倾斜摄影测绘中的4D产品（DEM、DOM、DLG、DRG）制作方法

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像。

其中，垂直摄影影像，可经过传统航空摄影测量技术处理，制作4D产品。下面，我们一起来了解下4D产品分别是什么，怎么制作。

数字正射影像图（Digital Orthophoto Map,DOM)是以航摄像片或遥感影像（单色/彩色）为基础，经扫描处理并经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌，按地形图范围裁剪成的影像数据，并将地形要素的信息以符号、线画、注记、公里格网、图廓（内/外）整饰等形式填加到该影像平面上，形成以栅格数据形式存储的影像数据库。它具有地形图的几何精度和影像特征。

1.影像特征

数字正射影像图同时具有地图几何精度和影像特征的图像。DOM具有精度高、信息丰富、直观逼真、获取快捷等优点，可作为地图分析背景控制信息，也可从中提取自然资源和社会经济发展的历史信息或最新信息，为防治灾害和公共设施建设规划等应用提供可靠依据；还可从中提取和派生新的信息，实现地图的修测更新。评价其它数据的精度、现实性和完整性都很优良。

2.制作方法

由于获取制作正射影像的数据源不同，以及技术条件和设备的差异，数字正射影像图的制作有多种方法，其中，主要包括下述三种方法：

1）全数字摄影测量方法。通过数字摄影测量系统来实现，即对数字影像对进行内定向、相对定向、绝对定向后，形成DEM，按反解法做单元数字微分纠正，将单片正射影像进行镶嵌，最后按图廓线裁切得到一幅数字正射影像图，并进行地名注记、公里格网和图廓整饰等。经过修改后，绘制成DOM或刻录光盘保存。

2）单片数字微分纠正。如果一个区域内已有DEM数据以及像片控制成果，就可以直接使用该成果数据DOM，其主要流程是对航摄负片进行影像扫描后，根据控制点坐标进行数字影像内定向，再由DEM成果做数字微分纠正，其余后续过程与上述方法相同。

3）正射影像图扫描。若已有光学投影制作的正射影像图，可直接对光学正射影像图进行影像扫描数字化，再经几何纠正就能获取数字正射影像的数据。几何纠正是直接针对扫描变换进行数字模拟，扫描图像的总体变形过程可以看做是平移、缩放、旋转、仿射、偏扭、弯曲等基本变形的综合作用结果。

数字高程模型（Digital Elevation Model)，简称DEM，是一定范围内规则格网点的平面坐标（X,Y）及其高程（Z）的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布，是通过等高线或相似立体模型进行数据采集（包括采样和量测），然后进行数据内插而形成的。

DEM是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(DTM)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。一般认为，DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。

图片来源：河南省谷歌地球高程dem等高线

1.建立方法

建立DEM的方法有多种。从数据源及采集方式讲有：

1）直接从地面测量，所涉及的仪器有水平导轨、测针、测针架和相对高程测量板等构件，也可以用GPS、全站仪 、野外测量等高端仪器；

2）根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取，如立体坐标仪观测及空三加密 法、解析测图、数字摄影测量等等；

3）从现有地形图上采集，如格网读点法、数字化仪手扶跟踪及扫描仪半自动采集然后通过内插生成DEM等方法。

DEM内插方法很多，主要有整体内插 、分块内插和逐点内插三种：

1）整体内插的拟合模型是由研究区内所有采样点的观测值建立的；

2）分块内插是把参考空间分成若干大小相同的块，对各分块使用不同的函数；

3）逐点内插是以待插点为中心，定义一个局部函数去拟合周围的数据点，数据点的范围随待插位置的变化而变化，因此又称移动拟合法。

2.计算方法

计算方法包括有规则网络结构和不规则三角网(简称TIN)两种算法，目前常用的算法是TIN，通过等高线和高程点建立不规则的三角网(简称TIN)，然后在TIN基础上通过线性和双线性内插建DEM。

