無人機攝影測量-任務5 數字高程模型DEM制作

工作任務5數字高程模型（DEM）制作2任務描述數字高程模型是攝影測量數字產品的主要內容之一。要生產某地區0.2m地面分辨率的4D產品，在完成了空三解算，得到符合規范要求的空三加密成果后，利用DoubleGrid軟件進行DEM產品的制作。任務分析生產某地區0.2m地面分辨率的4D產品。航攝采用數碼航攝儀進行數學航空攝影，像元大小為4.52um，焦距為35.2375mm，航向重疊度優于60%，旁向重疊度優于30%，質量符合規范要求。成果要求選擇高斯—克呂格投影，采用標準3度分帶平面直角坐標系，采用2000國家大地坐標系統，1985國家高程基準。現階段主要講解利用DoubleGrid軟件，在空三加密成果的基礎上，制作DEM產品并進行編輯，最終得到符合規范要求的成果。工作任務5數字高程模型（DEM）制作2任務實施數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：1.資料準備2.DEM制作與編輯3.DOM質檢工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：1.資料準備1）航攝像片2）空三加密成果3）像控點檢查點成果：用于DEM成果精度檢查工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：2.DEM制作與編輯DEM生產1）鼠標左鍵單擊菜單欄中的“DEM生產”，選擇“密集匹配”（或鼠標左鍵單擊工具欄中的密集匹配），彈出DPDemMch界面；工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：2.DEM制作與編輯DEM生產2）鼠標左鍵單擊菜單欄中的“處理”，選擇“匹配整個測區”，彈出DEMMatching界面；工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：2.DEM制作與編輯DEM生產3）1:2000比例尺，設置DEM間隔改為2，匹配方式改為ETM雙擴展匹配，點擊“OK”按鈕，直至運行完畢后DEMMatching界面自動關閉；依據行業規范：《CHT9008.2-2010-T基礎地理信息數字成果1：5001：10001：2000數字高程模型》，數字高程模型的格網尺寸設置如表1：表1數字高程模型的格網尺寸（單位：米）比例尺1：5001：10001：2000格網尺寸0.512工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：2.DEM制作與編輯DEM生產4）鼠標左鍵單擊菜單欄中的“處理”，選擇“編輯匹配點云”，彈出DPFilter界面；工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：2.DEM制作與編輯DEM生產5）鼠標左鍵單擊菜單欄中的“處理”，選擇“點云生成DEM”，彈出生成DEM界面；工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：2.DEM制作與編輯DEM生產6）將X間隔和Y間隔改為2，選擇“三角網算法”，勾選“平滑”、“無效區”、“濾波”，點擊“確定”；工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：2.DEM制作與編輯DEM生產7）在彈出的對話框中選擇“否”；關閉DPFilter界面，回到主界面。工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：2.DEM制作與編輯DEM編輯1）鼠標左鍵單擊菜單欄中的“DEM生產”，選擇“DEM編輯”，彈出DPDemEdt界面；工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：2.DEM制作與編輯DEM編輯2）在界面左下角StereoImagesPair列表空白處，單擊鼠標右鍵，選擇“測區”；工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：2.DEM制作與編輯DEM編輯3）在彈出的頁面，選擇工程路徑下dpp格式文件，點擊“打開”，左下角顯示導入的立體工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：2.DEM制作與編輯DEM編輯4）鼠標左鍵雙擊一組像對，右邊彈出模型和DEM窗口；戴上紅藍（綠）眼鏡，選擇區域，并通過編輯功能對DEM進行編輯工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：2.DEM制作與編輯DEM編輯5）切換其它像對繼續編輯，直至任務區域所有DEM都無問題；編輯完成后，鼠標左鍵單擊菜單欄中的“文件”，選擇“保存”及“退出”。工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：3.DOM質檢1）鼠標左鍵單擊菜單欄中的“DEM生產”，選擇“DEM質檢”工作任務5數字高程模型（DEM）制作2數字高程模型（DEM）制作利用DoubleGrid軟件進行DEM制作流程如下：3.DOM質檢2）在DEM質量檢查界面，點擊“BROWSE”選擇要檢查的DEM和導入檢查點。工作任務5數字高程模型（DEM）制作23.DOM質檢3）查看“精度報告”成果精度要滿足《CHT9008.2-2010-T基礎地理信息數字成果1：5001：10001：2000數字高程模型》國家規范的要求。數字高程模型精度分為三級，格網點的中誤差不應大于表2規定表2數字高程模型精度指標比例尺比例尺一級二級三級1：500平地0.2丘陵地0.4山地0.5高山地0.7平地0.25丘陵地0.5山地0.7高山地1.0平地0.37丘陵地0.75山地1.05高山地1.51：1000平地0.2丘陵地0.5山地0.7高山地1.5平地0.25丘陵地0.7山地1.0高山地2.0平地0.37丘陵地1.05山地1.5高山地3.01：2000平地0.4丘陵地0.5山地1.2高山地1.5平地0.5丘陵地0.7山地1.5高山地2.0平地0.75丘陵地1.05山地2.25高山地3.03

