攝影測量第八章-數(shù)字課件

1、第八章 數(shù)字攝影測量8-1 概述一、概念 基于數(shù)字影像與攝影測量原理，應用計算機技術、數(shù)字圖象處理技術、影像匹配技術、模式識別等多學科的理論與方法，提取所攝對象用數(shù)字方式表達的幾何與物理信息的攝影測量學的分支科學?；蛘?利用數(shù)字灰度信號（數(shù)字影像），采用數(shù)字相關技術量測同名像點，在此基礎上通過解析計算進行相對定向和絕對定向（解析原理），建立數(shù)字立體模型，從而建立數(shù)字高程模型、繪制等高線、制作DOM、以及位GIS提供基礎信息等。整個過程都是以數(shù)字形式在計算機中完成，因而又稱為全數(shù)字攝影測量。二、過程：攝影： 準備工作：根據(jù)任務和要求，確定攝影范圍，攝影距 離，攝影方式，攝影機的選擇，攝影機的焦距

2、，攝影比例尺。 攝影處理，獲得所需的影像。外業(yè)工作： 野外控制測量：對攝影測量處理中必須的野外控制點，首先進行控制網(wǎng)設計，然后野外刺點，并用GPS方法等地面測量方法測定控制點的空間坐標。 像片調(diào)繪：根據(jù)像片成像特點，對照實地，判明像片上的地貌、地物，和像片上未能反映出，而結果需要的資料，并標明在像片上。（DOM疊加DLG）內(nèi)業(yè)工作： 獲取數(shù)字影像（掃描像片，數(shù)據(jù)格式轉換） 影像相關（匹配） 攝影測量處理 生產(chǎn)所需產(chǎn)品三、分類：1、計算機輔助測圖： （1）概念： 利用解析測圖儀或模擬測圖儀與計算機相連的機助系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，形成數(shù)字高程模型，數(shù)字地圖，輸入相應的地形數(shù)據(jù)庫 （2）內(nèi)容

3、： 將攝影像片放在解析測圖儀上，進行內(nèi)定向； 人工識別，量測像片坐標； 攝影測量處理（相對定向，絕對定向） 得到地面點的空間坐標； 地貌、地物編碼，數(shù)據(jù)編輯，建立地圖數(shù)據(jù)庫（數(shù)字地圖）； 繪制所需比例尺的地形圖（3）計算機輔助測圖系統(tǒng)的應用功能： - 建立數(shù)據(jù)庫： 通過攝影測量進行數(shù)據(jù)采集； 通過對現(xiàn)有地圖的數(shù)字化進行數(shù)據(jù)采集； -人機對話式數(shù)據(jù)編輯； 各種標準的圖形數(shù)據(jù)輸出； 不同圖形代碼與比例尺的圖形輸出； 把數(shù)據(jù)傳送到其他數(shù)據(jù)庫或信息系統(tǒng)； -攝影測量： 坐標量測，空中三角測量； 數(shù)字地面模型； 近景攝影測量； 遙感影像量測 2、全數(shù)字攝影測量：（1）概念： 利用計算機對數(shù)字影像或數(shù)字化

4、影像進行處理，由計算機視覺代替人眼的立體量測與識別，完成影像幾何與物理信息的自動提取。（2）內(nèi)容： 獲取數(shù)字影像； 影像相關； 攝影測量處理； 數(shù)字產(chǎn)品： 繪制等高線圖、透視圖、坡度圖、斷面圖、景觀圖，制作各種專題圖； 通過一定的算法提供體積、空間距離、表面積，填挖方量等工程數(shù)據(jù)，完成各種工程運算； 進行GIS數(shù)據(jù)采集，建立虛擬景觀。 提供人們所需的空間地理信息。4D產(chǎn)品： 數(shù)字線劃圖（DLG）（數(shù)字地圖）： 數(shù)字線劃圖是地形圖上基礎要素的矢量數(shù)據(jù)集，建立了各種要素間的空間關系和相關的屬性信息?？扇婷枋龅乇硇畔?，隨機進行數(shù)據(jù)選取和顯示，進行空間分析決策。 數(shù)字高程模型(DEM):在高斯投影平