1）用规则方格网高程数据记录地表起伏的优点有：（X，Y）位置信息可隐含，无需全部作为原始数据存储，由于是规则方格网高程数据，以后在数据处理方面比较容易。缺点有：数据采集较麻烦，因为网格点不是特征点，一些微地形可能没有记录。

2）TIN结构数据的优点：能以不同层次的分辨率来描述地表形态，与格网数据模型相比，TIN模型在某一特定分辨率下能用更少的空间和时间更精确地表示更加复杂的表面，特别当地形包含有大量特征如断裂线、构造线时，TIN模型能更好地顾及这些特征。

3.数据来源

数字高程模型的数据来源主要有以下几种途径：

摄影测量、地面测量、已有地形图数字化、已有的DEM库中提取。对于局部的土方工程计算而言，用摄影测量方式获取数据(除非是应用原有资料)，显然在经济上是不合算的，已有的DEM库多因网格间距较大，也不合适。因此在实际工作中主要采取应用已有的例尺地形图扫描矢量化，或用全站仪、测距仪+电子平板直接测得到测点的三维坐标。

4.重要指标

DEM分辨率是DEM刻画地形精确程度的一个重要指标，同时也是决定其使用范围的一个主要的影响因素。DEM的分辨率是指DEM最小的单元格的长度。因为DEM是离散的数据，所以（X，Y）坐标其实都是一个一个的小方格，每个小方格上标识出其高程。这个小方格的长度就是DEM的分辨率。分辨率数值越小，分辨率就越高，刻画的地形程度就越精确，同时数据量也呈几何级数增长。所以DEM的制作和选取的时候要依据需要，在精确度和数据量之间做出平衡选择。目前我国已经完成了1：50000地形图的制作DEM的数据库的建设。

图片来源：黑龙江省谷歌地球高程dem等高线

5.用途

由于DEM描述的是地面高程信息，它在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、 通讯、军事等国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域有着广泛的应用。如在工程建设上，可用于如土方量计算、通视分析等；在防洪减灾方面，DEM是进行水文分析如汇水区分析、水系网络分析、降雨分析、蓄洪计算、淹没分析等的基础；在无线通讯上，可用于蜂窝电话的基站分析等等。

数字栅格地图(DRG) 是现有纸质地形图经计算机处理后得到的栅格数据文件。数字栅格地图一般由矢量的数字线划地图直接进行格式转换得到，因此在内容、几何精度和色彩上与基本比例尺地形图保持一致。

1.技术特征

数字栅格地图(DRG)的技术特征为：地图地理内容、外观视觉式样与同比例尺地形图一样，平面坐标系统以1980西安坐标系大地基准；地图投影采用高斯-克吕格投影；高程系统采用1985国家高程基准。图像分辨率为输入大于400dpi；输出大于250dpi。

2.制作方法

1）彩色底图

原图必须平整、无折，点线清晰、色彩标准；原图现势性应符合标准要求。

一张纸质等模拟地图，通过扫描仪，其中CCD线阵感器对图形进行分割，生成二维阵列系统，同时对每一系统的灰度（或分色）进行量化，再经二值化处理、图形定向、几何校正即形成一幅数字栅格地图。

2）图形扫描

采用扫描分辨率不低于400dpi的单色或彩色扫描仪扫描 。

3）图幅定向

将栅格图幅由扫描仪坐标变换为高斯投影平面直角坐标。

坐标转换方式：大地测量常用的几大坐标以及转换方式

4）几何校正

消除图底及扫描产生的几何畸变。可以采用相关软件对栅格图像的畸变进行纠正，纠正时要按公里格网进行，通过仿射变换及双线性变换，实现图幅纠正。

5）色彩纠正

用PHOTOSHOP等图像软件进行栅格编辑，对单按要素人工设色，对彩作色彩校正，为使色彩统一，应按规定的R.G.B比例选择所用的几种色调。

6）最终产品

是经过无损压缩的TIFF文件。

3.用途

DRG可作为背景用于数据参照或修测拟合其他地理相关信息，使用于数字线划图（DLG）的数据采集、评价和更新，还可与数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM） 等数据信息集成使用。派生出新的可视信息，从而提取、更新地图数据，绘制纸质地图。

