浅析DTM地形数据采集方法与比较.doc

浅析DTM地形数据采集方法与比较湖南农机2008.1浅析DTM地形数据采集方法与比较崔伦柱(长江大学城市建设学院湖北荆州430010南阳通途公路勘察设计有限公司河南南阳473000)摘要:随着科技进步,数字地面模型(DTM)在公路设计中得到广泛应用,地形原始数据是建立数模的基础数据,它直接影响到建模的合理性以及高程内插结果是否可靠,原始数据点的分布及密度是否与地形变化,数据采集设备和方法,数模类型,建模目的,数模精度以及所研究地区的地形特征等诸多因素相适应,通过对DTM地形数据采集方法的分析比较,尽可能做到以不太多的地形点表示出具有一定精度的地形表面.关键词:数字地面模型DTM地形数据采集方法比较中图分类号:TUl9文献标识码:A文章编号:1007,.8320(2008)01.0124.02OnthecollectionmethodofDTM(digitalterrainmode1)CuiLunzhuAbstract:Withtheadvancementofscienceandtechnology,DTMiswidelyusedinhighwaydesign.ItSbasicfordatamodelandaffectsmanyfacetsofparameterandtechnologyKeywords:digitalterrainmodel,DTM,terraindata,collectionmethod,compare公路选线是公路勘察设计的重要环节,是公路工程建设和工程质量保证的关键,是一项技术含量高,覆盖专业面广,综合性强的工作,勘察设计人员要收集获取多方面的资料,充分利用地形,地貌,地质,水文资料进行路线方案优化设计以实现路线方案经济,合理.数字地面模型(DTM)是把测量重点从一条已知平面线形扩大到路线平面线,通过具有一定宽度的带状地面区域内建立带状三维数字地面模型.建立数字地面模型,一般都要经过地形数据,数据预处理,原始数据的排序与检索,待定点的高程内插等主要过程,DTM地形数据采集对提高数字地面模型的精度,增强对地形表面描述的能力,对地物,地形断裂线进行有效的处理有着重要作用.目前,DTM数据的获取主要有三种方法:(1)由可记录量测数据的电子经纬仪,全站式速测仪等仪器从野外实测获得地形数据;(2)出航测仪器从航空照片上获得地形数据;(3)从已有地形图上由数字化仪输入地形数据.以下对这三种方法简单的加以阐述:l野外实地直接测量获取DTM数据这种方法适用于大比例尺,精度要求高,采集面积范围较小的DTM数据获取,主要仪器是全站仪以及具有相应接121的便携机或微机.其基本过程是利用测量学原理,利用上述野外测量仪器和设备测定控制点和采样点的空问位置,为了确保地形数据的精度,总是选择地形特征点,线进行采样,以数字形式将其记录和存贮在计算机中.该方法的优点是可以获取高精度的DTM数据.其缺点是劳动强度较大,效率较低,仅适用于小范围面积内作业.2以摄影测量立体像对为数据源的数据采集方法用航测方法采集数据能直观地观察地表形态,工作环境好,可以随意和方便地控制地形点的分布和密度,得到的地形信息可靠,精度高.特别是由于航测在公路测量,设计中的应用越来越广泛,目前很多设计院的大比例地形图都是由航测手段成图,而解析测图仪在测图的同时,可以附带记录测图信息,不需特意为建立数字地面模型去重新采集,这给数据采集带来了极大的方便,所以航测采样是目前在大规模公路测设状态下最理想的数据采样手段.根据采点时仪器的不同可分为全能法模拟航空摄影测量仪器的数字高程模型采点方式;解析航空摄影测量仪器的数字高程模型采点方式;全数字摄影测量系统的数字高程模型采点方式,目前使用的主要是后两种采点方式:2,l解析航空摄影测量仪器的数字高程模型采点方式采点方式:一般采用一次性采样,沿X或Y方向断面收稿日期:2007-12-03作者简介:崔伦柱长江大学城市建设学院工程硕士,南阳通途公路勘察设计有限公司,研究方向:工程理论?124?2008.1崔伦柱:浅析DTM地形数据采集方法与比较扫描方式进行.步骤:在解析测图仪上,一般依靠DTM采集的软件包的支持完成采集,为了提高采集效率,减少采样点冗余量,已提出了各种各样的算法及相应程序.如:渐近采样法,合成采样法,分批互补采样法,筛选采样法,部分迭代法等.2,2全数字摄影测量系统的数字高程模型采点方式全数字摄影测量系统的作业过程,可以立体测图为目的系统进行说明.