5、面上規(guī)則格網(wǎng)點的平面坐標（x，y）及其高程（z）的數(shù)據(jù)集 數(shù)字正射影像（DOM）： 根據(jù)像片的內(nèi)、外方位元素和地面高程模型，對數(shù)字影像進行微分糾正得到其正射影像，再做影像使嵌，圖廓裁切生成影像層數(shù)據(jù)與圖廓公里格網(wǎng)及其地名注記數(shù)據(jù)復合而成。既具有地圖幾何精度又有影像特征。具有精度高、信息豐富、可視性強、直觀真實。 數(shù)字柵格圖（DRG）DLGDOMDEM（TIN）DEM暄染圖電子沙盤四、數(shù)字攝影測量的應用1、在國家基礎測繪和建立空間數(shù)據(jù)基礎設施（NSDI）中的應用美國1993年提出：信息高速公路，即建立 國家信息基礎設施（National Information Infrastructure-NI

6、I），由計算機服務器、網(wǎng)絡和計算機終端組成。美國1994年提出：國家空間數(shù)據(jù)基礎設施（National Spstial Data Infrastructure-NSDI）,在信息高速公路上表達地理參考，即與地理和地球有關的空間信息，能在因特網(wǎng)上準確表達、描述、和查詢。包括：空間數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)、管理、分發(fā)的體系和機構，空間數(shù)據(jù)交換網(wǎng)，空間數(shù)據(jù)交換標準，數(shù)字地球空間數(shù)據(jù)框架。數(shù)字地球空間數(shù)據(jù)框架是NSDI的核心，也是投資最大的項目，包含了最基本的空間數(shù)據(jù)集?？蚣艿膬?nèi)容包括：DEM、DOM、DLG（道路、水系、境界、大地控制點、地名數(shù)據(jù)庫等）、DRG，也稱4D產(chǎn)品，是數(shù)字地球、數(shù)字城市、數(shù)字工程的基礎數(shù)據(jù)

7、。不僅可以為研究和觀察地球，進行地理分析提供基本和公用數(shù)據(jù)集，也可以為用戶提供地理坐標參考。數(shù)字攝影測量是數(shù)字地球空間數(shù)據(jù)框架數(shù)據(jù)采集和更新的直接、快速、有效的手段。1：1萬地形圖（1m分辨率）是重要資源，傳統(tǒng)生產(chǎn)需1020年，再數(shù)字化，時間更長。3S技術及集成為這一作業(yè)模式提供了技術保證:RS提供必要的數(shù)據(jù)源，DPS是快速生產(chǎn)4D和更新空間數(shù)據(jù)的手段，GIS提供數(shù)據(jù)存儲、管理和分析應用的技術手段，GPS提高數(shù)據(jù)采集進程。2城市大比例尺測圖。3與CAD集成（攝影測量與GPS、公路CAD集成，可使地面數(shù)據(jù)采集、資料獲取、數(shù)據(jù)處理、公路設計與優(yōu)化、成果輸出，達到勘測設計信息共享，協(xié)同作業(yè)的一體化）

8、。4虛擬現(xiàn)實：建筑設計，城市規(guī)劃、管理，工程設計。5變化監(jiān)測、地圖修測6.在線路設計中的應用（航空攝影測量獲得的地形圖、斷面圖和數(shù)字高程模型是線路設計的主要資料，高分辨率的航空或遙感圖象可直接或間接地提供大量的各種地物屬性信息，提高地質(zhì)現(xiàn)象和水文要素的解譯精度和可靠性，使道路選線工作更趨自動化。）五、發(fā)展趨勢：1航空航天遙感數(shù)據(jù)獲取趨向高分辨率（高空間分辨率，高光譜分辨率，高時相分辨率）2航空航天遙感對地定位不依賴于地面控制。借助于GPS及INS，實現(xiàn)定點攝影成像和無地面控制的高精度定位，航測精度：分米，遙感精度：5-10米，實現(xiàn)實時測圖和實時數(shù)據(jù)庫更新。3航空航天遙感計算機處理更趨向自動化和

9、智能化4利用多時相影像數(shù)據(jù)自動發(fā)現(xiàn)地表覆蓋的變化趨向實時化：實現(xiàn)三維變化檢測和自動更新。5在數(shù)字中國、數(shù)字城市、數(shù)字工程中發(fā)揮愈來愈大的作用。待研究的問題：1、攝影測量在影像匹配、自動定向算法、特征提取、影像分割與分類、影像分析與理解、目標重建、自動化空三取得了進展，但距離實用化還有很大距離，從攝影測量的作業(yè)過程而言，地貌的測繪、人工地物的自動化提取還有很多問題沒有解決。2、全數(shù)字攝影測量及遙感與GPS和GIS的集成是攝影測量發(fā)展的必經(jīng)之路，影像將是空間信息的主要載體，攝影測量與遙感技術將進入普及和商業(yè)化階段。3、機載GPS/INS、激光掃描儀和CCD成像技術的集成將實現(xiàn)實時測圖。4、高空間分

