第一章DEM数字产品制作技术

4D数字产品生产与建库技术主讲：周立第一章DEM数字产品制作技术(1)DEM制作方法与评价(2)DEM生产工艺流程(3)DEM制作技术要求§1-1DEM制作方法与评价扫描图定向地形图扫描现有地形图扫描矢量化方法数字化地形测量数字摄影测量方法一、主要技术方法交互矢量化赋高程构TIN内插生成DEM图根控制测量航片影像扫描数字定向数字立体建模自动获取编辑DEM地形图扫描地形数据采集图形编辑自动获取编辑DEM§1-1DEM制作方法与评价二、DEM制作方法评价1.适用于国家基础地理信息数据库数据产品加工，即符合国际化产品标准的DEM数字产品，2.适用于城市基础地理信息数据库数据产品化加工3.适用于大型、区域性专业地理信息数据库数据产品化加工，生产出的满足专业性地理信息系统需要的DEM空间数据。数字摄影测量方法§1-1DEM制作方法与评价优点:•：数字摄影测量方法技术成熟，基于格网建模，数据存贮、处理简便。自动化程度高，生产效率高，特别适用于大区域、地形连续、全局性DEM表面建模。§1-1DEM制作方法与评价缺点:1)设备软件投入大，生产成本高；2)对高精度、复杂地形条件下建模误差较大。3)作业人员要求高、培训复杂；§1-1DEM制作方法与评价优点:现有地形图扫描矢量化方法技术成熟，工艺流程简单,基于格网或TIN建模，数据处理灵活。设备软件投入少，生产成本低；人机交互便捷，能方便地融合、获取地形特征描述数据，控制复杂地形地貌。特别适用于小区域、地形复杂、高精度专业地理信息数据库数据产品化加工DEM表面建模。§1-1DEM制作方法与评价缺点:1)自动化程度低；2)生产周期长、效率低，。3)作业人工干预多，跟踪误差大，易出错。4)不适用于大区域、全局性DEM表面建模。现有地形图扫描矢量化方法§1-1DEM制作方法与评价数字化地形测量工艺流程较简单,基于TIN建模，数据结构简单,地形特征描述处理灵活。设备软件投入较少，生产成本较低；能方便地融合、获取地形特征数据控制复杂地形地貌。特别适用于小区域、地形复杂、高精度专业地理信息数据库数据产品化加工DEM表面建模。优点:§1-1DEM制作方法与评价数字化地形测量缺点:1)内业编辑处理工作量较大,自动化程度较低2)生产周期长、效率低，3)作业人员野外工作量大，劳动强度高；地形特征点获取与作业员技术水平关系密切，野外难以整体控制复杂地形地貌，导至误差大，易出错。4)作业人员要求较高、培训较复杂5)不适用于大区域、全局性DEM表面建模。§1-2DEM制作工艺流程一、地形图扫描矢量化法地图数据源地图扫描地图预处理矢量化构TIN文件数据制作内插DEM§1-2DEM制作工艺流程4D数字产品1、地图数据源1)印刷地形图•国家基本比例尺地形图•城市中、大比例尺地形图•工程规划设计专业中、大比例尺地形图2)合版、分版二底图•国家基本比例尺二底图•城市中、大比例尺二底图3)铅笔地形源图•城市中、大比例尺地形源图•工程规划设计专业中、大比例尺地形源图§1-2DEM制作工艺流程2.地图预处理印刷地形图地形图预处理检查预处理图矢量化元数据文件制作NY§1-2DEM制作工艺流程•1)原图为刻图膜的先翻晒二底图；•2)按矢量化软件与技术要求，建立图层控制模板，设置图层属性项及其字段名、字段类型、字节数及显示色等;•3)建立测区文件管理的目录路径。•4)图幅等高线接边检查，特别是等高距不相同的图幅，有矛盾处应作出标示并提出处理方法进行修正:•5)选择高程检测点点位，绘出推测区范围，并在图边标示图例。地形图预处理§1-2DEM制作工艺流程3.地图扫描印刷地形图地形图扫描检查DRG数据矢量化元数据文件制作NY地形二底图定向与校正检查NY§1-2DEM制作工艺流程•1)选择适当的扫描分辨率。•2)通过试验选择恰当的图像亮度值与阈值。•3)减少数据量上下图廓线尽可能放置得与扫描方向垂直；超出图廓整饰信息范围之外的无用数据裁去。