工作依據數字高程模型（DEM）制作1.DEM產品介紹19數字高程模型是DigitalElevationModel的縮寫，是一定范圍內規則格網點的平面坐標（X，Y）及其高程（Z）的數據集，它主要是描述區域地貌形態的空間分布，是通過等高線或相似立體模型進行數據采集（包括采樣和量測），然后進行數據內插而形成的。DEM是對地貌形態的虛擬表示，可派生出等高線、坡度圖等信息，也可與DOM或其它專題數據疊加，用于與地形相關的分析應用，同時它本身還是制作DOM的基礎數據。在我國，DEM是國家基礎地理信息數字成果的主要組成部分。圖5-1某地局部DEM圖3

工作依據數字高程模型（DEM）制作1.DEM產品介紹20數字高程模型中的高程z是平面坐標x，y的函數，可用數學公式表示：DEM是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型，是數字地形模型(DigitalTerrainModel，簡稱DTM)的一個分支。一般認為,DTM是描述包括高程在內的各種地貌因子，如坡度、坡向、坡度變化率等因子在內的線性和非線性組合的空間分布，其中DEM是零階單純的單項數字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度變化率等地貌特性可在DEM的基礎上派生。DTM的另外兩個分支是各種非地貌特性的以矩陣形式表示的數字模型，包括自然地理要素以及與地面有關的社會經濟及人文要素，如土壤類型、土地利用類型、巖層深度、地價、商業優勢區等等。實際上DTM是柵格數據模型的一種。它與圖像的柵格表示形式的區別主要是：圖像是用一個點代表整個像元的屬性，而在DTM中，格網的點只表示點的屬性，點與點之間的屬性可以通過內插計算獲得。圖5-2彩色渲染后的局部DEM圖3

工作依據數字高程模型（DEM）制作1.DEM產品介紹21建立DEM的方法有多種。從數據源及采集方式上來說，有：1、直接從地面測量,例如用GPS、全站儀、野外測量等；2、根據航空或航天影像，通過攝影測量途徑獲取,如立體坐標儀觀測及空三加密法、解析測圖、數字攝影測量等等;3、從現有地形圖上采集，如格網讀點法、數字化儀手扶跟蹤及掃描儀半自動采集然后通過內插生成DEM等方法。DEM內插方法很多,主要有分塊內插、部分內插和單點移面內插三種。目前常用的算法是通過等高線和高程點建立不規則的三角網(TriangularIrregularNetwork,簡稱TIN)。然后在TIN基礎上通過線性和雙線性內插建DEM。由于DEM描述的是地面高程信息，它在測繪、水文、氣象、地貌、地質、土壤、工程建設、通訊、氣象、軍事等國民經濟和國防建設以及人文和自然科學領域有著廣泛的應用。如在工程建設上，可用于如土方量計算、通視分析等；在防洪減災方面，DEM是進行水文分析如匯水區分析、水系網絡分析、降雨分析、蓄洪計算、淹沒分析等的基礎;在無線通訊上，可用于蜂窩電話的基站分析等等。3