10、辨率將用于解決平面問題，干涉雷達將用于解決高程問題；高光譜技術將用于解決自動分類問題。5、數(shù)據(jù)融合，數(shù)據(jù)挖掘，信息融合，系統(tǒng)集成，影像、圖形、DEM三庫一體化，可視化虛擬現(xiàn)實技術將成為關鍵技術熱點。8-2 數(shù)字攝影測量系統(tǒng) （Digital Photogrammetry System DPS）一、全數(shù)字攝影測量利用數(shù)字化設備對像片進行采樣、量化，得到二維數(shù)字矩陣，或直接攝取數(shù)字影像；在計算機上，對相鄰像對進行相關運算，搜索同名點，并量測；通過相對定向、絕對定向，構建數(shù)字形式的立體模型，計算模型點的坐標 ；建立DEM ，在DEM上自動測繪等高線 、制作正射影像，為GIS提供基礎信息等。完成全數(shù)字

11、攝影測量的設備，稱為自動化測圖系統(tǒng)，或數(shù)字攝影測量系統(tǒng)（DPS），或數(shù)字攝影測量工作站（DPW）。二、 DPS的組成1、影像數(shù)字化裝置(高分辨率影像掃描儀）；2、計算機（具有高處理速度，配備大容量內(nèi)存與硬盤，和海量外存儲器，24彩色位面圖象處理板）；3、計算機立體觀測設備，如：立體眼鏡、手輪、腳盤、三維鼠標）4、大幅面高分辨率輸出設備（矢量繪圖儀；柵格繪圖儀。）5、完成各種攝影測量任務的軟件及運行平臺：操作系統(tǒng)軟件，如：Windows，UNIX；數(shù)字圖象處理軟件，如：ERDAS系統(tǒng)。影像旋轉、濾波、增強、特征提取等。模式識別軟件：特征識別與定位、影像匹配、目標識別；攝影測量軟件： 定向參數(shù)的計

12、算（內(nèi)定向、相對定向、絕對定向）； 空中三角測量（光束法空三，利用相關算法進行連接點的自動量測與轉點，粗差探測剔除相關錯點）； 形成核線影像（利用相對定向元素，按同名核線將影像重新排列）； 坐標計算與變換； 數(shù)值內(nèi)插； 數(shù)字微分糾正（制作正射影像）； 投影變換（制作透視圖和景觀圖）； 建立數(shù)字高程模型，制作透視圖和景觀圖；輔助功能軟件：數(shù)據(jù)輸入輸出，格式轉換；地圖的編輯與注記；圖廓整飾；質(zhì)量報告；人機交互。DPW的工作流程圖三、DPS的功能1、影像數(shù)字化（利用掃描儀，將像片轉化為數(shù)字影像）；2、影像處理（讓影像的亮度、反差、色彩合適，方位正確)3、量測：單像：特征提取與定位（自動與交互） 雙像

13、及多像：影像匹配，立體量測4、定向：內(nèi)定向（計算掃描坐標系與像平面坐標系的參數(shù)) 相對定向（提取特征點，通過影像匹配尋找同名 點，計算定向參數(shù) ） 絕對定向（匹配尋找同名控制點 ，計算參數(shù)）5、自動空三：（自動定向、自動選點、轉點、模型連接、構建航帶網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)平差、粗差剔除等。） 6、構成核線影像（由灰度影像沿核線方向構成核線影像對，便于立體觀測，和一維匹配）7、影像匹配，建立DEM，并編輯，建立格網(wǎng)DEM 或直接構建TIN。8、基于DEM： 自動繪制等高線； 和數(shù)字微分糾正原理，制作正射影像，并鑲嵌與修補 和透視變換原理制作透視圖； 和正射影像制作三維景觀圖10、數(shù)字測圖四、DPS的產(chǎn)品影像

