傾斜攝影測繪中的4D產品（DEM、DOM、DLG、DRG）制作方法

傾斜攝影技術是國際測繪領域近些年發展起來的一項高新技術，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜等五個不同的角度采集影像。
其中，垂直攝影影像，可經過傳統航空攝影測量技術處理，制作4D產品。下面，我們一起來了解下4D產品分別是什么，怎么制作。

1、DOM（數字正射影像圖）

數字正射影像圖（Digital Orthophoto Map,DOM)是以航攝像片或遙感影像（單色/彩色）為基礎，經掃描處理并經逐像元進行輻射改正、微分糾正和鑲嵌，按地形圖范圍裁剪成的影像數據，并將地形要素的信息以符號、線畫、注記、公里格網、圖廓（內/外）整飾等形式填加到該影像平面上，形成以柵格數據形式存儲的影像數據庫。它具有地形圖的幾何精度和影像特征。

1.影像特征

數字正射影像圖同時具有地圖幾何精度和影像特征的圖像。DOM具有精度高、信息豐富、直觀逼真、獲取快捷等優點，可作為地圖分析背景控制信息，也可從中提取自然資源和社會經濟發展的歷史信息或最新信息，為防治災害和公共設施建設規劃等應用提供可靠依據；還可從中提取和派生新的信息，實現地圖的修測更新。評價其它數據的精度、現實性和完整性都很優良。

2.制作方法

由于獲取制作正射影像的數據源不同，以及技術條件和設備的差異，數字正射影像圖的制作有多種方法，其中，主要包括下述三種方法：

1）全數字攝影測量方法。通過數字攝影測量系統來實現，即對數字影像對進行內定向、相對定向、絕對定向后，形成DEM，按反解法做單元數字微分糾正，將單片正射影像進行鑲嵌，最后按圖廓線裁切得到一幅數字正射影像圖，并進行地名注記、公里格網和圖廓整飾等。經過修改后，繪制成DOM或刻錄光盤保存。

2）單片數字微分糾正。如果一個區域內已有DEM數據以及像片控制成果，就可以直接使用該成果數據DOM，其主要流程是對航攝負片進行影像掃描后，根據控制點坐標進行數字影像內定向，再由DEM成果做數字微分糾正，其余后續過程與上述方法相同。

3）正射影像圖掃描。若已有光學投影制作的正射影像圖，可直接對光學正射影像圖進行影像掃描數字化，再經幾何糾正就能獲取數字正射影像的數據。幾何糾正是直接針對掃描變換進行數字模擬，掃描圖像的總體變形過程可以看做是平移、縮放、旋轉、仿射、偏扭、彎曲等基本變形的綜合作用結果。

2、DEM（數字高程模型）

數字高程模型（Digital Elevation Model)，簡稱DEM，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(DTM)的一個分支，其它各種地形特征值均可由此派生。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。

圖片來源：河南省谷歌地球高程dem等高線

1.建立方法

建立DEM的方法有多種。從數據源及采集方式講有：

1）直接從地面測量，所涉及的儀器有水平導軌、測針、測針架和相對高程測量板等構件，也可以用GPS、全站儀 、野外測量等高端儀器；

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，主要有整體內插 、分塊內插和逐點內插三種：

a)整體內插的擬合模型是由研究區內所有采樣點的觀測值建立的；

b)分塊內插是把參考空間分成若干大小相同的塊，對各分塊使用不同的函數；

c)逐點內插是以待插點為中心，定義一個局部函數去擬合周圍的數據點，數據點的范圍隨待插位置的變化而變化，因此又稱移動擬合法。

2.計算方法

計算方法包括有規則網絡結構和不規則三角網(簡稱TIN)兩種算法，目前常用的算法是TIN，通過等高線和高程點建立不規則的三角網(簡稱TIN)，然后在TIN基礎上通過線性和雙線性內插建DEM。

