利用航片制作數(shù)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(shù)字地面模型（DTM）是對地面形態(tài)和屬性信息的數(shù)字表達(dá)，在工程設(shè)計(jì)中有廣泛的應(yīng)用，本文著重?cái)⑹隽死煤狡谱鱀EM的方法。

關(guān)鍵詞：DEM 航測 模型

中圖分類號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（a）-0034-01

DTM模型（Digital Terrain Model）于50年代由MIT攝影測量實(shí)驗(yàn)室提出，是用數(shù)字形式描述地形表面的模型。實(shí)質(zhì)上這是對地面形態(tài)和屬性信息的數(shù)字表達(dá)。對于線路工程，由于線路設(shè)計(jì)對資料、數(shù)據(jù)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(xiàn)實(shí)工作中很少有機(jī)會(huì)能取得現(xiàn)有地圖，由于工程建設(shè)任務(wù)繁重，而工期要求往往很短；數(shù)字地面模型的數(shù)據(jù)點(diǎn)信息需要大量的實(shí)地采集數(shù)據(jù)，野外數(shù)據(jù)測量工作任務(wù)重。對于工作任務(wù)急，又要保證測圖的精度，傳統(tǒng)的測繪方法滿足不了，利用航空攝影測量來獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)信息是一種非常實(shí)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(diǎn)成果創(chuàng)建模型，也可采用自動(dòng)空三加密創(chuàng)建模型，其操作方法都要通過3個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)，即內(nèi)定向、相對定向和絕對定向。具體操作步驟有以下幾點(diǎn)。

（1）內(nèi)定向：像片內(nèi)定向第一次使用相機(jī)時(shí)，需要建模板，先大致調(diào)整四角框標(biāo)位于顯示框內(nèi)，然后調(diào)整框標(biāo)至“+”十字標(biāo)中間即可。

（2）相對定向：像片的相對定向是一個(gè)全自動(dòng)的過程。但是在定向的過程中，經(jīng)過會(huì)遇到影像不清或相鄰影像色差較大的模型，則采用自動(dòng)找點(diǎn)或人工找點(diǎn)相結(jié)合的方法，使相對定向點(diǎn)均勻分布于整個(gè)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(shù)據(jù)將立體模型置平、糾偏的過程。在進(jìn)行絕對定向時(shí)必須滿足限差要求。

1.2 DTM數(shù)據(jù)采集

制作數(shù)字地面模型的主要信息數(shù)據(jù)就是特征點(diǎn)和特征線，其中特征線是表示地貌特征的主要結(jié)構(gòu)線；特征點(diǎn)是特征線的輔助表示形式。采集方式應(yīng)遵循真實(shí)反映實(shí)際地形，在地形變化處采集。

在制作數(shù)字地面模型的過程中，特征線的位置、密度選擇恰當(dāng)與否直接決定DTM精度，特征線應(yīng)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(shí)對于坎上下邊緣線必須成對出現(xiàn)，如遇公路，則公路路基邊緣線、坡口、坡腳線均應(yīng)表示。而特征點(diǎn)應(yīng)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(shù)據(jù)點(diǎn)間的距離就應(yīng)以地表面形態(tài)和對數(shù)字地面模型的精度要求為依據(jù)。數(shù)據(jù)點(diǎn)布置太稀，導(dǎo)致建立起的數(shù)字地面模型與實(shí)地地形起伏存在較大的差異。數(shù)據(jù)點(diǎn)布置過密，將會(huì)增加數(shù)據(jù)點(diǎn)取樣的工作量。采樣點(diǎn)的密度按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

采樣點(diǎn)平均間距：

D=

式中：D為采樣點(diǎn)平均間距，m；

A為采樣面積，m2；

n為采樣點(diǎn)數(shù)。

采樣點(diǎn)平均密度或間距應(yīng)符合以下規(guī)定。（見表1）

在數(shù)據(jù)采集作業(yè)中應(yīng)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(yīng)嚴(yán)格切準(zhǔn)地面，植被比較厚的地方應(yīng)仔細(xì)辯別地形的變化，不可忽高忽低。

（2）數(shù)據(jù)點(diǎn)采樣應(yīng)適應(yīng)地形變化均勻取點(diǎn)，不同地形交界處的點(diǎn)位密度應(yīng)由稀到密或由密到稀，逐漸過渡。

（3）沿地形特征線采集數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)加密采樣間隔，注意按地形變化取點(diǎn)，不得遺漏變坡點(diǎn)和地形特征點(diǎn)。

（4）按不同比例尺的要求，所有坎應(yīng)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(shù)據(jù)點(diǎn)。

（5）遇到溝渠、湖泊及池塘?xí)r，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(shí)，比較小的橋可以按路面進(jìn)行采集，大的橋應(yīng)在橋中央采集一個(gè)單點(diǎn)，高程點(diǎn)應(yīng)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(yīng)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(shù)據(jù)處理

DTM數(shù)據(jù)處理一般包括數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)系統(tǒng)的變換等，其處理要根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。最常用的就是數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。在VirtuoZoNT中首先把采集的特征線及特征點(diǎn)最終歸屬為兩層，一層為點(diǎn)文件層；另一層為線文件層；然后導(dǎo)出文本文件*.Vvt格式，最后用DTM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換成存在于兩種類型的文件格式，一類是點(diǎn)文件*.ASC格式；另一類為線文件*.POL格式。

2 結(jié)語

野外地面點(diǎn)位數(shù)據(jù)采集的過程也是最終成果的檢驗(yàn)過程，特征點(diǎn)、特征線的采集直接影響到DTM數(shù)據(jù)的精度，只有正確掌握數(shù)據(jù)采集方法，才能真實(shí)地反映出實(shí)際地形的變化，制作出高精度的數(shù)字地面模型。

數(shù)字地面模型的應(yīng)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(shù)據(jù)的獲取，在公路勘察設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用中，DTM可自動(dòng)完成對地面信息的數(shù)值計(jì)算和圖形處理，包括任意點(diǎn)高程計(jì)算、縱橫斷面計(jì)算與繪圖、體積計(jì)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(xiàn)

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