利用航片制作数字地面模型的方法探讨

宋志伟 曹彦玲 李丹峰 杨全超

摘 要：数字地面模型（DTM）是对地面形态和属性信息的数字表达，在工程设计中有广泛的应用，本文着重叙述了利用航片制作DEM的方法。

关键词：DEM 航测 模型

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0034-01

DTM模型（Digital Terrain Model）于50年代由MIT摄影测量实验室提出，是用数字形式描述地形表面的模型。实质上这是对地面形态和属性信息的数字表达。对于线路工程，由于线路设计对资料、数据要求有较高的精度，故需要使用大比例尺（一般为1∶500、1∶1000、1∶2000）地形图，在现实工作中很少有机会能取得现有地图，由于工程建设任务繁重，而工期要求往往很短；数字地面模型的数据点信息需要大量的实地采集数据，野外数据测量工作任务重。对于工作任务急，又要保证测图的精度，传统的测绘方法满足不了，利用航空摄影测量来获取数据点信息是一种非常实用且高效的方法。

1 DTM模型建立方法

1.1 创建立体模型

创建立体模型可以采用全野外控制点成果创建模型，也可采用自动空三加密创建模型，其操作方法都要通过3个步骤来实现，即内定向、相对定向和绝对定向。具体操作步骤有以下几点。

（1）内定向：像片内定向第一次使用相机时，需要建模板，先大致调整四角框标位于显示框内，然后调整框标至“+”十字标中间即可。

（2）相对定向：像片的相对定向是一个全自动的过程。但是在定向的过程中，经过会遇到影像不清或相邻影像色差较大的模型，则采用自动找点或人工找点相结合的方法，使相对定向点均匀分布于整个模型，以满足精度要求。

（3）绝对定向：航片的绝对定向是用外业数据将立体模型置平、纠偏的过程。在进行绝对定向时必须满足限差要求。

1.2 DTM数据采集

制作数字地面模型的主要信息数据就是特征点和特征线，其中特征线是表示地貌特征的主要结构线；特征点是特征线的辅助表示形式。采集方式应遵循真实反映实际地形，在地形变化处采集。

在制作数字地面模型的过程中，特征线的位置、密度选择恰当与否直接决定DTM精度，特征线应尽量选在地形变化处，如陡坎上、下边缘，山脊、山沟等处，采集时对于坎上下边缘线必须成对出现，如遇公路，则公路路基边缘线、坡口、坡脚线均应表示。而特征点应考虑选在平缓地带及地形的变换处，诸如山头、鞍部、凹地、山脊、山谷等。数据点间的距离就应以地表面形态和对数字地面模型的精度要求为依据。数据点布置太稀，导致建立起的数字地面模型与实地地形起伏存在较大的差异。数据点布置过密，将会增加数据点取样的工作量。采样点的密度按下列公式进行计算：

采样点平均间距：

D=

式中：D为采样点平均间距，m；

A为采样面积，m2；

n为采样点数。

采样点平均密度或间距应符合以下规定。（见表1）

在数据采集作业中应遵循以下原则。

（1）地形变换及山脊、山谷处必须测绘特征线，应严格切准地面，植被比较厚的地方应仔细辩别地形的变化，不可忽高忽低。

（2）数据点采样应适应地形变化均匀取点，不同地形交界处的点位密度应由稀到密或由密到稀，逐渐过渡。

（3）沿地形特征线采集数据时，应加密采样间隔，注意按地形变化取点，不得遗漏变坡点和地形特征点。

（4）按不同比例尺的要求，所有坎应全部采集，如遇公路、铁路等路堤、路堑均以采集，对于坡度均匀的斜坡中间不用采集多余的数据点。

（5）遇到沟渠、湖泊及池塘时，按图式要求，小于其宽度的用单线表示，大于其宽度的用双线并量测边上、下边沿线。

（6）遇桥时，比较小的桥可以按路面进行采集，大的桥应在桥中央采集一个单点，高程点应是水面的高程，不能是桥墩面的高程。桥面要闭合表示，桥下面必须测有相应的河流线穿过。涵洞的采集与桥大致相同。

（7）采集的特征线不能相交，不能闭合。

1.3 DTM数据处理

DTM数据处理一般包括数据格式的转换、坐标系统的变换等，其处理要根据设计要求进行数据处理。最常用的就是数据格式的转换。在VirtuoZoNT中首先把采集的特征线及特征点最终归属为两层，一层为点文件层；另一层为线文件层；然后导出文本文件*.Vvt格式，最后用DTM数据转换程序转换成存在于两种类型的文件格式，一类是点文件*.ASC格式；另一类为线文件*.POL格式。

2 结语

野外地面点位数据采集的过程也是最终成果的检验过程，特征点、特征线的采集直接影响到DTM数据的精度，只有正确掌握数据采集方法，才能真实地反映出实际地形的变化，制作出高精度的数字地面模型。

数字地面模型的应用非常广泛，在测绘中可用于绘制等高线及坡度、面积、体积等数据的获取，在公路勘察设计领域的应用中，DTM可自动完成对地面信息的数值计算和图形处理，包括任意点高程计算、纵横断面计算与绘图、体积计算、地形图、地貌透视图、路线带状平面图绘制、正射影像图制作等。

参考文献

[1] 交通部第二公路勘察设计院[S].1版.公路摄影测量规范（JTJ065-97）人民交通出版社，1999，6.

[2] 王国明，吕德风，吴淑清.基于Virtuozo数字摄影测量系统的正射影像制作[J].测绘工程，2000（4）.