14、參數(shù)（空三加密成果、影像定向結果）；DEM；數(shù)字地圖；數(shù)字正射影像；透視圖、景觀圖；可視化立體模型；各種工程設計所需的三維信息；各種信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫所需的空間信息。五、數(shù)字化測圖：攝影測量數(shù)字化測圖經(jīng)歷了： 機助數(shù)字化成圖 解析數(shù)字化成圖 全數(shù)字攝影測量成圖。全數(shù)字攝影測量數(shù)字化成圖系統(tǒng)：（90年代） 特點： 自動化程度較高，相對定向、絕對定向、影像匹配、建立DEM生成等高線、制作正射影像圖均可自動完成。 應用面廣，工作效率高（影像匹配500點/秒，山地等高線測繪比解析測圖儀快幾十倍）。集多種功能于一體，擴大了應用范圍。 系統(tǒng)具有豐富靈活的數(shù)據(jù)輸入、輸出格式。（TIFF、BMP、SGI、TGA

15、、JPEG、BSF等） 系統(tǒng)在確定物體的幾何屬性上自動化程度高，在確定物理屬性（地物的測繪）上，以及復雜地形上，需人工干預完成。儀器：美DIWS、DSPW系統(tǒng)德PHODIS系統(tǒng)，KERN的DSP-1系統(tǒng) （20萬美元）微機版：（1.5萬美元）DMS、DVP、VirtuoZo NT 、JX-4。六、國際上具代表性的全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)1、Leica公司的Helava掃描儀DSW300（量測分辨率為1um，掃描速度35mm/s，像元尺寸8-75um），工作站DPW770；（全色SPOT，Landsat）2、Intergraph公司的掃描儀AS1與工作站Intergraphstation；（SPOT）

16、3、Zeiss的掃描儀SCA1（分辨率1um，像元大小7.5-120um,掃描速度1兆像素/秒），工作站PHODIS；4、Vision International公司的工作站Microsoft；5、武測的VirtuoZo；（SPOT,近景影像）6、Vaxel的掃描儀Vaxe400；其它攝影測量設備：1、IGI公司（德）：GPS、IMU（慣性導航測量單元）組成航空攝影控制系統(tǒng)CCNS。安裝在飛機上能以0.1m平面，0.2m高程，0.0050的精度測定外方位元素。2、APPLANIX公司（加）：POS/AV航空攝影定位與定向系統(tǒng)。把GPS和IMU集成起來，用于機載航空相機、激光儀、掃描儀和雷達的數(shù)

17、據(jù)獲取時的外方位元素測定。X，Y，Z精度5-10 cm，角度精度0.0050-0.0080。3、Aerodata Int.Surveys公司（比利時）： 將激光掃描儀、航空相機、像片掃描儀集成起來，完成航測。地面1m格網(wǎng)的高程精度0。2m。4、OSAKA公司（日）： 推出SE-11X新型相機，特點：陶瓷材料真空板壓平；8個框標；專門電路抗噪；與GPS兼容；數(shù)據(jù)記錄上下個51位?？捎糜诘孛鏀z影和航空攝影。5、WEHRLI公司（美）：推出高精度像片掃描儀，特點：精度4 um；灰階4096（12bit)；光照穩(wěn)定；WINDOWS NT環(huán)境；基本分辨率10 um(2540dpi), 通過內(nèi)插可有15、

18、25、30um分辨率。 七、DPS的分類根據(jù)系統(tǒng)的功能、自動化程度、價格，分類：1、自動化程度較強的多用途數(shù)字攝影測量工作站： Automatics , LH system ,Z/I Imaging, Erdas,Supresoft等公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。2、較少自動化的數(shù)字攝影測量工作站： DVP Geomatics,ISM,3D Mapper,Espa Systems等公司提供的產(chǎn)品。3、遙感系統(tǒng)：ER Mapper, Matra,PCI Geomatics等公司提供的產(chǎn)品。主要用于生產(chǎn)正射影像，沒有立體觀測能力。4、用于自動矢量數(shù)據(jù)獲取的專用系統(tǒng)：ETH,Inpho等提供的產(chǎn)品。八、 Virt

19、uoZo全數(shù)字攝影測量系統(tǒng) 武漢大學研制，基于Windows 95/NT的全數(shù)字攝影測量工作站。 具有：自動化程度高，處理效率高，可接合性強，應用面廣，成本低的特點，可用于1：5萬，1：1萬，1：1千，1：500等各種比例尺的數(shù)字測圖，以及進行GIS數(shù)據(jù)采集等；不僅可以處理航空像片，還能處理衛(wèi)星遙感影像，和普通相機所攝像片，該系統(tǒng)已被開發(fā)成商品，并推向了國際市場。1、基于Windows 95/NT的全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)。2、特點：（1）高度自動化-影像的內(nèi)定向、相對定向、相對糾正、影像匹配、建立DEM、制作正射影像圖完全不需人工操作；可在屏幕上顯示立體像對、景觀圖、透視圖；對多個影像模型自動進行