地形图扫描§1-2DEM制作工艺流程•1)选择适合的坐标变换公式。•2)设置地图重采样分辨率。一般采用其原始扫描分辨率，最临近点法重采样。•3)坐标转换。Eg.如要将1954年北京坐标系转换为1980西安坐标系，则应根据每幅图左下角公里格网坐标改正数，换算至1980西安坐标系．每幅图四个图廓点的坐标改正数可能不相同,但同一个图廓点不论对周边哪幅图，改正数是惟一的。•4)根据坐标变换公式确定控制点个数，选择点位位置相似变换=至少量测两点(内图廓的对角)，再加另两角点作为多余观测；仿射交换=至少量测三点(三内图廓点)，再加上一角点作为多余观测；定向与几何校正§1-2DEM制作工艺流程双线性交换=至少量测四个内图廓点，再在图幅中部加测1—2个格网点；二次多项式变换=至少量测六点(内图廓点四角，图内均匀分布两个格网点)，另加三个以上格网点逐格网几何校正=如图幅几何变形无规律，导致整幅图坐标变换残差超限，则应采取逐格双线性交换或三角网仿射变换，此时无需多余观测点。•5)依次切准点位，录入其高斯平面坐标。量测定向点时，应在放大状态使光标精确对准栅格影像的点位中心。•6)平差计算。检查残差，如超限应分析原因，对可疑点重测重算。必要时，提升几何校正坐标变换方式，直至合格。定向与几何校正§1-2DEM制作工艺流程4.矢量化印刷地形图人机交互等高线矢量化检查DRG数据构造TIN元数据文件制作NY高程赋值编辑检查NY自动跟踪等高线矢量化N高程检测点地形层水域层推测区层辅助高程层§1-2DEM制作工艺流程4.矢量化•1)人机交互方式矢量化=全要素版地形图,•2)自动矢量化=分版等高线要素。•3)对采用“流”或“管道”方式自动跟踪线划要素的软件，应恰当选择参数设置，既保证线划位置精度，又有效控制采样点的密度、减少数据冗余，保证构TIN时三角网与等高线之间关系合理。一般情况下，管道半径控制在1m,管长在平地设置为50m、丘陵30m、山地10m左右。•4)等高线应连续，地貌符号(如陡崖、斜坡、双线冲沟等)要尽可能转变为等高线表示，合理反映变坡线的位置。§1-2DEM制作工艺流程4.矢量化•5)封闭水域应将水涯线作为具有相同高程“等高线”来采集，水涯线高程应与上下游及周边的等高线高程点的高程相协调，构TIN时形成合理的“平三角形”。双线河按水涯线采集。当面状水域跨图幅边则以图廓为辅助线封闭。•6)分层代码地形信息层层名要素内容几何特征代码备注高程点等高线线点7201071000水准点§1-2DEM制作工艺流程•6)分层代码地形层水域层推测区层辅助高程层§1-2DEM制作工艺流程5.构造TIN构造TIN检查与邻图拼接元数据文件制作Y内插DEMN高程检测点地形层水域层推测区层辅助高程层TIN§1-2DEM制作工艺流程(1)属性接边=首先检查要素代码与高程的正确性，保证同属性要素才能接边;(2)位置接边=原则:•几何形态的合理性,等高线平滑自然:•接边差3m,可只移动一方接边。•接边差3—6m，两边向中间各移一半。•接边差6m,检查分析原因，再作处理。一般处理原则是：根据成图方法低精度向高精度靠，根据成图时间旧数据向新数据靠，两边情况完全等同时各改一半强行接边。•不同等高距的图幅接边，只接同高程的等高线。•跨带簇边=将邻带图幅进行投影变换成为本带坐标再进行矢量数据接边，接好边再反变换回去。•相邻图幅采用不同高程基准,等高线不作接边,与邻图拼接§1-2DEM制作工艺流程1.预处理•1)检查有无隐藏的高程粗差；•2)对同一条等高线上采样间距过大的高程点列进行内插加密处理，避免出现三角形跨越等高线；•3)对山头或凹地无高程点的闭合等高线，狭长而坡缓的谷底，无高程点垭口等处，(自动)内插特征点或特征线，用于构TIN，避免出现不合理的“平三角形”。2.