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1、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,1-1 DEM制作方法与评价,扫描图定向,地形图扫描,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,1-1 DEM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
2、、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,1-1 DEM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。,1-1 DEM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；,1-1 DEM制作方法与评价,优点:,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
3、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。,1-1 DEM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。,1-1 DEM制作方法与评价,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
4、点:,1-1 DEM制作方法与评价,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。,1-2 DEM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,1-2 DEM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
5、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,1-2 DEM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,N,Y,1-2 DEM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，
6、并在图边标示图例。,地形图预处理,1-2 DEM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,N,Y,地形二底图,定向与校正,检查,N,Y,1-2 DEM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,1-2 DEM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
7、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,1-2 DEM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12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
8、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,1-2 DEM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,N,Y,高程赋值编辑,检查,N,Y,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,1-2 DEM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
9、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。,1-2 DEM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
10、图廓为辅助线封闭。6) 分层代码,1-2 DEM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,1-2 DEM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DEM,N,高程检测点,地形层,水域层,推测区层,辅助高程层,TIN,1-2 DEM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
11、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,1-2 DEM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
12、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,1-2 DEM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,N,Y,裁切接边编辑,检查验收,N,Y,N,DEM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,1-2 DEM制作工艺流程,1. 内插DEM1)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
13、与面编辑。,内插DEM,1-2 DEM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,1-2 DEM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,N,Y,检查验收,Y,N,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,N,Y,