20、DEM拼接；可對正射影像、等高線以及套合等高線的正射影像進行無縫鑲嵌。(2）高效率-影像的相對定向僅需1-2分鐘，影像匹配達500點/秒；(3）可接合性-具有交互處理與自動化 兩種作業(yè)方式，且是分開的；(4）應用面廣-能用于1：5萬，1：1萬，1：1千，1：500等各種比例尺的數(shù)字測圖與GIS數(shù)據(jù)采集。3、功能：自動空三;測繪各種比例尺的DLG、DEM、DOM、DRG;可處理航空影象、SPOT和IKONOS立體影象、近景影象;4、立體觀察有兩種部件：反光立體鏡，液晶立體鏡。 5、操作過程： （1）資料準備： 1、攝影資料（攝影底片，飛行參數(shù)，攝影機 鑒定參數(shù)，等）； 2、內(nèi)外業(yè)資料（項目任務書

21、、技術設計書、控 制點數(shù)據(jù)，等）； （2）影像掃描： 1、掃描分辨率的確定：R=R0 *（M / m） R0-像元尺寸；M-成圖比例尺分母; m-攝影比例尺分母。 2、掃描參數(shù)設置與調(diào)整：分辨率、反差、亮度、 灰度值范圍，等； 3、掃描范圍的確定（影像完整的基礎上，盡可能小）； 4、掃描影像預處理（保持各像片目視效果一致）； 5、影像文件的命名與存儲。 （3）參數(shù)文件的準備： 1、項目參數(shù)文件； 2、控制點參數(shù)文件； 3、攝影機參數(shù)文件。（4）定向： 內(nèi)定向、相對定向、絕對定向（5）核線重采樣（6）影像匹配（7）編輯（8）生成DEM及其它產(chǎn)品九、 JX-4數(shù)字攝影測量系統(tǒng) 中國測繪科學研究院研

22、制，基于微機的數(shù)字攝影測量工作站，是一套半自動化的數(shù)字攝影測量系統(tǒng)。 具有：實用性強，人機交互功能好，生產(chǎn)精度高，產(chǎn)品質(zhì)量控制工藝強的特點?？缮a(chǎn)高密度的DEM，生產(chǎn)正射影像，采集GIS和數(shù)字地圖數(shù)據(jù)等。8-3 數(shù)字高程模型（DEM）一、概念 1.數(shù)字地面模型（Digital Terrain ModelDTM）： 描述地球表面形態(tài)多種信息空間分布的有序數(shù)值陣列。 定義：某一區(qū)域上m維向量的有限序列： Vi,i=1,2,.n 常用一系列地面點的平面坐標X、Y以及該地面點的高程Z或屬性組成的數(shù)據(jù)陣列。 向量分量Vi,可以是地形信息，資源信息，環(huán)境信息，土地利用信息，社會經(jīng)濟信息，等的定量或定性描述

23、。 DTM是地理信息數(shù)據(jù)庫的基本內(nèi)核，DTM 的地形分量即DEM。2.數(shù)字高程模型（Digital Elevation ModelDEM）： DEM是表示區(qū)域上地形的三維向量的有限序列： Vi=(Xi,Yi,Zi),i=1,2,.n DEM正成為一種具有獨立標準和內(nèi)涵的基礎數(shù)據(jù)產(chǎn)品.從DEM可以派生出一系列產(chǎn)品： 平面等高線圖、 立體等高線圖、 坡度圖、坡向圖、 暈渲圖、通視圖、 縱斷面圖、橫斷面圖、 三維立體透視圖、 三維立體彩色圖和景觀圖等。二、DEM的表示形式1、規(guī)則格網(wǎng)dem（GRID） Vi=(Xi,Yi,Zi),i=1,2,.n 各向量的平面點位是規(guī)則格網(wǎng)排列，則只需記錄高程向量。

