原始數(shù)據(jù)采集

1、第三講、 DEM原始數(shù)據(jù)采集數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)來源DEM數(shù)據(jù)采集策略DEM數(shù)據(jù)采點(diǎn)方法DEM原始數(shù)據(jù)采集的重要性1一、數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)來源 DEM數(shù)據(jù)包括平面位置和高程數(shù)據(jù)兩種信息,可以直接在野外通過全站儀或者GPS、激光測(cè)距儀等進(jìn)行測(cè)量,也可以間接地從航空影像或者遙感圖像以及既有地形圖上得到。 具體采用何種數(shù)據(jù)源和相應(yīng)的生產(chǎn)工藝,一方面取決于這些源數(shù)據(jù)的可獲得性,另一方面也取決于DEM的分辨率、精度要求、數(shù)據(jù)量大小和技術(shù)條件等。21.1、野外實(shí)地測(cè)區(qū)儀器：1）、全球定位系統(tǒng)GPS；2）、全站儀或經(jīng)緯儀；3）、袖珍計(jì)算機(jī)。獲取數(shù)據(jù)：地面控制點(diǎn)和采樣點(diǎn)空間位置、高程數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：直接獲取高精度的

2、DEM數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：1）、工作量大；2）、效率不高；3）、費(fèi)用高昂。31.2、各種比例尺地形圖近年來獲取DEM數(shù)據(jù)最廣泛的一種方法之一。優(yōu)點(diǎn)：1）、來源豐富，廉價(jià)；2）、對(duì)儀器設(shè)備和作業(yè)人員要求不高；3）、采集速度相對(duì)較快。涉及問題：1）、地圖符號(hào)數(shù)字化；2）、已有的數(shù)字化數(shù)據(jù)不能滿足現(xiàn)勢(shì)性要求；3）、地形圖的綜合程度；4）、地形圖的數(shù)據(jù)質(zhì)量，尤其指在精度方面。4我國(guó)地形圖比例尺系列及其特征5我國(guó)地形圖比例尺系列及其特征61.3、航空航天數(shù)字?jǐn)z影航空數(shù)字?jǐn)z影：獲取的高程數(shù)據(jù)精度較低但現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)，只能用做粗略勘測(cè)。獲取傳感器數(shù)據(jù)，得到高精度、高分辨率、大范圍的DEM 。獲取現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、精度較高的大范圍

3、DEM數(shù)據(jù)。航天遙感：新技術(shù)：干涉雷達(dá)、激光掃描儀“奮進(jìn)”號(hào)合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量系統(tǒng)71、遙感影像的幾何變形2、遙感數(shù)據(jù)的增強(qiáng)處理3、遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率4、遙感影像數(shù)據(jù)的解譯和判讀使用遙感影像數(shù)據(jù)需要注意的問題8二、DEM數(shù)據(jù)采集策略要確保高效率獲取高精度的地形數(shù)據(jù)，必須對(duì)研究區(qū)內(nèi)地形表面結(jié)構(gòu)特征和地形復(fù)雜程度有深入的了解，從而正確選擇地形特征點(diǎn)和線，合理分布采樣點(diǎn)。Eklundh與Martensson指出： DEM用戶應(yīng)把重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)來源和輸入質(zhì)量的控制上，而不是學(xué)習(xí)復(fù)雜的內(nèi)插方法。9DEM的 特征地形線10DEM采樣的依據(jù)考慮區(qū)域地形表面幾何特征： 特征點(diǎn)山頂點(diǎn)、山谷點(diǎn)、山腳點(diǎn)、山脊點(diǎn)、

