第3章格网DEM的建立

第三章数字高程模型、摄影测量(全自动和交互式)的数据采集方法：1条等高线采集(JX3)、2条虚拟线圈、3条横断面扫描、4个渐近采样、5个选择性采样、6个混合采样(规则选择)(JX-4A)。现有地形图数字化：1手动跟踪数字化，2扫描数字化(geoscan): GeoScan):屏幕数字化。地面测量：全站仪(接触式和非接触式)、全球定位系统和激光测距仪遥感：干扰雷达、激光扫描和高分辨率立体成像。数字高程模型用户应该把重点放在数据源和输入质量控制上，而不是学习复杂的插值方法(埃克伦德和马腾森1995)。埃克伦德和马滕松指出：为了保证高精度地形数据的高效采集，需要深入了解研究区的地形表面结构特征和地形复杂性，以便正确选择地形特征点和线，合理分配采样点。本章的主要内容，3.1数字高程模型数据源，影像地形图地面本身的其他数据源，其中数据源的具体使用和相应的制作过程，一方面取决于这些源数据的可用性，另一方面也取决于数字高程模型的分辨率、精度要求、数据大小和技术条件等。航空数字摄影：获得的高程数据精度低，但水流强，只能用于粗略测量。获取高精度、高分辨率、大范围的传感器数据和数字高程模型。获取现状强、精度高的大比例尺数字高程模型数据。空间遥感：新技术：干涉测量雷达，激光扫描仪，“奋进”合成孔径雷达干涉测量系统，3.1.1图像，1，遥感图像的几何变形，2，遥感数据的增强和处理，3，遥感数据的空间分辨率，4，遥感图像数据的解释和解释，遥感图像数据的特征，3.1.1图像，3.1.1图像，图像是高精度大规模数字高程模型生产最有价值的数据源。空间/航空遥感也是快速获取大规模数字高程模型数据的有效方法。3.1.2地形图、3.1.2地形图、表3.1.2地形图比例尺与垂直间距的关系，是近年来获取DEM数据最广泛使用的方法之一。优点：1)，来源丰富，价格低廉；2)、对设备和操作人员要求不高；3)采集速度较快。(1)地图符号数字化；2)、现有数字数据不能满足当前要求；3)、地形图的综合程度；4)、地形图数据质量，尤其是精度方面。3.1.2地形图、3.1.3地面本身及其他数据源、全球定位系统、全站仪或带袖珍计算机的经纬仪。通过地面测量直接获得。地面稀疏点集的高程数据是利用气压测高、水文站、气象站、地质勘探和重力测量获得的观测数据获得的。仪器：1)、全球定位系统全球定位系统；2)、全站仪或经纬仪；3)袖珍计算机。获取数据：地面控制点和采样点的空间位置，高程数据。优点：直接访问高精度数字高程模型数据。缺点：1)工作量大；2)效率低；3)成本高。3.1.3地面本身和其他数据源，3.2摄影测量数据采集方法，1沿等高线采集(JX3)，2常规网格采集(VirtuoZo)，3沿断面扫描，4渐近采样，5选择采样，6混合采样(规则选择)(JX-4A)。摄影测量是一门学科，它使用光学照相机拍摄的照片来获得要拍摄的物体的形状、大小、位置、特征及其相互关系。3.2.2摄影测量的基本原理包括从二维立体图像对到三维立体模型的转换、框架式航空摄影示意图、三维覆盖摄影路线图、中心投影到正投影的转换、中心投影到正投影的转换、数字摄影测量收集数字高程模型数据、模拟摄影测量(1851-1970)，使用光学/机械投影方法来反转摄影过程。 使用两台或多台投影仪在摄影过程中模拟相机的位置和姿态，形成与实际地形表面成比例的几何模型，并通过模型的测量获得地形图和各种专题图，分析摄影测量(1950-1980)，1954，第一台电子计算机于1957年问世。 Chejlava博士提出了分析摄影测量的概念，这标志着从20世纪70年代末到90年代初分析摄影测量的开始。分析摄影测量(1950-1980)处于全盛时期，以电子计算机为主要手段。通过摄影图像的测量和分析计算方法的交叉，研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系，并提供各种摄影测量产品的科学。数控正射影像仪的解析时空三分辨率摄影测量仪器，数字摄影测量(1970年至今)，计算机软硬件技术的快速发展增强了功能，降低了成本。