14、DEM数据,1-2 DEM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/T1007-2001,GB/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,1-2 DEM制作工艺流程,二、 数字摄影测量法,影像扫描,1-2 DEM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)Eg TM SPOT IkONOS CBERS 6) 合成孔径干涉雷达(INSAR) 数据.,1-2 DEM制作工艺流程,
15、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.,1-2 DEM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,N,Y,影像扫描,定向建模,入库 刻盘记带,1-2 DEM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
16、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,1-2 DEM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,N,Y,Y,输出加密点成果,扫描影像,大地控制点,内定向批处理,检查,N,Y,区域平差,加密点成果,1-2 DEM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),1-2
17、 DEM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:每模型建立一个模型参数文件。,建立影像列表,1-2 DEM制作工艺流程,5.定向建模,内定向建模,检 查,相机参数,绝对定向建模,N,Y,核线影像,扫描影像,大
18、地控制点,相对定向,检查,N,Y,核线影像重采样,加密点成果,1-2 DEM制作工艺流程,STEP1=自动控寻4个框标，使影像放大并切准框标点位上；STEP2=自动量测计算：STEP3=检查定向精度，若不满意可人工精确对准框标点位，重新定向计算直至达到要求;,内定向,1-2 DEM制作工艺流程,1.相对定向、绝对定向方式STEP1=自动相对定向。自动寻找匹配准点，一般单模型型内不少于50点，且均匀分布：STEP2=根据得要，在一些困难区域 (如水城等缺乏纹理的地方)以及局部配准失真处的附近人工加测一些相对定向点; STEP3=人机交互绝对定向。先选取易于辨认的两个像控点精确照准后作概略绝对定向
19、, 在系统自动引导下依次量测，完成绝对定向。检查定向点坐标残差，若超限进行单点或全部重测，直至符合限差规定。,建 模,1-2 DEM制作工艺流程,2.自动建模方式。内定向后，自动导入像片定向参数完成建模。立体检查模型内上下视差及像控点平面高程是否在限差范围之内，如超出则作适当微调软件自动进行。对于不同软件，核线重采样可在相对定向后亦可在绝对定向后采用双线性或双三次眷积内插，分辨率保持不变。为减少数据量，一般在四个像控点连线外扩10mm(像片上) 立体模型范围内重采样，,建 模,1-2 DEM制作工艺流程,7.采集DEM,量测面状水域,检 查,内插DEM,N,Y,核线影像,地形信息编辑,检查,N
20、,Y,推测区域量测,量测特征点、线,影像相关,单模型DEM,1-2 DEM制作工艺流程,=量测特征点、线(分层赋代码)，用于提高影像自动立体配准的精度水系：河流、湖泊、水库、海岸线等特征点：山顶、凹地、鞍部等特征线：主要的山脊线、沟谷线、断裂线、地形交换线等。=点位(平面兼顾高程)均匀分布：点数由技术设计书具体提出。,量测面状水域,量测特征点、线,量测高程检查点,1-2 DEM制作工艺流程,=量测高程推测区范围(分层赋代码)喀斯特地貌区，移动沙丘区：无法准确量测高程的其他区域。=量测高程空白区范围(如果有，分层赋代码)航摄漏洞，云块阴影覆盖区；其他无法量测高程的区域。,推测区域量测,量测高程空
21、白区域,1-2 DEM制作工艺流程,STEP1=自动影像匹配，生成像方格网立体高程模型1.等视差曲线方式l) 在相对定向形成的影像匹配控制点以及人工增补的地形控制点基础上，自动进行左右影像立体配准，并形成等视差曲线。2) 人工立体观测检查匹配点与等视差曲线是否都切准地面立体模型，否则进行像方立体编辑 。,内插DEM,1-2 DEM制作工艺流程,包括重新定向与匹配、点编辑、面编辑等方法。对于面部辑应先将区域边界用封闭多边形标定 ，再修正其高程，如面状水域可将其强制压平，房屋密集区、森林植被覆盖区使高程整体升降，最终将等视差曲线修正到地面。,内插DEM,1-2 DEM制作工艺流程,2. 大、中格网
22、递进加密方式1)借助特征点、线自动匹配生成像方大格网DEM，并在智能步进扫描大格网的同时，人工监视各个格网点是否切准地面，根据需要随时人机交互点编辑。2)在此基础上生成像方中格网DEM，并采用分块方式逐块对竖状排列的中格网点高程点编辑，使每点高程都贴近地表。,内插DEM,1-2 DEM制作工艺流程,STEP2=内插物方DEMa. 在像方格网DBM基础上，采用双线性内插或构TIN内插方式生成地面(物方)标准格网间距的DEM。b单模型物方DEM范围： 像控点连线外扩100mc通过“四体漫游”检查DEM与模型的吻合情况；特别是沟谷等断裂线附近的点，如不符则应进行编辑(物方或像方)。亦可通过生成左右片
23、数字正射影像，配成零立体影像进行DEM粗差检测,内插DEM,1-2 DEM制作工艺流程,8.DEM拼裁,DEM裁切,DEM拼接,检查,N,Y,单模型DEM,DEM数据,入库 刻盘记带,元数据文件制作,检查验收,N,光盘/磁带,返回,Y,1-2 DEM制作工艺流程,STEP1=在DEM拼接环境下将图幅内的所有DEM模型进行拼接，检查覆盖范围，有无漏洞 如有，则应对所缺的DEM格网点进行精确定位(x, Y坐标)，然后设法补测。STEP2=对单模型DBM重叠区内同名格网点的高程较差进行统计分析，大于3倍高程中误差的点视为粗差，分析原因，上模型重测。合乎限差要求后，取两边中数作为重叠区内各个网点的高程