24、 點的平面坐標X、Y可由起始原點推算而無需記錄，這樣的地表形態(tài)只用點的高程Z表達。PijDXDYX0Y0優(yōu)點：存儲量?。ㄟ€可壓縮存儲），便于使用和管理，是目前使用最廣泛的一種形式。缺點：有時不能準確的表示地形的結構和細部，導致基于規(guī)則格網(wǎng)DEM描繪的等高線不能準確的表示地貌。（沒有考慮地形特征點、地性線等因素） 2、不規(guī)則三角網(wǎng)DEM（TIN） 將地形特征采集點按一定規(guī)則連接成覆蓋整個區(qū)域且互不重疊的三角形，構成一個由不規(guī)則三角網(wǎng)表示的DEM。 TIN必須同時存放地形點的平面坐標和高程（ ） 優(yōu)點：存儲量大，數(shù)據(jù)結構復雜，使用和管理也較為復雜。缺點：能較準確的表示地形的結構和細部，基于TIN描

25、繪的等高線能較準確的表示地貌。（考慮地形特征點、地性線等因素） 3、GRID-TIN混合形式DEM： 一般地區(qū)使用GRID（根據(jù)地形不同格網(wǎng)的密度也可不同），沿地形特征則采用TIN。PijDXDYX0Y0三、數(shù)據(jù)采集獲取方式DEM精度速度成本更新程度 應用范圍1.地面測量高（cm） 耗時很高很困難小范圍區(qū)域，特殊 工程項目2.地形圖手扶 跟蹤數(shù)字化較低 較耗時低周期性 國家范圍內(nèi)及軍事3.地形圖掃描 數(shù)據(jù)采集，中小比例尺 數(shù)字化較低 快較低 地形圖的數(shù)據(jù)獲取4.攝影測量*較高（cmm） 較快較高周期性大的工程項目，國 家范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)收集5.立體遙感低 很快低很容易國家范圍，及全球 范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)

26、收集6.GPS 較高（cmm） 很快較高容易小范圍，特殊項目7.激光掃描, 干涉雷達高（cm） 快高容易高分辨率、各種范圍 數(shù)字攝影測量是空間數(shù)據(jù)采集最有效的手段，效率高、勞動強度低。數(shù)字攝影測量的DEM采集方式：1、沿等高線采樣： 等時間或等間隔記錄數(shù)據(jù)流，適于地形復雜和陡峭地區(qū)。2、規(guī)則格網(wǎng)采樣： 利用解析測圖儀在立體模型中按規(guī)則矩形格網(wǎng)進行采樣，直接構成格網(wǎng)DEM。不能較好表示地形特征。3、沿斷面掃描： 利用解析測圖儀或附有自動記錄裝置的立體測圖儀，對立體模型進行斷面掃描，按等距離或等時間方式記錄斷面上點的坐標。 精度較差，常用于正射影像的生產(chǎn)。4、漸進采樣：（使采樣點分布合理） 先作稀

27、疏間隔采樣，再分析是否需要對格網(wǎng)加密。5、選擇采樣： 根據(jù)地形特征采樣，如：山脊線、山谷線、斷裂線、山頂?shù)?。能較真實反映地形。6、混合采樣： 考慮采樣的效率和合理性，將規(guī)則采樣與選擇采樣結合起來。7、自動化采集： 在數(shù)字攝影測量工作站上進行（影像匹配）。四、DEM數(shù)據(jù)預處理DEM數(shù)據(jù)預處理是DEM內(nèi)插前的準備工作，包括： 數(shù)據(jù)格式轉換 坐標系統(tǒng)變換 數(shù)據(jù)編輯 柵格數(shù)據(jù)矢量化 數(shù)據(jù)分塊數(shù)據(jù)預處理是DEM建立的一部分，DEM軟件具備的功能。五、數(shù)據(jù)處理 1、DEM的表面建模：DEM是用一個或多個數(shù)學函數(shù) （Z=f（X，Y）來表達地形表面。常用多項式函數(shù)：Z=a0 + a1X + a2Y + a3X

28、Y + a4X2 + a5Y2 + a6X3 + a7Y3 + a8X2Y + a9XY2 + （1）建模方法1、基于三角形的表面建模： Z=a0 + a1X + a2Y 不規(guī)則三角網(wǎng)（TINTriangulated Irregular Network）：通過從不規(guī)則分布的數(shù)據(jù)點生成的連續(xù)三角面來逼近地形表面。TIN能較好地顧及地貌特征，能較精確表示復雜地形表面，但數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)結構復雜，使用與管理也較復雜。建模要求： TIN是唯一的； 力求最佳的三角形幾何形狀（等邊）； 保證最鄰近的點構成三角形（邊長之和最小）2、基于格網(wǎng)的表面建模： Z=a0 + a1X + a2Y + a3XY 根據(jù)規(guī)則