1）用規則方格網高程數據記錄地表起伏的優點有：（X，Y）位置信息可隱含，無需全部作為原始數據存儲，由于是規則方格網高程數據，以后在數據處理方面比較容易。缺點有：數據采集較麻煩，因為網格點不是特征點，一些微地形可能沒有記錄。

2）TIN結構數據的優點：能以不同層次的分辨率來描述地表形態，與格網數據模型相比，TIN模型在某一特定分辨率下能用更少的空間和時間更精確地表示更加復雜的表面，特別當地形包含有大量特征如斷裂線、構造線時，TIN模型能更好地顧及這些特征。

3.數據來源

數字高程模型的數據來源主要有以下幾種途徑：

攝影測量、地面測量、已有地形圖數字化、已有的DEM庫中提取。對于局部的土方工程計算而言，用攝影測量方式獲取數據(除非是應用原有資料)，顯然在經濟上是不合算的，已有的DEM庫多因網格間距較大，也不合適。因此在實際工作中主要采取應用已有的大比例尺地形圖掃描矢量化，或用全站儀、測距儀+電子平板直接測得到測點的三維坐標。

4.重要指標

DEM分辨率是DEM刻畫地形精確程度的一個重要指標，同時也是決定其使用范圍的一個主要的影響因素。DEM的分辨率是指DEM最小的單元格的長度。因為DEM是離散的數據，所以（X，Y）坐標其實都是一個一個的小方格，每個小方格上標識出其高程。這個小方格的長度就是DEM的分辨率。分辨率數值越小，分辨率就越高，刻畫的地形程度就越精確，同時數據量也呈幾何級數增長。所以DEM的制作和選取的時候要依據需要，在精確度和數據量之間做出平衡選擇。目前我國已經完成了1：50000地形圖的制作DEM的數據庫的建設。

圖片來源：黑龍江省谷歌地球高程dem等高線

5.用途

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、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、DRG（數字柵格地圖）

數字柵格地圖(DRG) 是現有紙質地形圖經計算機處理后得到的柵格數據文件。數字柵格地圖一般由矢量的數字線劃地圖直接進行格式轉換得到，因此在內容、幾何精度和色彩上與基本比例尺地形圖保持一致。

1.技術特征

數字柵格地圖(DRG)的技術特征為：地圖地理內容、外觀視覺式樣與同比例尺地形圖一樣，平面坐標系統以1980西安坐標系大地基準；地圖投影采用高斯-克呂格投影；高程系統采用1985國家高程基準。圖像分辨率為輸入大于400dpi；輸出大于250dpi。

2.制作方法

1）彩色底圖
原圖必須平整、無折，點線清晰、色彩標準；原圖現勢性應符合標準要求。
一張紙質等模擬地圖，通過掃描儀，其中CCD線陣感器對圖形進行分割，生成二維陣列系統，同時對每一系統的灰度（或分色）進行量化，再經二值化處理、圖形定向、幾何校正即形成一幅數字柵格地圖。

2）圖形掃描

采用掃描分辨率不低于400dpi的單色或彩色掃描儀掃描 。

3）圖幅定向
將柵格圖幅由掃描儀坐標變換為高斯投影平面直角坐標。
坐標轉換方式：大地測量常用的幾大坐標以及轉換方式

4）幾何校正

消除圖底及掃描產生的幾何畸變?？梢圆捎孟嚓P軟件對柵格圖像的畸變進行糾正，糾正時要按公里格網進行，通過仿射變換及雙線性變換，實現圖幅糾正。

5）色彩糾正

用PHOTOSHOP等圖像軟件進行柵格編輯，對單色圖按要素人工設色，對彩色圖作色彩校正，為使色彩統一，應按規定的R.G.B比例選擇所用的幾種色調。

6）最終產品

是經過無損壓縮的TIFF文件。

3.用途

DRG可作為背景用于數據參照或修測擬合其他地理相關信息，使用于數字線劃圖（DLG）的數據采集、評價和更新，還可與數字正射影像圖（DOM）、數字高程模型（DEM） 等數據信息集成使用。派生出新的可視信息，從而提取、更新地圖數據，繪制紙質地圖。

