数字摄影测量生产数字高程模型(DEM)的质量控制

　　摘要：数字摄影测量生产数字高程模型(DEM)是获得高精度的数字高程模型的重要手段。DEM质量控制的核心是控制DEM的生产过程和数据生产的汇总，高精度DEM数据的生产是各种工程应用的可靠的保证。本文结合盖州到庄河50公里长的施测，就1：2000高速公路DEM的实际地形情况，浅析了影响DEM精度的几个因素及DEM质量控制。
　　关键词：DEM，等高线，特征点，精度，质量控制
　　一、引言
　　数字高程模型(DEM)根据不同的设备和精度要求可以用不同的方法来生成通常有全数字摄影测量方法、交互式、数字摄影测量的方法、解析摄影测量方法及扫描矢量化等高线方法采集数据，并内插生成DEM扫描矢量化等高线，再内插生成DEM，以使用的设备简单，精度好，速度快，成本低，而成为工程设计中DEM生产的主要方法。
　　本文主要对数字摄影测量方法生产的数字高程模型(DEM)进行讨论。下面以VirtuoZo数字摄影测量工作站为例（以下简称VirtuoZo），说明数字高程模型(DEM)的生产以及质量控制。
　　二、生产数字高程模型(DEM)的生产过程和数据生产的汇总及检查方法
　　1）通过航空摄影来获得满足立体观测的影像；
　　2）通过野外作业，获得首级控制和像片控制点；
　　3）利用构建在VirtuoZo上软件对测区加密，获得全测区立体模型；
　　4）利用VirtuoZo中立体测图模块，立体采集生成DEM的特征点、特征线；
　　5）利用VirtuoZo提供的线性内插模块，生成DEM。
　　控制DEM精度的关键在于控制特征点和特征线的立体采集。其流程为：
　　1） 在VirtuoZo主界面下，点击测图，新建*.XYZ，确定测图边界，引入立体模型；
　　2） 作业员立体采集特征点、特征线；
　　3） 导出*.XYZ，形成*.DXF；
　　4） 在VirtuoZo主界面下，点击引入线性文件，浏览*.DXF，确定生成DEM的边界和DEM的行、列间距，确定DEM的输出路径，生成DEM。
　　检查DEM精度的方法及数据生产的汇总：
　　1） 在VirtuoZo主界面下，将DEM放在当前模型文件下，设置等高线参数（根据地形特点及地貌精度要求设置），点击产品下，生成等高线*.CVF；
　　2） 在VirtuoZo主界面下，点击测图，打开*.XYZ，引入等高线*.CVF，引入立体模型，立体检查等高线是否切准地面。若等高线没有切准地面，则立体调整特征点、线，再重复上述3）、4）步骤，直至合格为止；
　　3） 将所有连续的单模型*.XYZ合并成大的*.XYZ，立体接边特征点、线，完成接边，重复上述3）、4）步骤，直至合格为止，完成测区DEM数据汇总；
　　4） 按照测区比例尺要求，裁切DEM，上交成果。
　　三、采用特征点、线生成等高线建立DEM应注意的几个问题
　　1．DEM应能保持地形地貌特征
　　DEM的精度除受内插方法影响外，还受不同的采点方法影响。通常采点的方法有：密集采集等高线上的高程点，稀疏采集等高线上的特征点、沿断面采集坡度变化大的点、沿格网采集高程点；采集地性线(山脊线、山谷线、坡折线、鞍部特征线及鞍部点、陡坎特征线及特征点)；采集水库、河流、湖泊的水涯线等。
　　在人工采集地形特征点时，需要对所有的山头高程点、鞍部区域、山脊地区、河各地区、陡坡、冲沟和其他地形不连续的地方采集特征线和特征点。缺乏特征点的纯等高线内插往往精度不理想。因此要注意对山头、山脊、山谷、鞍部、水域等区域的等高线及特征点分布的处理。通过大量的实践，总结出以下几点处理方法：
　　1)山头处理
　　图1山头附近的地形状况，为避免高程内插时山头被削平或变成负向地貌而使山体变形，须增加特征点A。图2中的山头形状接近圆形，可补充山头高程点B，图3山头的形状较扁，可内插出山脊线，然后根据山脊线的位置增加特征点。
　　
　　2）鞍部的处理
　　图4为鞍部附近的图形。其中只需增加一个特征点，图5只需增加两个特征点，而高程点的高程值有所不一样。
　　
　　(3)山谷和山脊处理
　　图6为山脊或山谷附近的地形。山谷和山脊附近是等高线分布比较稀疏的地区，而等高线在谷底和脊线附近曲率最大，但间隔较远。内插高程时容易产生阶梯，因此要增加特征点。
　　图6
　　2．DEM应考虑平坦地区微地貌的变化
　　盖庄高速公路沿线总体属丘陵地，一侧有部分平地，沿山脊起伏，逐渐升高，成为山地，因此在建立DEM时，要内插一些高程，以保证有特征的地方，均有特征点控制，同时要配以特征线完善地貌的整体性。
　　3．DEM应考虑坡度平缓地区的地形走势
　　平缓地区的地形的等高线较稀，在高程内插时容易产生阶地，使地形变形。需要在稀疏等高线处增加高程点。为平缓地区的一般情形，需增加山谷、山脊线外，还需增加特征点。
　　在这种地区，山谷和山脊变化不很明显，但因等高线曲折较多，若无高程特征线及特征点的加人，一般均会产生阶梯状地形或反向地形。
　　结束语高精度DEM的生产是4D产品中重要的产品形式，结合原始影像可以生成DOM；在工程建设中，如盖庄高速公路，利用DEM可以测算土方量来预测工作量，通过DEM的晕渲图和矢量要素的叠加，可以直观看出高速公路的走向同地形的关系，以利于高速公路的选线设计等等。对于1：2000这样的比例尺DEM的生产，上述讨论的方法仍然是重要的手段之一,优化DEM数据的质量控制能力依旧是今后工作中的研究方向。
　　参考资料：
　　[1]张剑清潘励王树根摄影测量学．武汉大学出版社．2004
　　[2]毋河海，龚健稚．地理信息系统(GIs)空间数据结构与处理技术[M]．北京：测绘出版杜，1997．

《数字摄影测量生产数字高程模型(DEM)的质量控制》

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