29、格網(wǎng)(Grid)采樣獲取正方形格網(wǎng)數(shù)據(jù)。 格網(wǎng)數(shù)據(jù)，直接建模 非格網(wǎng)數(shù)據(jù)，從隨機到格網(wǎng)的內(nèi)插。 該方法存儲量小，便于使用與管理，但對地形復雜區(qū)的結構與細部不能準確表示。常附加一定的地形特征數(shù)據(jù)。3、混合建模： 一般地區(qū)使用矩形格網(wǎng)數(shù)據(jù)結構，沿地形特征附加三角網(wǎng)數(shù)據(jù)結構。綜上，DEM的數(shù)據(jù)結構： 方形格網(wǎng)結構； 不規(guī)則三角網(wǎng)結構； Grid 和TIN混合結構（2）DEM內(nèi)插： 根據(jù)若干相鄰參考點的高程求出待定點上的高程值。特點：1、整個地球表面的起伏形態(tài)不可能用一個簡單的低次多項式擬合，高次多項式的解不穩(wěn)定，易產(chǎn)生不合實際的震蕩；2、地形表面既有連續(xù)光滑的特性，又有因自然或人為因素產(chǎn)生的不連續(xù)；

30、3、由于計算機內(nèi)存有限，不可能同時對很大范圍進行內(nèi)插DEM。DEM內(nèi)插方法：1.整體內(nèi)插：高次多項式2.分塊內(nèi)插： a.線性內(nèi)插： Z=a0 + a1X + a2Y 用最靠近的三個數(shù)據(jù)點，確定一個平面，求出ai參數(shù)，進而求出新點的高程。 b.雙線性內(nèi)插: Z=a0 + a1X + a2Y + a3XY 用臨近的四個點，確定ai參數(shù)。c.樣條函數(shù)內(nèi)插: Z=a1x3y3+a2x2y3+a3xy3+a4y3+a5x3y2+a6x2y2+a7xy2 +a8y2+a9x3y+a10 x2y+a11xy+a12y+a13x3+a14x2+a15x+a16 用三次樣條函數(shù)，描述格網(wǎng)內(nèi)的地面高程。d.多面函

31、數(shù)法: Z=K1Q(XYX1Y1)+ K2Q(XYX2Y2)+.+ KnQ(XYXnYn) 在每個數(shù)據(jù)點上建立一個曲面，將這些曲面按一定比例疊加起來，疊加后的曲面嚴格通過各個數(shù)據(jù)點。Q是核函數(shù)。3.逐點內(nèi)插： 移動擬合法: 以待求點為中心，R為半徑，定義局部函數(shù)去擬合周圍的數(shù)據(jù)點，以求出待定點的高程。 要求： d 6) PRXYXOY列誤差方程：可取 （據(jù)待定點越近，其高程對待定點的影響越大） 解： 則P點的高程為：Hannover大學研制的TASH程序（3）DEM的模型精度與質(zhì)量控制應用數(shù)字攝影測量系統(tǒng)生成DEM主要集中在2個方面： 中小比例尺DEM的生成； 為制作各種比例尺數(shù)字正射影像圖生

32、成所需的DEM數(shù)據(jù)。它們對DEM精度的要求相對較低。生成大比例尺DEM則需考慮DEM的精度。DEM表面上點的誤差是數(shù)字地面建模過程中所傳播的各種誤差的綜合影響.影響DEM模型精度的因素： 地形表面的特征（坡度） 原始數(shù)據(jù)的采集誤差（精度，密度，分布，方式） 建立DEM表面模型的方法DEM的質(zhì)量標準： 1）DEM格網(wǎng)間距（DEM的分辨率，它表征DEM描述地面高程信息的細致程度）； 2）DEM格網(wǎng)點高程中誤差（DEM的幾何精度）； 3）DEM的形態(tài)及完整性（反映DEM的總體質(zhì)量，要求建立的DEM能準確、全面地描述地面的真實狀況并覆蓋整個感興趣的范圍，不存在漏洞。）。DEM質(zhì)量控制： 質(zhì)量控制貫穿干

33、應用數(shù)字攝影測量技術生成DEM的全過程。包括： 初始資料質(zhì)量（航攝影像的質(zhì)量、影像掃描的質(zhì)量、野外控制測量質(zhì)量及空中三角測量的質(zhì)量）； 模型定向質(zhì)量（內(nèi)定向、相對定向和絕對定向的質(zhì)量或直接利用空中三角測量結果恢復模型的質(zhì)量）。 生成DEM的質(zhì)量（取決干DEM參數(shù)的設定。格網(wǎng)間距、內(nèi)插方法）。一般：1.解析測圖儀手工量測的數(shù)據(jù)建立的DEM 精度最高，全自動數(shù)字攝影測量獲取的數(shù)據(jù)建立的DEM精度最低；2.采樣間距增加,DEM精度降低，變化呈線性關系3.原始數(shù)據(jù)中包含特征點，能顯著提高DEM精度4.從原始數(shù)據(jù)直接建立TIN網(wǎng)絡，比通過隨機到格網(wǎng)內(nèi)插再形成格網(wǎng)網(wǎng)絡的間接建模方式能獲得更高精度DEM5.