24、。,DEM拼接,单模型DEM,1-2 DEM制作工艺流程,9.元数据文件制作,元数据文件制作,检查,入库 / 刻盘/记带,N,Y,检查验收,Y,N,光盘/磁带,元数据文件,返回,高程检测点,空三数据,DEM数据,数据头文件制作,检查,N,Y,DEM数据,1-2 DEM制作工艺流程,三、数字化地形测量,高程测量数据源,数据格式转换,数据预处理,TIN 建立,文件数据制作,TIN编辑、拼裁,DEM格网内插建模,1-2 DEM制作工艺流程,1. 高程测量数据源1) 常规地形测量高程数据全要素地形测量数据DEM高程测量数据2) 数字化地形测量高程数据全要素地形测量数据DEM高程测量数据 3) GPS测
25、量高程数据静态（准动态）高程测量数据DGPS-RTK高程测量数据4) 激光扫描测高数据(LIDAR),1-2 DEM制作工艺流程,2.数据转换,通讯参数设置,导入系统,文件数据制作,导入数据编辑、入库,常规测量数据,数字测量数据,LIDAR数据,GPS测量数据,检查,N,Y,1-2 DEM制作工艺流程,3.数据预处理,编辑面状水域,生成坡、坎底点,高程数据,地形信息内插补点,检查,N,Y,推测区域编辑,编辑特征点、线,定义 特征点、线,TIN数据,1-2 DEM制作工艺流程,4. TIN 建立,编辑不参加建模点,创建编辑库,设置参加建模点类,TIN数据,创建TIN,文件数据制作,TIN编辑,检
26、查,N,Y,TIN库,1-2 DEM制作工艺流程,5. TIN拼裁,TIN裁切,TIN拼接,检查,N,Y,单模型TIN,测区TIN数据,入库 刻盘记带,元数据文件制作,检查验收,N,光盘/磁带,Y,返回,1-2 DEM制作工艺流程,6. DEM格网内插建模,内插 DEM格网,入库 / 刻盘/记带,检查验收,Y,N,光盘/磁带,元数据文件,导入TIN参数,单模型TIN,测区 TIN,格网参数设置,DEM数据,返回,1-2 DEM制作工艺流程,7.元数据文件制作,元数据文件制作,检查,入库 / 刻盘/记带,N,Y,检查验收,Y,N,光盘/磁带,元数据文件,导入TIN参数,单模型TIN,测区TIN,
27、数据头文件制作,检查,N,Y,TIN数据,返回,DRG数据,DEM数据,4D复合数字产品,1-3 DEM制作技术要求,一、地形图扫描矢量化法DEM制作技术要求Eg.1:10000数字高程模型1. 地形图扫描1)根据图面等高线密度选择扫描分辨率，宜采用几何分辨率500dpi扫描，一般不应低400dpi 2)根据扫描图像灰度直方图选择亮度值与阐值，确保二值化后不漏要素，尽量减少断线和粘连。2定向与几何校正=栅格图像经定向与几何校正后，内图廓点、公里格网点的坐标与理论值偏差不大于1.0m。,1-3 DEM制作技术要求,3矢量化1) 图形要素采集偏差2) 图形要素分层与代码应正确无误。3) 高程点、等
28、高线无遗漏，高程赋值无误。4) 在图幅范围内至少选择28个高程检查点数字化，其中每条图边附近各2点，其余点在国内均匀分布。该数据文件单独存储，交质检部门保存 。,点位置1m线位置15m,1-3 DEM制作技术要求,4与邻图接边与拼裁1)相邻图幅应保证要素的位置接边与属性接边。2)与周边图幅拼接，再根据需要作必要外扩，保证构造TIN的范围能覆盖所需的DEM；5.构造TIN=TIN图形与等高线底图叠合，无异常三角形(包括不合理平三角形与跨越等高线的狭长三角形等)。,4D复合数字产品,1-3 DEM制作技术要求,6.内插DEM 1)由DEM反生成的等高线与原图等高线按公里格网叠合检查，同名等高线偏移
29、不大于1/2等高距。2)接边处所有同名格网点的高程值应一致。7.DEM的图幅裁切与接边1)裁切范围符合CHT10082001条规定。2)相邻国幅DEM的公共格网点高程必须一致。8.元数据文件= 内容正确，无遗漏。,1-3 DEM制作技术要求,二、 数字摄影测量法DEM制作技术要求1. 影像扫描1) 扫描几何分辨率R的选择 同DOM生产,考虑:底片最高几何分辨率、最终产品几何精度及像片比例尺 2)扫描参数的调整 =原则上要便扫描影像的灰度直方图调整在0一255间并接近正态分布。3)影像质量=要求像幅范围内影像清晰，层次丰富，所有框标清晰。,1-3 DEM制作技术要求,2.定向精度要求,限差,地类
30、,平地,丘陵,山地,高山地,内定向,0.01mm,相对定向,0.02mm,绝对定向,平面,高程,2(m),2(m),3(m),3(m),0.3(m),0.75(m),1.5(m),2.25(m),1-3 DEM制作技术要求,3.DEM的格网间距与精度1)DEM格网间距采用5m5m。2)凡是用于内插DEM的数据(如视差曲线、像方格网模型等)，均应通过与影像立体模型配准，进行人机交互编辑，改正自动匹配造成的误差以及森林、楼宇高差，使之切准地面,去除粗差。4.DEM拼接1) 单模型DEM之间应至少有23个格网的重叠带。2) 接边前同名格网上高程较差不超过2倍格网点高程中误差、接边后所有同名格网点高程
31、应一致。,1-3 DEM制作技术要求,三、DEM质量评价1. 产品质量评定按照GBT18316执行2. 数字高程模型产品质量元素,附件 质量,基本 要求,数据 精度,上交贸料的完整性 数据命名&数据格式,数学基础, 格网间距, 高程精度 数据精度 接边精度 属性精度 要素的完整性逻辑一致性和完备性,元数据的正确性、完整性 文档贸科的正确性、完整性,一级质量元素,二级质量元素,1-3 DEM制作技术要求,3. 数字高程模型产品缺陷分类,A 图名或图号错B 数据格式不正确,数据文件不全,严重缺陷,轻缺陷,重缺陷,A 坐标系错 B 裁切范围小于规定要求 A 接边误差越限 C格网间距大于规定要求 B 格网点粗差 D有效范围缺数据 (误差13倍中误差) 不属于前两类缺陷 E格网点粗差(误差3倍)F高程中误差超限,A 缺文档簿、元数据等文档 B元数据项数不符合规定要求 C元数据中高程系错 D元数据或文档中大地坐标系措E元数据或文档中图廓经纬度错F元数据或文档薄中图号错G元数据项排列顺序锚,附件 质量,基本 要求,数据 精度,