DLG即数字线划地图，是现有地形图上基础地理要素分层存储的矢量数据集。DLG既包括空间信息也包括属性信息，可用于建设规划、资源管理、投资环境分析等各个方面，以及可作为人口、资源、环境、交通、治安等各专业信息系统的空间定位基础。

1.特点

数字线划地图具有动态性，其内容和表现效果能够实时修改，内容的补充、更新极为方便。数字线划地图内容的组织较为灵活，可以分层、分类、分级提供使用，能够快速地进行检索和查询。数字线划地图显示时，能够漫游、开窗和放大缩小。数字线划地图所提供的信息能够用于统计分析，进行辅助决策。

常见到的数字线划地图格式有Ac/Info的E00格式、 MapInfo的MIF格式、 MapGIs格式等。

2.数据组织方法及数据格式

数字线划地图的数据按图幅进行组织，每幅数字线划地图由3类数据文件组成，即元数据文件、属性数据文件和坐标数据文件。每幅图的图号作为所有数据文件的前缀，而后缀用来标识不同类型的数据文件。

元数据文件每幅图一个，它是数字地图的档案信息，含有多项内容，根据所描述的内容不同，分别用字符型、整型、双精度型、浮点型等数据类型表示，其长度和表示方法都有详细的规定。这些内容主要包括数字地图生产单位、生产日期、图名、图号、图幅等高距、地图比例尺图廓点坐标地球椭球参数、大地坐标系统、地图投影方式、坐标维数、高程基准、主要资料、接边情况、地图要素更新方法及更新日期等属性数据文件是每一要素层1个。

属性数据文件主要用来记录某一要素层中点、线、面要素的编码名称、各种属性描述、地图图形特征及地图要素拓扑关系等信息。属性文件的格式首先是要素层属性项结构，然后是地图要素的图形特征,是实体点、有向点还是结点,是折线还是曲线，是特殊面(有嵌套关系的面)还是一般面，接下来是地理数据的资料来源，最后是地图要素的拓扑关系，如链的始末节点号和链的左右面号。通过搜索和排序，可以建立起点、线、面要素的内在联系。

坐标数据文件也是每一要素层1个，各个要素层的坐标文件格式是相同的，坐标数据文件主要用来记录要素层上点状线状要素的具体坐标位，因此不同要素层坐标数据文件的长度是不同的。

各类数据文件的组织形式参见国家测绘局制定的《1:50000矢量地形数据(DLG)生产技术规定1:50000数字线划图(DIG)产品检测与评价》等标准。

3.主要生产技术和方法

1）解析或机助数字化测图。这种方法是通过解析测图仪或模拟仪器对航片进行立体测图，来获得所需的DG数据，然后利用一些图形处理软件（如 AutoCAD等）对获得的数据进行编辑，最终产生成果数据。

2）人机交互矢量化成图。对现有的地形图扫描，利用矢量化软件（如 Geoscan、Mapscan）将扫描影像进行矢量化后转入相应的系统中、对数据编辑处理后生成线划图。

3）在数字正射影像图上，人工跟踪框架要素数字化。这种方法利用 AutoCAD等软件工具将现有的数字正射影像图按一定比例插人工作区中，在屏幕上对所需的相应要素跟踪采集，最后生成线划图。此外，也可以在数宇化板上跟踪数字正射影像图，提取有用要素。

4）数字摄影测量，三维跟踪立测。目前国产的数字摄影测量软件V irtuoZo系统与X - 4ADPW系统都具有相应的矢量图系统，而且它们的精度指标都较高。

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