與匹配、點(diǎn)編輯、面編輯等方法。

圖3 立體漫游檢查DEM

(2)由生成的數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像DOM制作三維立體模型，通過(guò)引入等高線與三維立體模型疊加來(lái)檢查數(shù)字高程模型的逼近程度，如圖4所示。

圖4 等高線引入檢查DOM

(3)特征匹配+影像匹配:借助特征點(diǎn)、線自動(dòng)匹配生成DEM來(lái)生成正射影像，通過(guò)正射影像是否變形來(lái)檢查DEM的精度，如果DEM與實(shí)際地形不符合，將出現(xiàn)影像的扭曲現(xiàn)象，如圖5所示。

圖5 由于DEM引起DOM變形

圖6 糾正后的DEM所做DOM

在影像匹配過(guò)程中要充分利用影像特征點(diǎn)線，通過(guò)影像特征點(diǎn)線和立體模型來(lái)檢查生成的DEM與影像地面的吻合情況，通過(guò)立體模型來(lái)加測(cè)特征線和檢查特征母線文件。從而提高DEM的質(zhì)量。

5 結(jié)論

在VirtuoZo NT系統(tǒng)中制作DEM，通過(guò)特征文件的進(jìn)入，進(jìn)行內(nèi)插建模，生產(chǎn)數(shù)字高程模型。在立體影像下，通過(guò)立體模型立體漫游等方式對(duì)生成的DEM進(jìn)行檢查，看生成的DEM是否與地面吻合，從而制作出高精度的數(shù)字高程模型，為國(guó)家建設(shè)服務(wù)。

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