构TIN=检查其合理性，并作优化处理：将IIN三角网与等高线以不同颜色叠合显示作屏幕检查：将“平三角形”区域用颜色普染显示；对不合理的平三角形内部加高程点编辑，然后再重构TIN；对跨越中间等高线而构成的非等坡三角形进行检查与加点处理。构造TIN§1-2DEM制作工艺流程6.内插DEM内插DEM检查TIN数据元数据文件制作NY裁切接边编辑检查验收NYNDEM数据地形层水域层推测区层辅助高程层光盘/磁带地形数据水域数据推测区数据特征点线数据返回入库刻盘记带§1-2DEM制作工艺流程1.内插DEM•1)输入格网间距。•2)内插DBM。•3)用内插的DEM反生成等高线，使之与原始等高线按不同色叠合显示。•4)检查同名等高线的偏离值，对超出限差的区域进行DEM的点编辑与面编辑。内插DEM§1-2DEM制作工艺流程2.裁切接边编辑•1)按DEM上交成果范围进行裁切。•2)与邻图DEM接边•按本图幅只负责与西、北及西北向的三幅邻图接边规则进行；相邻图幅采用不同等高距时，其允许的接边误差以大等高距计算；在限差范围内的格网点上，取两个(或三个)同名点高程的平均值作为该点高程裁切接边编辑§1-2DEM制作工艺流程7.元数据文件制作元数据文件制作检查DRG数据入库/刻盘/记带元数据文件制作NY检查验收YN光盘/磁带地形数据水域数据推测区数据特征点线数据返回高程检测点TIN数据DEM数据数据头文件制作检查NYDEM数据§1-2DEM制作工艺流程7.元数据文件制作元数据文件制作数据头文件制作CH/T1007-2001GB/T17798-1999元数据基础地理信息数字产品地球空间数据交换格式§1-2DEM制作工艺流程二、数字摄影测量法影像扫描影像数据源空中三角测量定向建模采集DEM文件数据制作DEM拼裁非影像数据源§1-2DEM制作工艺流程1、影像数据源•1)航摄负片全色航摄负片彩红外航摄负片•2)航摄影像数据(CCD数字摄影)•3)陆地摄影负片•4)陆地数字摄影•5)卫星影像数据全色影像数据彩色影像数据(多波段、多光谱)EgTMSPOTIkONOSCBERS•6)合成孔径干涉雷达(INSAR)数据•……...§1-2DEM制作工艺流程2.非影像数据源•1)相机参数文件•2)GPS卫星定位数据•3)常规大地控制测量数据•4)外业调绘图件资料•5)相关技术规范:数字高程模型(DEM)生产技术规定数字高程模型(DEM)产品检测与评价规定……..§1-2DEM制作工艺流程3.影像扫描扫描参数设置检查摄影负片影像数据NY影像扫描定向建模入库刻盘记带§1-2DEM制作工艺流程1)确定扫描分辩率：2)测定影像灰度并作线性变换调整，使整幅影像灰度直方图基本呈正态分布。•同一航线或整个摄区如影像色调基本—致，可采用首、尾片及中间—片进行测试，如果结果相近，则取中数作为统一的扫描参数使用。否则应分区、分段甚至分片调整其灰度直方图。确定扫描范围•保证框标影像齐全,缩小扫描范围。减少数据量。扫描参数设置影像扫描§1-2DEM制作工艺流程4.空中三角测量建立影像列表检查相机参数控制点量测编辑NYY输出加密点成果扫描影像大地控制点内定向批处理检查NY区域平差加密点成果§1-2DEM制作工艺流程1.建立空三加密成果数据文件：(1)像控点坐标文件(亦全野外测量ASC11码)；(2)像片定向参数文件Eg当采用光束法区域网平差，则可获得每张像片精确的6个外方位元素及其空间坐标变换的9个旋转矩阵参数。建立影像列表点号x坐标(北向)Y坐标(东向)Z(高程)§1-2DEM制作工艺流程2.建立相机参数文件，供像片内定向用。1)内容包括：焦距，框标坐标，像主点与自准直点坐标，径向畸变差2)根据像片上仪表位置与坐标系略图．按框标位置与编号输入框标坐标值及其他参数。3)文件命名根据所采用软件的要求设定。3.建立检测点坐标文件，供质检部门最终检测DEM高程精度使用。文件内容、数据格式与像控点坐标文件相同4.建立项目参数文件参数内容：航摄比例尺，成图比例尺，等高距，DEM格网间距筹：5.模型参数文件:每