4、鞍部、洼地等. 特征線山脊線、山谷線、陡坎水邊線等各種斷裂線考慮地形的復(fù)雜程度： 地形比較破碎、溝壑交錯(cuò)則應(yīng)多布采樣點(diǎn)；地形比較平坦則可在滿足精度要求的條件下少布采樣點(diǎn)?？紤]地貌單元的不同類型： 平地、丘陵、山地、高山地應(yīng)按規(guī)范適當(dāng)安排采樣點(diǎn)。地形類型基本等高距地形坡度高差/m平地10（5）2停留短暫時(shí)間人工精確測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單、精度高、作業(yè)效率高；缺點(diǎn)：1）、對(duì)地表變化的尺度的靈活性較差；2）、可能丟失特征點(diǎn)。16漸進(jìn)采樣目的：使采樣點(diǎn)分布合理。步驟：1）、按照預(yù)定比較稀疏的間隔采樣；2）、獲得稀疏網(wǎng)格；3）、根據(jù)需要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行加密。加密標(biāo)準(zhǔn)：1）、高程的二階差分是否超過闕值；2）、利用相

5、鄰的三點(diǎn)擬合一條二次曲線，計(jì)算兩點(diǎn) 間中點(diǎn)的二次內(nèi)插值與線性內(nèi)插值之差。17其他采樣方式選擇采樣：根據(jù)地形特征采樣，適用于不規(guī)則三角網(wǎng)DEM的建立。混合采樣：在規(guī)則采樣的基礎(chǔ)上再進(jìn)行沿特征線、點(diǎn)采樣。 注意：給不同的點(diǎn)以不同的特征碼，處理時(shí)按不同方式進(jìn)行。自動(dòng)化DEM數(shù)據(jù)采集： 利用自動(dòng)化測(cè)圖系統(tǒng)進(jìn)行完全自動(dòng)化的DEM數(shù)據(jù)采集。按照像片上的規(guī)則格網(wǎng)利用數(shù)字影像匹配。 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量獲取的DEM數(shù)據(jù)點(diǎn)都要按照一定的插值方法轉(zhuǎn)成規(guī)則格網(wǎng)DEM或規(guī)則三角網(wǎng)DEM格式數(shù)據(jù)。18三、 DEM數(shù)據(jù)采點(diǎn)方法基于不同的DEM數(shù)據(jù)源，有不同的數(shù)據(jù)采集方法。基于系列地形圖的DEM數(shù)據(jù)采集方法基于航空航天攝影測(cè)量的D

6、EM數(shù)據(jù)采集方法基于野外測(cè)量的DEM數(shù)據(jù)采集方法DEM數(shù)據(jù)采集的系列新技術(shù)、新方法193.1、從現(xiàn)有地形圖獲取 關(guān)于地形圖要素的數(shù)字化處理，尤其是半自動(dòng)掃描數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)非常成熟。手扶跟蹤數(shù)字化：1）、獲取向量形式數(shù)據(jù)；2）、在計(jì)算機(jī)中較易處理；3）、速度慢，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大。掃描數(shù)字化：獲取柵格形式數(shù)據(jù)，處理效率高。DPI是量度單位，英文全寫Dots Per Inch（點(diǎn)每英吋），意思是指每一英吋長(zhǎng)度中，取樣或可顯示或輸出點(diǎn)的數(shù)目。生成DEM過程：數(shù)字化粗差剔除、高程點(diǎn)內(nèi)插、特征生成DEM最佳方式：等高線TINDEM20等高線地形圖生成格網(wǎng)DEM 213.2、從數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量獲取基本原理是利用立

7、體像對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)地理對(duì)象三維空間坐標(biāo)的量測(cè)；許多操作是自動(dòng)化的，無需太多用戶干預(yù)，效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。實(shí)現(xiàn)步驟：1）、獲取數(shù)據(jù)： 需要數(shù)字影像數(shù)據(jù)、成像相機(jī)的參數(shù)文件等；2）、恢復(fù)像對(duì)模型： 包括內(nèi)定向、相對(duì)定向和絕對(duì)定向；3）、影像匹配： 利用同名點(diǎn)之間的相似性，在影像上找到足夠數(shù)量的同名點(diǎn)對(duì)；4）、建立數(shù)字地面模型自動(dòng)形成等高線。22框幅式航空攝影示意 立體覆蓋攝影航線布設(shè)圖示23中心投影到正射投影變換24中心投影到正射投影變換25數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量采集DEM數(shù)據(jù)263.3、野外測(cè)量法獲取適于范圍小、精度要求高的DEM建立的情況，一般服務(wù)與工程設(shè)計(jì)與施工，如三峽庫區(qū)及大壩DEM建立。采用的儀器有平板