(1)影像数字化.这一步的目的是将航摄底片的影像数字化为数字影像,并以二维像元(像)灰度矩阵表示.如果直接使用遥感所获取的数字影像,这一步可省略.(2)数字影像的定向.包括整幅的数字影像的内定向,相对定向,绝对定向,以确定其定向参数.(3)数字影像处理.影像处理包括将数字影像逐像元的扫描坐标系变换为按核线方向排列,且对影像进行增强和特征提取.按核线重排数字影像.原始数字化影像像元按扫描坐标系u,v轴方向规则排列.为了利用相应像点必在相应核线上这一几何约束特点,应重新为原数字影像按核线方向逐条排列,使影像匹配只在核线方向按一维搜索相应像点.影像处理.为了改善影像质量和影像匹配的可靠性,对按核线排列的数字影像进行影像增强,提高反差,特征提取等处理.(4)建立数字地面模型.这一步包括:沿核线的一维影像匹配,计算点的模型坐标,建立带影像灰度值的数字地面模型.影像匹配.目的是用影像匹配算法,自动确定密集的相应像点对和它们的像点坐标.通常为方便起见,假定先在左影像上按核线方向构成一个按规则网格排列的二维点阵,点阵之间隔根据需要选定,这些点作为已知点.用影像匹配确定它们在右影像上的相应像点.显然,由于地表起伏和像片倾斜角的影响,在右片上相应像点构成半规则格网,即Y方向是等间隔的,X方向是任意的.确定点的模型坐标.根据相应像点左,右影像的像坐标和相对定向参数,计算各点的模型坐标,显然这些加密点在模型上是随机分布的.确定点的地面坐标.根据各点的模型坐标和绝对定向参数,计算各点的地面坐标.建立地面规则格网的DTM.用随机分布的离散点,内插成为地面坐标系中规则列的各点之高程,构成数字地面模型的DTM.(5)生成数字等高线.根据地面上DTM,采用一定的算法生成数字等高线.在DTM中按规定的等高线间隔跟踪等高线离散点,光滑加密,形成数字等高线数据.3以地图为数据源的DTM数据获取方法在没有航摄资料的情况下,可利用已有的地形图采集地形数据.而手扶跟踪式数字化仪是一种将平面图形转化为平面坐标数据的设备,在等高线地形图的输人中,最适合于按等高线串的方式采集数据,这对每一条等高线来说,只需要由操作人员从键盘输入等高线的高程值一次,然后用鼠标沿该等高线依次以点列的方式输入即可,这大大地减少了键盘输入的信息,充分发挥了数字化仪输入平面坐标的长处,工作效率较高.这种方式在没有航摄资料情况下有其实用意义,在路线初步设计阶段广泛应用.从地图上获取DTM是目前应用最广泛的一种方法.这是因为采用这种方法所需的原始数据源(地图)容易获取,对采集作业所需的仪器设备和作业人员的要求不太高,采集速度也比较快,易于进行大批量作业.对于测绘部门,还可以利用分版图,分版采集各类要素,提高作业效率.4地形数据采集方式比较利用航测或数字化仪采集地形数据,由于点的分布与密度可以随意控制,适宜采用对已知点较多的散点数字地面模型.目前,由于计算机软硬件的发展以及三角网数模构网速度的提高和系统完善,这种大范围的,海量的地形数据采集亦适应于三角网数模.在没有航片资料及地形图,不能用上述方法采集地形数据时,利用带记录装置的全站仪式速测仪在野外实测地形数据,这也是一种切实可行的数模数据采集方法,由于野外实测劳动强度大,工作环境差,效率低,不适宜采集过多的地形点,因而野外实测采集地形数据建立数模时,一般只适应于路线较短的局部区域或局部测点测量,并采用对已知点数较少的三角网数模程序.用这种方式采集数据建立三角网数模,由于不可能采集较多的点,所以对数据采集点的分布形式要求很高,不能遗漏地形特征点,断裂线等地形信息,采集地形点一定要符合地形的变化,以保证构网合理性,使各三角形之间可近似作为平面处理,以保证数模内插精度.地形原始数据是建立数模的基础数据,它直接影响到建模的合理陡以及高程内插结果是否可靠,对数据采集总的要求是原始数据点的分布及密度要与地形变化相适应,尽可能做到以不太多的地形点表示出具有一定精度的地形表面.对地形点分布形式的选择以及其密度的确定,取决于所采用的数据采集设备和方法,数模类型,建模目的,数模精度以及所研究地区的地形特征等诸多因素.参考文献:1】朱照宏;符锌砂等.道路勘测设计软件开发与应用指南I刖.人民交通出版社.20032】符锌砂.航测数模技术在公路路线设计中的应用N】.中国公路学会计算机