DOM 與真實三維地形的數據融合研究

■龍 熊 ■中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014

1 課題研究意義

隨著GIS 理論和計算機圖形學的飛速發展，三維GIS 的可視化已經成為當前的一個熱點，數字水電也成為我們行業應用的一個重要領域。如何利用已有的大量的二維數據，并在這些數據的基礎上實現三維景觀可視化就具有十分重要的現實意義。

數字正射影像圖(DOM)和數字地面高程模型(DEM)是基礎地理空間信息產品的核心，對社會發展起著重要作用。作為單一的地理空間產品，它們有著各自的特點，如DEM 可轉換為等高線圖、透視圖、斷面圖、地貌暈渲以及專題圖等各種圖解產品，或者按照用戶的需求計算出體積、空間距離、表面覆蓋面積等工程數據和統計數據;DOM 具有精度高、信息豐富、直觀真實、獲取快捷等優點，可作為背景控制信息，評價其它數據的精度、現實性和完整性，還可從中提取和派生新的信息，實現地圖的修測更新。將這兩種地理空間數據疊加在一起生成虛擬場景，使得相關的屬性信息在地表模型上體現出來，可以進行動態三維演示、空間查詢、相關分析與設計，這種技術正成為一種新的行業需求。

本次課題嘗試將正射影像數據與地面高程數據疊加生成影像紋理立體地形圖，可以讓我們更加了解影像中的模式及其關聯到地球表面形狀的方式，更加簡單、直觀、方便地同時瀏覽地面的影像信息和平面與高程坐標。

2 數據準備

2.1 二維地形圖

本次實驗采用某料場1:2000 地形數據。由于后面成TIN 文件的要求，我們需要對地形圖的中等高線進行連接處理，將被陡坎、道路、居民地等地物斷開的同一高程的等高線一一連起來，以減少后面修改TIN 的工作量。

2.2 衛星影像圖

衛星圖像的獲取有多種途徑，需要分辨率較高的圖像可以通過購買“quick bird”等衛星影像獲取，如果對清晰度以及現勢度要求不高的話，則可以通過公共資源獲取，目前最容易的途徑是通過Google Earth軟件獲取，Google Earth 上的衛星圖片是以21 級金字塔的形式存儲的，每一幀正射影像圖為一個文件，級別越高清晰度越高，文件也越大，不同級別和經緯度的圖像對應的IP 地址不同，我們可以通過對所需要的圖像范圍的經緯度進行和清晰度級別進行分析，從Google Earth 服務器上去獲取這些圖像，再對這些圖像進行接邊融合等處理，獲得需要的衛星影像圖。現在也有很多軟件可以自動進行這些圖片的獲取和處理，如本次課題研究通過使用“水經注Google 衛星影像獲取器”這一軟件獲取到了對應區域的衛星影像圖。

3 數據處理

3.1 衛星影像糾正

實現DOM 和DEM 的融合，必須建立兩者的對應關系，而原理是利用衛星影像和三維地形的平面坐標一一對應，將三維地形中每一個點的高程信息賦予相應的影像上的點，因此需要將衛星影像數據統一到地形數據的坐標系統中來。我們通過選取特征點對影像進行糾正來將兩者匹配，糾正工具采用Global Mapper 軟件。

打開Global Mapper，點擊菜單“文件”-“矯正影像”，選擇需要矯正的影像。

點擊“選擇投影”，設置工程坐標系的投影信息。

設置好投影后，我們在原始圖像上選擇能準確識別的控制點，通過鼠標點擊控制點獲得它們的準確像素坐標，在X、Y 欄輸入控制點在工程坐標系中的坐標。一般在圖像的四角以及中心位置均需選擇控制點，控制點應均勻分布。所有的控制點選擇完成后，點擊確定即可完成影像糾正。

糾正后的影像通過菜單“文件”-“輸出柵格和高程數據”-“Geo-TIFF”格式文件，設置各項圖像信息后，即可輸出糾正后帶有坐標信息的影像。

3.2 生成DEM(TIN)

DEM(數字高程模型)，是一種對空間起伏變化的連續表示方法，可派生出等高線、坡度圖等信息，也可與DOM 或其它專題數據疊加，用于與地形相關的分析應用，同時它本身還是制作DOM 的基礎數據。它有GRID(格網)和TIN(不規則三角網)兩種不同的表達方式，通常所說的DEM 即指格網DEM 和不規則三角網DEM，地形分析也基于此。本次課題使用的是不規則三角網DEM 的方式。

在MicroStation 里打開二維等高線圖形文件，調出GEOPAK 模塊，激活“Survey”中的“DTM Tools”。GeoTerrain 的各項功能都可通過這些工具得以實現。以下將介紹構TIN 的詳細過程。

(1)提取DTM 信息。首先從等高線圖形文件中提取信息，點擊“Extract Graphics”，特征設置為“Feature:Counter”，框選圖中所有等高線后單擊“Apply”，計算機將提取所有等高線信息并將其寫入dat 文件中。(2)建立三角網文件。點擊“Build Triangles”，將“Dissolve Option”設置為“sliver”自動去除過于細長的三角形，設置好存放位置后單擊“Process”，計算機將生成一個tin 文件。(3)裝載DTM 特征。點擊“Load DTM Feature”，將“Load File”選項設為TIN，選擇tin 文件。將三角網顯示屬性設為“ON”，單擊“Load”，三角網在文件中顯示出來。如若想查看等高線也可將等高線顯示屬性設為“ON”。

三角網可以通過不同的方式查看，如若有不合理的地方，可點擊“Edit Triangles”進行編輯修改。編輯后的三角網用“Smooth”方式顯示效果如圖3 -1 所示。

圖3-1

4 實現DOM 和DEM 的融合

數據準備處理完畢后，即可在MicroStation 里將數字正射影像地形圖作為紋理賦給三維地面模型，生成三維景觀地形圖以供演示、分析等使用。

打開MicroStation，load 上一步中生成的TIN 文件后，點擊“Primary Tools”-“Raster Manager”(光柵管理)-“attach Raster”(關聯光柵圖像)，選擇糾正后的衛星影像圖，將“Open Settings Dialog”前的勾去掉，打開圖片。

這樣影像圖就加載進來了，默認它的高程值為0。在光柵圖像管理欄下列出了關聯的圖片，在“description”上點右鍵將“draping(覆蓋)”這一項勾上。

接下來將圖片貼到三維地形上去。點擊“Visualization”(可視化)里的“Define Materials”(定義材質)，點“Open Palette”，找到“dcdrape.pal”，雙擊加載進來，再點“Assign material”(指定材質)，將“Table”設置為空，“Palette”和“Material”設為“dcdrape”。

選中圖中的TIN后，在“ViewDisplayModel”里選“Smooth”模式查看，便可看到融合的效果如圖4 -1。

5 問題與展望

此次課題開展的深度還有待進一步挖掘，比如此次課題只對一小塊數據進行了實驗，而在實際應用中，通常需要按區域使用，而不是以小幅的、軟件一次能處理的最大數據量為單位，因此就需要對每幅分幅數據進行裁剪和拼接，以滿足多種需要，在這一問題上我們還有待繼續研究。

圖4-1

［1］GeoTerrain 操作培訓教程.

［2］解智強，王貴武.一種DOM 和DEM 融合技術的山脈水系地圖編制研究［J］.測繪科學，2011(1):207 -209.

［3］蔣欣，陳鷹.DOM 與DEM 數據的管理和三維可視化［J］.測繪科學，2002(9):40 -44.