它还为大规模软件的编制提供了一个平台：1970年代：数字摄影测量的萌芽阶段：1980年代：数字摄影测量的原型研究阶段：1990年代：一个可用于生产的数字摄影测量系统，数字摄影测量(1970年至今)，基于摄影测量的基本原则，通过处理所获得的数字/数字图像，自动(半自动)提取受试者以数字方式表达的几何和物理信息，以获得各种形式的数字产品和视觉产品，计算机技术，数字图像处理， 图像匹配模式识别，DPW，VirtuoZo数字摄影测量系统，JX-4A数字摄影测量工作站，各种类型的传感器，主题图像，通过测量和解释过程获得的关于自然物体及其环境的可靠信息，数字高程模型的特点，DLG，DRG，数字高程模型和摄影测量三个发展阶段3.2.3基于数字摄影测量工作站的数据采集方法和使用数字摄影测量工作站的数字高程模型数据采集方法(DPW)可分为两类。 一种是全数字自动摄影测量，另一种是交互式数字摄影测量。美国：软拷贝摄影测量中国：全数字摄影测量其他：数字摄影测量工作站DPWZ/I:蔡司集成实验室L/H:徕卡海拉娃中国：杰克斯-4A，VirtuoZo。在1997年的三年多时间里，700多套(摄影测量、工程测量等。)是在国内购买的。合成孔径雷达干涉测量技术是近20年来发展起来的一项新的空间遥感技术。它是传统微波遥感和射电天文干扰技术的结合。它主要用于对机载或星载合成孔径雷达(SAR)获取的覆盖同一区域的多幅雷达图像进行联合处理，提取地表信息。它可应用于建立数字高程模型、地壳形变探测等。(MassonnetandFeigl，1998)。值得指出的是，干涉合成孔径雷达技术仍处于发展阶段。高分辨率卫星图像，水平/垂直精度高达0.6米，12米/10米，无地面控制，IKONOS:世界上第一颗能够获得分辨率为1米的地面图像的商业遥感卫星，3.3.2雷达成像原理，3.3.1雷达波发射和接收的重要性(引自美国JPLInSAR讲义)，3.3.3.3合成孔径侧视雷达成像，3.3.4合成孔径雷达干涉测量的基本原理，以产生数字高程模型， 合成孔径雷达干涉测量采用杨氏双缝光学干涉测量原理。显然，合成孔径雷达干涉测量至少需要处理两幅从不同空间位置获得的合成孔径雷达图像。干扰系统可分为两类(MassonnetandFeigl，1998；刘等，2000a，2000b): (1)双天线干扰(图3 . 3 . 8)；(2)单天线重复跟踪干扰(图3.3.9)。3.3.4合成孔径雷达干涉测量法数字高程模型制作的基本原理。2000年2月11日，美国奋进号航天飞机在222小时23分钟内覆盖了全球75%的面积，绝对水平精度为20米，绝对垂直精度为16米。图3.3.8双天线干涉测量法：美国合成孔径雷达干涉测量系统(摘自日本合成孔径雷达讲义)。3.3.4通过合成孔径雷达干涉测量法产生数字高程模型的基本原理，3.3.4通过合成孔径雷达干涉测量法产生数字高程模型的基本原理。干涉合成孔径雷达原理如果雷达发射的微波频率相等两次，成像时波动不中断，平台轨道近似，那么它们的振动方向在相遇时几乎是沿着同一条直线，那么这两个雷达波在相遇时产生干涉，它们的干涉图反映了参与相干叠加的微波之间相位差的空间分布。InSAR技术利用雷达波的这种干扰现象，在稍微不同的视点(一次拍摄和两次接收)上对同一观察区域成像至少两次，并利用两幅图像中每个对应像素点的相位信息的差异来提取地面物体的相对高度。普通sar获得地面目标的两位数图像，但三维图像可以通过干涉sar获得，即增加地面高程信息，3.3.4合成孔径雷达干涉法产生数字高程模型的基本原理，3.3.4合成孔径雷达干涉法产生数字高程模型的基本原理，3.3.4合成孔径雷达干涉法产生数字高程模型的基本原理，假设地面变形暂时不存在。在干扰基线不为零的情况下，干扰相位的几何贡献包括两个方面(Small，1998):地球椭球的贡献，地形起伏的贡献，3.3.4合成孔径雷达干涉法生成数字高程模型的基本原理，3.3.4合成孔径雷达干涉法生成数字高程模型的基本原理，3.4机载激光扫描数据采集方法，激光扫描系统是一种主动式遥感系统。机载激光扫描系统通常称为机载激光雷达(lidar)。激光的波长位于电磁波谱(1040-1060纳米波长范围)之上，粗略地说，肉眼可以看到的东西也被激光“看到”。激光也可以穿透玻璃或清水进行测量，在雨中操作基本上没有问题，但雪会导致能见度迅速下降。激光扫描操作不依赖于阳光的存在，扫描仪可以在完全黑暗的环境下工作。