4、DLG（數字線劃地圖）

DLG即數字線劃地圖，是現有地形圖上基礎地理要素分層存儲的矢量數據集。DLG既包括空間信息也包括屬性信息，可用于建設規劃、資源管理、投資環境分析等各個方面，以及可作為人口、資源、環境、交通、治安等各專業信息系統的空間定位基礎。

1.特點

數字線劃地圖具有動態性，其內容和表現效果能夠實時修改，內容的補充、更新極為方便。數字線劃地圖內容的組織較為靈活，可以分層、分類、分級提供使用，能夠快速地進行檢索和查詢。數字線劃地圖顯示時，能夠漫游、開窗和放大縮小。數字線劃地圖所提供的信息能夠用于統計分析，進行輔助決策。

常見到的數字線劃地圖格式有Ac/Info的E00格式、 MapInfo的MIF格式、 MapGIs格式等。

2.數據組織方法及數據格式

數字線劃地圖的數據按圖幅進行組織，每幅數字線劃地圖由3類數據文件組成，即元數據文件、屬性數據文件和坐標數據文件。每幅圖的圖號作為所有數據文件的前綴，而后綴用來標識不同類型的數據文件。

元數據文件每幅圖一個，它是數字地圖的檔案信息，含有多項內容，根據所描述的內容不同，分別用字符型、整型、雙精度型、浮點型等數據類型表示，其長度和表示方法都有詳細的規定。這些內容主要包括數字地圖生產單位、生產日期、圖名、圖號、圖幅等高距、地圖比例尺圖廓點坐標地球橢球參數、大地坐標系統、地圖投影方式、坐標維數、高程基準、主要資料、接邊情況、地圖要素更新方法及更新日期等屬性數據文件是每一要素層1個。

屬性數據文件主要用來記錄某一要素層中點、線、面要素的編碼名稱、各種屬性描述、地圖圖形特征及地圖要素拓撲關系等信息。屬性文件的格式首先是要素層屬性項結構，然后是地圖要素的圖形特征,是實體點、有向點還是結點,是折線還是曲線，是特殊面(有嵌套關系的面)還是一般面，接下來是地理數據的資料來源，最后是地圖要素的拓撲關系，如鏈的始末節點號和鏈的左右面號。通過搜索和排序，可以建立起點、線、面要素的內在聯系。

坐標數據文件也是每一要素層1個，各個要素層的坐標文件格式是相同的，坐標數據文件主要用來記錄要素層上點狀線狀要素的具體坐標位，因此不同要素層坐標數據文件的長度是不同的。

各類數據文件的組織形式參見國家測繪局制定的《1:50000矢量地形數據(DLG)生產技術規定1:50000數字線劃圖(DIG)產品檢測與評價》等標準。

3.主要生產技術和方法

1）解析或機助數字化測圖。這種方法是通過解析測圖儀或模擬儀器對航片進行立體測圖，來獲得所需的DG數據，然后利用一些圖形處理軟件（如 AutoCAD等）對獲得的數據進行編輯，最終產生成果數據。

2）人機交互矢量化成圖。對現有的地形圖掃描，利用矢量化軟件（如 Geoscan、Mapscan）將掃描影像進行矢量化后轉入相應的系統中、對數據編輯處理后生成線劃圖。

3）在數字正射影像圖上，人工跟蹤框架要素數字化。這種方法利用 AutoCAD等軟件工具將現有的數字正射影像圖按一定比例插人工作區中，在屏幕上對所需的相應要素跟蹤采集，最后生成線劃圖。此外，也可以在數宇化板上跟蹤數字正射影像圖，提取有用要素。

4）數字攝影測量，三維跟蹤立測。目前國產的數字攝影測量軟件V irtuoZo系統與X - 4ADPW系統都具有相應的矢量圖系統，而且它們的精度指標都較高。