利用航片制作數字地面模型的方法探討

宋志偉 曹彥玲 李丹峰 楊全超

摘 要：數字地面模型（DTM）是對地面形態(tài)和屬性信息的數字表達，在工程設計中有廣泛的應用，本文著重敘述了利用航片制作DEM的方法。

關鍵詞：DEM 航測 模型

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0034-01

DTM模型（Digital Terrain Model）于50年代由MIT攝影測量實驗室提出，是用數字形式描述地形表面的模型。實質上這是對地面形態(tài)和屬性信息的數字表達。對于線路工程，由于線路設計對資料、數據要求有較高的精度，故需要使用大比例尺（一般為1∶500、1∶1000、1∶2000）地形圖，在現實工作中很少有機會能取得現有地圖，由于工程建設任務繁重，而工期要求往往很短；數字地面模型的數據點信息需要大量的實地采集數據，野外數據測量工作任務重。對于工作任務急，又要保證測圖的精度，傳統的測繪方法滿足不了，利用航空攝影測量來獲取數據點信息是一種非常實用且高效的方法。

1 DTM模型建立方法

1.1 創(chuàng)建立體模型

創(chuàng)建立體模型可以采用全野外控制點成果創(chuàng)建模型，也可采用自動空三加密創(chuàng)建模型，其操作方法都要通過3個步驟來實現，即內定向、相對定向和絕對定向。具體操作步驟有以下幾點。

（1）內定向：像片內定向第一次使用相機時，需要建模板，先大致調整四角框標位于顯示框內，然后調整框標至“+”十字標中間即可。

（2）相對定向：像片的相對定向是一個全自動的過程。但是在定向的過程中，經過會遇到影像不清或相鄰影像色差較大的模型，則采用自動找點或人工找點相結合的方法，使相對定向點均勻分布于整個模型，以滿足精度要求。

（3）絕對定向：航片的絕對定向是用外業(yè)數據將立體模型置平、糾偏的過程。在進行絕對定向時必須滿足限差要求。

1.2 DTM數據采集

制作數字地面模型的主要信息數據就是特征點和特征線，其中特征線是表示地貌特征的主要結構線；特征點是特征線的輔助表示形式。采集方式應遵循真實反映實際地形，在地形變化處采集。

在制作數字地面模型的過程中，特征線的位置、密度選擇恰當與否直接決定DTM精度，特征線應盡量選在地形變化處，如陡坎上、下邊緣，山脊、山溝等處，采集時對于坎上下邊緣線必須成對出現，如遇公路，則公路路基邊緣線、坡口、坡腳線均應表示。而特征點應考慮選在平緩地帶及地形的變換處，諸如山頭、鞍部、凹地、山脊、山谷等。數據點間的距離就應以地表面形態(tài)和對數字地面模型的精度要求為依據。數據點布置太稀，導致建立起的數字地面模型與實地地形起伏存在較大的差異。數據點布置過密，將會增加數據點取樣的工作量。采樣點的密度按下列公式進行計算：

采樣點平均間距：

D=

式中：D為采樣點平均間距，m；

A為采樣面積，m2；

n為采樣點數。

采樣點平均密度或間距應符合以下規(guī)定。（見表1）

在數據采集作業(yè)中應遵循以下原則。

（1）地形變換及山脊、山谷處必須測繪特征線，應嚴格切準地面，植被比較厚的地方應仔細辯別地形的變化，不可忽高忽低。

（2）數據點采樣應適應地形變化均勻取點，不同地形交界處的點位密度應由稀到密或由密到稀，逐漸過渡。

（3）沿地形特征線采集數據時，應加密采樣間隔，注意按地形變化取點，不得遺漏變坡點和地形特征點。

（4）按不同比例尺的要求，所有坎應全部采集，如遇公路、鐵路等路堤、路塹均以采集，對于坡度均勻的斜坡中間不用采集多余的數據點。

（5）遇到溝渠、湖泊及池塘時，按圖式要求，小于其寬度的用單線表示，大于其寬度的用雙線并量測邊上、下邊沿線。

（6）遇橋時，比較小的橋可以按路面進行采集，大的橋應在橋中央采集一個單點，高程點應是水面的高程，不能是橋墩面的高程。橋面要閉合表示，橋下面必須測有相應的河流線穿過。涵洞的采集與橋大致相同。

（7）采集的特征線不能相交，不能閉合。

1.3 DTM數據處理

DTM數據處理一般包括數據格式的轉換、坐標系統的變換等，其處理要根據設計要求進行數據處理。最常用的就是數據格式的轉換。在VirtuoZoNT中首先把采集的特征線及特征點最終歸屬為兩層，一層為點文件層；另一層為線文件層；然后導出文本文件*.Vvt格式，最后用DTM數據轉換程序轉換成存在于兩種類型的文件格式，一類是點文件*.ASC格式；另一類為線文件*.POL格式。

2 結語

野外地面點位數據采集的過程也是最終成果的檢驗過程，特征點、特征線的采集直接影響到DTM數據的精度，只有正確掌握數據采集方法，才能真實地反映出實際地形的變化，制作出高精度的數字地面模型。

數字地面模型的應用非常廣泛，在測繪中可用于繪制等高線及坡度、面積、體積等數據的獲取，在公路勘察設計領域的應用中，DTM可自動完成對地面信息的數值計算和圖形處理，包括任意點高程計算、縱橫斷面計算與繪圖、體積計算、地形圖、地貌透視圖、路線帶狀平面圖繪制、正射影像圖制作等。

參考文獻

[1] 交通部第二公路勘察設計院[S].1版.公路攝影測量規(guī)范（JTJ065-97）人民交通出版社，1999，6.

[2] 王國明，呂德風，吳淑清.基于Virtuozo數字攝影測量系統的正射影像制作[J].測繪工程，2000（4）.