因此，机载激光扫描系统已成为城市密集区、林区、电力线等困难地区和对象测绘的新技术。13:35，56，激光测距，原理：主要结构：激光发射器；电源和显示设备。激光接收器；3.4机载激光扫描的数据采集方法，3.4.1机载激光扫描系统的基本原理，13:35，图3.4.1机载激光扫描系统，激光雷达是激光、全球定位系统和惯性导航系统的集成系统。激光雷达系统的激光器发射离散的光脉冲，这些光脉冲撞击物体并被反射。接收器测量光脉冲从发射到反射的传播时间。传播时间可以转换成距离的度量。多重反射形成多重回报。形成“点云”数据。3.4.1机载激光扫描系统的基本原理，基于激光雷达的需求侧管理测量，机载激光雷达技术，地面激光雷达技术，基于激光雷达的城市需求侧管理测量，基于激光雷达的需求侧管理/DTM测量，激光雷达，高精度取决于扫描仪的位置和姿态：IMU，3.4.2通过机载激光扫描系统获取数字高程模型的数据处理方法，需求侧管理，滤波器，数字高程模型，图3.4.2前置滤波器需求侧管理和后置滤波器数字高程模型，手动检查，3.4.3，基于多波束声纳的海底地形测量，3.4该方法所需的原始数据(图)容易获得，采集作业对仪器设备和操作人员的要求为n3.5.1手持跟踪数字化，13:35，操作方法：将地图平放在数字化仪的桌面上，用带十字丝的光标手持等高线，并记录等高线的平面坐标。高程应通过手动键输入。两种基本方法的优点：流方法和点方法：获得的矢量数据更容易在计算机中处理。缺点：速度慢，劳动强度高，难以保证收集数据的准确性，尤其是在密集布线的地区，那里几乎不可能进行操作。不适合完成大面积数字高程模型数据的采集。3.5.2扫描数字化和光栅矢量化，13:35。扫描数字化是指将地形图从模拟状态转换为一组由扫描仪排列成阵列的灰度数据(即数字图像)。栅格矢量化是指将这些灰度数据转换为矢量数据。扫描仪可分为平台型或鼓型；根据探测器的数量，也可分为点阵式、线阵列式和阵列式。3.5.2扫描数字化和栅格矢量化，13:35，图3.5.1柱面扫描示意图(佩特里，1990)，3.5.2扫描数字化和栅格矢量化，13:35，图3.5.2平台扫描示意图(佩特里，1990)，3.5.2扫描数字化和栅格矢量化，13:35，栅格数据矢量化可分为手动矢量化：栅格数据显示在屏幕上，然后地面对象显示在屏幕上半自动矢量化：由计算机自动跟踪和识别，并在出现错误或计算机无法完成时进行人工干预。目前主要采用。完全自动化：无需任何人工干预的理想状态。有许多方法可以直接从地面收集数据。全球定位系统、激光扫描、全站仪或经纬仪可用于通过袖珍计算机在野外观察和获取地面点数据。全球定位系统原理，北斗双星定位系统，同步卫星定位需要数字高程模型，俄罗斯全球导航卫星系统GLONASS，欧洲伽利略卫星导航系统，3.6.1全球定位系统测量的基本原理，13:35，3 . 6 . 1全球定位系统测量的基本原理，1:35，图3 . 6 . 1全球定位系统定位原理(McElroy，1992)，3.6.2普通测量的基本原理，13:35，是一种直接从地面采集数据的方法，具有它是根据测量原理，在野外用自动记录距离的测量经纬仪(通常称为测速经纬仪或全站仪)获取数据点的坐标值。随着激光扫描测距技术、惯性导航技术和无反射镜全球定位系统技术的发展，基于车载和机载平台直接获取高精度、高分辨率的数字高程模型已成为现实。3.6.2常用测量仪器的基本原理：1)全球定位系统全球定位系统；2)、全站仪或经纬仪；3)袖珍计算机。获取数据：地面控制点和采样点的空间位置，高程数据。优点：直接访问高精度数字高程模型数据。缺点：1)工作量大；2)效率低；3)成本高。3.7数字高程模型各种数据源的比较，3.8数字高程模型数据采集项目计划，对于数字高程模型项目，最终目标是经济、快速地生产满足一定精度要求的数字高程模型产品。换句话说，数字高程模型的生产涉及三个基本问题，即数字高程模型的精度、生产成本和效率。首先，数据源应该有足够的精度和采样密度。其次，表面重建的方法或算法应该是完善的。然而，随着采样密度的增加，成本增加，也影响建模的效率。从效率和经济的角度来看，取样点的数量应该最小化。为了更好地完成数字高程模型的生产任务，必须制定高效、标准化的生产流程，这是生产项目计划的主要内容。3.8.1数字高程