34、隨著地形起伏加劇，DEM精度將相應降低。6.在茂密的樹林區(qū)域，或陰影區(qū)域過大，DEM數(shù)據(jù)的精度較低。7.在裸露、半裸露或僅有地面草本植物覆蓋區(qū)域，或范圍小和較稀疏不形成茂林區(qū)域，可以通過專門程序對DEM數(shù)據(jù)進行處理，得到較高精度的DEM。六、DEM的分析與應用DEM的應用包括兩類：一是直接應用，將DEM本身作為測圖自動化的重要組成部分和地理信息數(shù)據(jù)庫的基礎；二是間接應用，將DEM經(jīng)過變換，產(chǎn)生滿足應用需要的派生產(chǎn)品。 地形分析,用于表達實際地形的各種特征. 土木工程中，如：挖填方計算，線路勘測設計，水利建設工程，立體透視圖等； GIS 中，如：三維可視化，分析，建庫，等； 其他，如：制作正射影

35、像圖，作為背景疊加各種專題信息，及在林業(yè)、地質(zhì)、地形學，環(huán)境研究等。5)等高線:由DEM生成等高線的步驟:1.利用DEM的高程點的高程內(nèi)插出等高線點，并按順序排列; a、按每條等高線走向順序插點： 確定等高線的高程； 搜索等高線的起始點； 內(nèi)插等高線，至終點。 b、整體解求等高線上的點，分別排列存儲： 按DEM的格網(wǎng)邊的順序內(nèi)插出全部等高線穿過格網(wǎng)邊的交點坐標X，Y，再按等高線的順序將屬于同一等高線的點找出來，按等高線的走向順序排列，并存儲。 2。利用順序排列的等高線點的平面坐標進一步加密等高線點，繪制成光滑曲線。加密的條件： 曲線應通過已知的等高線點； 曲線在節(jié)點處光滑（一階導數(shù)連續(xù)）； 相

36、鄰兩個節(jié)點間的曲線沒有多余擺動； 同一等高線自身不相交。在自動繪圖桌上自動繪出等高線。七、DEM軟件：德國Stuttgart大學研制的SCOP程序；Munich大學研制的HIFI程序；Hannover大學研制的TASH程序；奧地利Vienna工業(yè)大學研制的SORA程序；瑞士Zurich工業(yè)大學研制的CIP程序；武測研制GeoTIN程序。數(shù)字高程模型軟件GeoTIN：特點：武測研制不規(guī)則三角網(wǎng)數(shù)字高程模型軟件針對大比例尺地形數(shù)據(jù)，可以利用各種隨機分布的地形單點和特征線數(shù)據(jù)，快速、高效地建立不規(guī)則三角形網(wǎng)絡（TIN）模型。最低配置：主頻13.3MB，硬盤1.0GB，內(nèi)存2MB，操作系統(tǒng)Windows NT/95,操作環(huán)境VC4.0/5.0。數(shù)據(jù)流程：數(shù)據(jù)輸入：輸入作為數(shù)據(jù)點的已知數(shù)據(jù)。來源：攝影測量、地形測量、地形圖數(shù)字化/掃描。數(shù)據(jù)處理： 對輸入數(shù)據(jù)進行分析，自動構建不規(guī)則三角網(wǎng)。 用戶可瀏覽，編輯TIN； 可顯示三維透視DEM； 可內(nèi)插不同間距的規(guī)則格網(wǎng)DEM； 進行多個相鄰DEM的接邊處理，并自動進行接邊精度估計。成果輸出： 以文件形式輸出單幅DEM或接邊后的多幅DEM ，輸出不同等高距的等高線數(shù)據(jù)； 可將屏幕上顯示的數(shù)據(jù)點分布、三角網(wǎng)、等高線等圖形打印輸出； 可計算每個三角形的坡度和