8、測(cè)量?jī)x、全站儀、測(cè)量GPS等。273.4.1、基于LIDAR的DSM測(cè)量 LIDAR是一種集激光，全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)三種技術(shù)于一身的集成系統(tǒng)。LIDAR系統(tǒng)的激光器發(fā)射離散光脈沖，打在物體上并反射, 接收器測(cè)量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時(shí)間。傳播時(shí)間即可被轉(zhuǎn)換為對(duì)距離的測(cè)量。多次反射形成多返回。形成“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)。28基于LIDAR的DSM測(cè)量29機(jī)載LiDAR技術(shù) 30地面LiDAR技術(shù) 31機(jī)載和地面LiDAR系統(tǒng)集成 32基于LIDAR的DSM/DTM測(cè)量33基于LIDAR的城市DSM測(cè)量34LiDAR采集DSM，DEM是高效、快捷的； 一般情況下，數(shù)據(jù)處理后

9、，LiDAR的高程精度優(yōu)于10CM，平面精度優(yōu)于30CM； 在不需要采集影像的情況下，LiDAR可以全天候采集； LiDAR對(duì)于植被有一定的穿透能力，對(duì)于地形比較復(fù)雜的地區(qū)，LiDAR采集具有明顯優(yōu)勢(shì)； LiDAR采集所需外業(yè)控制點(diǎn)很少，特別適合外業(yè)困難的地區(qū)航測(cè)； LiDAR在DSM，DEM數(shù)據(jù)生成方面，自動(dòng)化程度比傳統(tǒng)方法高數(shù)倍，特別適合大規(guī)模、工程化地形測(cè)量作業(yè)； LiDAR提供的高精度DEM，為工程設(shè)計(jì)行業(yè)提供了斷面數(shù)據(jù)采集的高效手段，大大減輕外業(yè)測(cè)量的工作。 353.4.2、合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量法-InSAR 要通過雷達(dá)影像獲取目標(biāo)的高程信息，必須得到由兩個(gè)“觀測(cè)點(diǎn)”對(duì)同一地域的兩幅

10、SAR影像構(gòu)成立體像對(duì)，利用楊氏雙狹縫光干涉原理進(jìn)行處理。363.4.3、基于多波束聲納的海底地形測(cè)量373.5、不同采集方法適宜性比較對(duì)DEM采集方法可以從性能、成本、時(shí)間、精度等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。應(yīng)當(dāng)指出,各種采集方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),因此選擇DEM采集的方法要從項(xiàng)目的需求、精度要求、設(shè)備條件、經(jīng)費(fèi)條件等方面考慮選擇合適的采集方法。 38四、原始數(shù)據(jù)采集的重要性原始數(shù)據(jù)采集也是建立數(shù)字高程模型所有工序中勞動(dòng)強(qiáng)度最大的工序 。龐大工作量和緊張的勞動(dòng)強(qiáng)度使得原始數(shù)據(jù)采集的勞務(wù)費(fèi)支出占去建立數(shù)字高程模型全部費(fèi)用的絕大部分。 在建立數(shù)字高程模型的各道工序中，唯有數(shù)據(jù)采集的工效和精度與所選數(shù)據(jù)源類型以及作業(yè)部門是否置備某種專用儀器有關(guān)。 數(shù)字高程模型成果的精度在很大程度上決定于原始數(shù)據(jù)點(diǎn)集的密度和分布方式。 39幾點(diǎn)結(jié)論DEM的生產(chǎn)的三個(gè)基本問題 ：DEM的精度、生產(chǎn)成本和效率 生產(chǎn)DEM數(shù)據(jù)應(yīng)注意的問題：