工作依據數字高程模型（DEM）制作2.DEM原理與采集方法222.1DEM原理根據DEM的概念，DEM是表示區域D上地形的三維向量有限序列{（Xi，Yi，Zi），i=1，2，…，n}，其中（Xi，Yi）∈D是平面坐標，Zi是（Xi，Yi）對應的高程。當該序列中各向量的平面點位是規則格網排列時，則其平面坐標（Xi，Yi）可省略，此時DEM就簡化為一維向量序列{Zi，i=1，2，3，…，n}。在實際運用中，許多人習慣將DEM稱為DTM，實質上它們是不完全相同的。3

工作依據數字高程模型（DEM）制作2.DEM原理與采集方法232.1DEM原理DEM有多種表現形式，主要包括規則矩形格網與不規則三角網等為了減少數據的存儲量及便于使用管理，可利用一系列在X，Y方向上都是等間隔排列的地形點的高程Z表示地形形成一個矩形格網DEM。其任意一個點Pij的平面坐標可根據該點在DEM中的行列號j，i及存放在該頭文件的基本信息推算出來。這些基本信息應包括DEM起始點（一般為左下角）坐標X0，Y0。DEM網格在X方向與Y方向的間隔DX，DY及DEM的行列數NY，NX等。例如：點Pij的平面坐標（Xi，Yi）則表示為：Xi=X0+i*DX（i=0，1，2，…，NX-1）Yi=Y0+i*DY（i=0，1，2，…，NY-1）3

工作依據數字高程模型（DEM）制作2.DEM原理與采集方法242.1DEM原理由于矩形格網DEM存儲量最少，非常便于使用且容易管理，因而是目前最廣泛的一種形式，如圖5-3所示。但其缺點是有時不能準確表示地形圖的結構與細部，因此基于DEM描繪的等高線不能準確表示地貌。為克服其缺點，可采用附加地形特征數據，如地形特征點、山脊線、山谷線、斷裂線等，從而構成完整的DEM。若將地形特征采集的點按一定規則連接成覆蓋整個區域且互不重疊的許多三角形，可構成一個不規則三角網TIN（TriangulatedIrregularNetwork）表示的DEM，通常稱為三角網DEM或TIN。TIN能夠較好的顧及地貌特征點、線，表示復雜地形表面比矩形格網精確。其缺點是數據量較大，數據結構較復雜，因而使用管理也較復雜。為了建立DEM，必需量測一些點的三維坐標，這就是DEM數據采集或DEM數據獲取。被測量三維坐標的這些點稱為數據點或參考點。3

工作依據數字高程模型（DEM）制作2.DEM原理與采集方法252.2

DEM數據點的采集地面測量：利用自動記錄的測距經緯儀（常稱為電子測速經緯儀或全站經緯儀）在野外實測。這種速測經緯儀一般都有微處理器，它可以自動記錄與顯示有關數據，還能進行多種測站上的計算工作。其記錄的數據可以通過串行通訊等方式，輸入其他計算機進行處理。現有地圖數字化：這是利用數字化儀對已有地圖上的信息（如等高線，地形線等）進行數字化的方法。目前常用的數字化儀有手扶跟蹤數字化儀與掃描數字化儀。（一）DEM數據點的采集方法3

