DOM 与真实三维地形的数据融合研究

■龙 熊 ■中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014

1 课题研究意义

随着GIS 理论和计算机图形学的飞速发展，三维GIS 的可视化已经成为当前的一个热点，数字水电也成为我们行业应用的一个重要领域。如何利用已有的大量的二维数据，并在这些数据的基础上实现三维景观可视化就具有十分重要的现实意义。

数字正射影像图(DOM)和数字地面高程模型(DEM)是基础地理空间信息产品的核心，对社会发展起着重要作用。作为单一的地理空间产品，它们有着各自的特点，如DEM 可转换为等高线图、透视图、断面图、地貌晕渲以及专题图等各种图解产品，或者按照用户的需求计算出体积、空间距离、表面覆盖面积等工程数据和统计数据;DOM 具有精度高、信息丰富、直观真实、获取快捷等优点，可作为背景控制信息，评价其它数据的精度、现实性和完整性，还可从中提取和派生新的信息，实现地图的修测更新。将这两种地理空间数据叠加在一起生成虚拟场景，使得相关的属性信息在地表模型上体现出来，可以进行动态三维演示、空间查询、相关分析与设计，这种技术正成为一种新的行业需求。

本次课题尝试将正射影像数据与地面高程数据叠加生成影像纹理立体地形图，可以让我们更加了解影像中的模式及其关联到地球表面形状的方式，更加简单、直观、方便地同时浏览地面的影像信息和平面与高程坐标。

2 数据准备

2.1 二维地形图

本次实验采用某料场1:2000 地形数据。由于后面成TIN 文件的要求，我们需要对地形图的中等高线进行连接处理，将被陡坎、道路、居民地等地物断开的同一高程的等高线一一连起来，以减少后面修改TIN 的工作量。

2.2 卫星影像图

卫星图像的获取有多种途径，需要分辨率较高的图像可以通过购买“quick bird”等卫星影像获取，如果对清晰度以及现势度要求不高的话，则可以通过公共资源获取，目前最容易的途径是通过Google Earth软件获取，Google Earth 上的卫星图片是以21 级金字塔的形式存储的，每一帧正射影像图为一个文件，级别越高清晰度越高，文件也越大，不同级别和经纬度的图像对应的IP 地址不同，我们可以通过对所需要的图像范围的经纬度进行和清晰度级别进行分析，从Google Earth 服务器上去获取这些图像，再对这些图像进行接边融合等处理，获得需要的卫星影像图。现在也有很多软件可以自动进行这些图片的获取和处理，如本次课题研究通过使用“水经注Google 卫星影像获取器”这一软件获取到了对应区域的卫星影像图。

3 数据处理

3.1 卫星影像纠正

实现DOM 和DEM 的融合，必须建立两者的对应关系，而原理是利用卫星影像和三维地形的平面坐标一一对应，将三维地形中每一个点的高程信息赋予相应的影像上的点，因此需要将卫星影像数据统一到地形数据的坐标系统中来。我们通过选取特征点对影像进行纠正来将两者匹配，纠正工具采用Global Mapper 软件。

打开Global Mapper，点击菜单“文件”-“矫正影像”，选择需要矫正的影像。

点击“选择投影”，设置工程坐标系的投影信息。

设置好投影后，我们在原始图像上选择能准确识别的控制点，通过鼠标点击控制点获得它们的准确像素坐标，在X、Y 栏输入控制点在工程坐标系中的坐标。一般在图像的四角以及中心位置均需选择控制点，控制点应均匀分布。所有的控制点选择完成后，点击确定即可完成影像纠正。

纠正后的影像通过菜单“文件”-“输出栅格和高程数据”-“Geo-TIFF”格式文件，设置各项图像信息后，即可输出纠正后带有坐标信息的影像。

3.2 生成DEM(TIN)

DEM(数字高程模型)，是一种对空间起伏变化的连续表示方法，可派生出等高线、坡度图等信息，也可与DOM 或其它专题数据叠加，用于与地形相关的分析应用，同时它本身还是制作DOM 的基础数据。它有GRID(格网)和TIN(不规则三角网)两种不同的表达方式，通常所说的DEM 即指格网DEM 和不规则三角网DEM，地形分析也基于此。本次课题使用的是不规则三角网DEM 的方式。

在MicroStation 里打开二维等高线图形文件，调出GEOPAK 模块，激活“Survey”中的“DTM Tools”。GeoTerrain 的各项功能都可通过这些工具得以实现。以下将介绍构TIN 的详细过程。

(1)提取DTM 信息。首先从等高线图形文件中提取信息，点击“Extract Graphics”，特征设置为“Feature:Counter”，框选图中所有等高线后单击“Apply”，计算机将提取所有等高线信息并将其写入dat 文件中。(2)建立三角网文件。点击“Build Triangles”，将“Dissolve Option”设置为“sliver”自动去除过于细长的三角形，设置好存放位置后单击“Process”，计算机将生成一个tin 文件。(3)装载DTM 特征。点击“Load DTM Feature”，将“Load File”选项设为TIN，选择tin 文件。将三角网显示属性设为“ON”，单击“Load”，三角网在文件中显示出来。如若想查看等高线也可将等高线显示属性设为“ON”。

三角网可以通过不同的方式查看，如若有不合理的地方，可点击“Edit Triangles”进行编辑修改。编辑后的三角网用“Smooth”方式显示效果如图3 -1 所示。

图3-1

4 实现DOM 和DEM 的融合

数据准备处理完毕后，即可在MicroStation 里将数字正射影像地形图作为纹理赋给三维地面模型，生成三维景观地形图以供演示、分析等使用。

打开MicroStation，load 上一步中生成的TIN 文件后，点击“Primary Tools”-“Raster Manager”(光栅管理)-“attach Raster”(关联光栅图像)，选择纠正后的卫星影像图，将“Open Settings Dialog”前的勾去掉，打开图片。

这样影像图就加载进来了，默认它的高程值为0。在光栅图像管理栏下列出了关联的图片，在“description”上点右键将“draping(覆盖)”这一项勾上。

接下来将图片贴到三维地形上去。点击“Visualization”(可视化)里的“Define Materials”(定义材质)，点“Open Palette”，找到“dcdrape.pal”，双击加载进来，再点“Assign material”(指定材质)，将“Table”设置为空，“Palette”和“Material”设为“dcdrape”。

选中图中的TIN后，在“ViewDisplayModel”里选“Smooth”模式查看，便可看到融合的效果如图4 -1。

5 问题与展望

此次课题开展的深度还有待进一步挖掘，比如此次课题只对一小块数据进行了实验，而在实际应用中，通常需要按区域使用，而不是以小幅的、软件一次能处理的最大数据量为单位，因此就需要对每幅分幅数据进行裁剪和拼接，以满足多种需要，在这一问题上我们还有待继续研究。

图4-1

［1］GeoTerrain 操作培训教程.

［2］解智强，王贵武.一种DOM 和DEM 融合技术的山脉水系地图编制研究［J］.测绘科学，2011(1):207 -209.

［3］蒋欣，陈鹰.DOM 与DEM 数据的管理和三维可视化［J］.测绘科学，2002(9):40 -44.