工作依據數字高程模型（DEM）制作2.DEM原理與采集方法262.2

DEM數據點的采集（1）手扶跟蹤數字化儀：將地圖平放在數字化儀的臺面上，用一個帶有十字絲的鼠標，手扶跟蹤等高線或其他地形地物符號，按等時間間隔或等距離間隔的數據流模式記錄平面坐標，或由人工按鍵控制平面坐標的記錄，高程則需由人工按鍵輸入。其優點是所獲取的向量形式的數據在計算其中比較容易處理；缺點是速度慢，人工勞動強度大。（2）掃描數字化儀：利用平臺式掃描儀或滾筒式掃描儀或CCD陣列對地圖掃描，獲取的是柵格數據，即一組陣列式排列的數字影像。其優點是速度快又便于自動化，但獲取的數據量很大且處理復雜，將柵格數據轉換成矢量數據還有許多問題需要研究，要實現完全自動化還需要做很多工作。空間傳感器：利用GPS，雷達和激光測高儀等進行數據采集。數字攝影測量方法：這是DEM數據點采集最常用的一種方法。利用附有自動記錄裝置（接口）的立體測圖儀或立體坐標儀，解析測圖儀及數字攝影測量系統，進行人工，半自動或全自動的量測來獲取數據。（一）DEM數據點的采集方法3

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DEM數據點的采集（1）數字攝影測量是空間數據采集最有效的手段，它具有效率高、勞動強度低等優點。利用計算機輔助測圖系統可進行人工控制的采樣，即X，Y，Z三個坐標的控制全部由人工操作；利用解析測圖儀或機控方式的機助測圖系統可進行人工或半自動控制的采樣，其半自動的控制一般由人工控制高程Z，而由計算機控制平面系統X，Y的驅動：半自動測圖系統則是利用計算機立體視覺代替人眼的立體觀測。在人工或半自動方式的數據采集中，記錄可分為”點模式”和”流模式”。前者是根據控制信號記錄靜態量測數據；后者是按一定規律連續性地記錄動態的量測數據。（二）數字攝影測量的DEM數據采集方式3

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DEM數據點的采集（2）沿等高線采樣：在地形復雜及陡峭地區，可采用沿等高線跟蹤的方式進行數據采集，而在平坦地區，則不宜采用沿等高線的采樣。沿等高線采樣可按等距離間隔記錄數據或按等時間間隔記錄數據方式進行。當采用后者時，由于在等高線曲率大的地方跟蹤速度較慢，因而采集的點較密集，而在等高線曲率小的地方跟蹤速度較快，采集的點較稀疏，故只要選擇恰當的時間間隔，所記錄的數據就能很好地描述地形，且不會有太多的數據。（3）規則格網采樣：利用解析測圖儀在立體模型中按規則矩形進行采樣，直接構成規矩格網DEM。當系統驅動測標到格網點時，會按預先選定的參數停留一短暫的時間，供作業人員精確測量。該方法的優點是方法簡單、精度較高、作業效率也較高；缺點是特征點可能丟失，基于這種矩形格網DEM繪制的等高線有時不能很好的表示地形特征。（二）數字攝影測量的DEM數據采集方式3

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DEM數據點的采集（4）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，案等距離方式或等時間方式記錄斷面上點的坐標。由于量測是動態的進行，因而此種方法獲取數據的精度要比其他方法要差，特別是在地形變化趨勢改變處，常常存在系統誤差。在傳統攝影測量中，該方法作業效率是最高的，一般用于正攝影圖的生產。對于精度要求較高的情況，應當從測定的斷面數據中消去掃描的系統誤差。（5）漸進采樣：為了使采樣點分布合理，即平坦地區采樣較少，地形復雜地區采樣較多，可采用漸進采樣的方法。先按預定的比較稀疏的間隔進行采樣，獲得一個較稀疏的網格，然后分析是否需要對格網加密。（6）選擇采樣：為了準確的反映地形，可根據地形特征進行選擇采樣，例如，沿山脊線、山谷線、斷裂線進行采樣以及離散碎部點（如山頂）的采集。這種方法獲取的數據尤其適合于不規則三角網DEM的建立，但顯然其數據的存貯管理與運用均較為復雜。（二）數字攝影測量的DEM數據采集方式3

工作依據數字高程模型（DEM）制作2.DEM原理與采集方法302.2

DEM數據點的