基于DSM的城市变化区域监测分析

王伟轩

(上海浦海测绘有限公司，上海 201301)

如今城市建设成了国家经济很重要的一环，城市的发展越来越快，城市的扩展和变化越来越频繁。国家需要不断获取各地区城市变化数据，才能及时掌握城市的动态变化，以便进行城市管理和规划等。无人机技术的成熟，使其在测绘领域得到了广泛应用，因其作业高效率，覆盖面积广，被应用于越来越多的变化检测项目中。利用无人机获得测区的DSM数据，因为同一地区不同时期影像的DSM数据数值不同，可以获得该地区不同时期变化监测数据，对获得的数据进行定量分析，掌握该地区的变化情况[1,2]。

1 数字地表模型

数字地表模型(Digital Surface Model，简称DSM)真实地表达了地面起伏状况，DSM是在DEM的基础上涵盖了除地面以外的其他地表信息的高程。根据DSM所包含的信息特点及数据的完整性，可将其用于检查城市的发展状况以及不同地区的变化监测。当建筑物、桥梁等物体发生高度变化时，会通过获得的DSM数据的差值真实地反映出来[3,4]。

无人机利用卫星导航系统和气压高度计，可以准确判断无人机的三维坐标，利用激光测距仪可以得出测量点到飞机的距离和方位，最后计算出被测量点的三维坐标。根据数字摄影测量原理，利用数字摄影测量中的共线方程可获得影像上各点的三维坐标，从而计算获得该区域的DSM[5]。

2 数据获取及数据预处理

数据来自于深圳飞马F1000无人机获得城区2018年4月和2019年10月的影像，利用航测软件PHOTOMOD软件进行后期影像的数据处理。PHOTOMOD软件处理结果精度可达0.1个像元，该软件半人工半自动化，可以对数据的真实状况进行参数的人工调整和处理，实现高效点云的提取，高精细亚像素级DSM的提取等，该软件完全可以满足本次对无人机影像处理的需求。通过点云的提取、滤波等过程的处理，获得2018年与2019年两个不同时期的高精度的DSM数据，结果如图1为2019年影像DSM获取结果。

图1 2019年影像DSM数据结果Fig.1 Result of imaging DSM data in 2019

DSM网格间隔均为0.5 m，从图1可以看出颜色从绿色到红色，表示高程由低到高的变化，影像中红色位置为影像的最高的区域。根据获得的DSM数据影像能够清楚看到建筑物及不同地物高程的变化。

3 提取城市变化区域

利用ArcGIS软件实现城市变化区域数据的提取，将获得的两个时期的DSM数据先转换为栅格数据，两年的DSM数据在ArcGIS软件中进行叠加选出影像的重叠部分，最后通过裁减获取重叠有效的城区数据。使用2019年的DSM数据减去2018年DSM数据获得数据的差值，将差值数据进行重分类，本次共分了三类，分别为未变化、升高及降低区域。将-2与2作为重分类的中断值。

经过PHOTOMOD软件获得两个时期的正射影像图，将提取的数据经过平滑处理之后导入正射影像的效果图如图2和图3。图中黄色矩形位置可以看出原有的建筑物已经被拆除，白色矩形中蓝色区域为高程升高区域。

图2 2018年正射影像与DSM差值叠加图Fig.2 Stacking chart of difference value of orthoimage and DSM in 2018

图3 2019年正射影像与DSM差值叠加图Fig.3 Stacking chart of difference value of orthoimage and DSM in 2019

4 精度评定

因数据噪声的剔除，导致很多地物信息丢失。需对最后结果进行精度的评价，本方法是定义了可靠性公式，如下：

其中P表示准确率，T表示正确识别区域个数，C表示判断错误的区域个数。

表1 变化区域识别个数统计表Tab.1 Statistical table of identification number of change areas

通过提取结果与外业现场调查对比，证实该方法对于城区变化监测是可行有效且该方法省时省力。因数据采集和处理过程人工极少干预，会出现部分区域出现错误的判断，但相对于之前的测绘方法，该方法精度、成本及效率都得到了极大的提高。该方法适合平面影像的处理，具体的房屋层数及结构，仍然需要现场调查。

5 结语

利用无人机获得监测区域的航拍影像，经过后期的软件处理，短时间便可获得该区域的正射影像及其数字地形模型DSM数据。经过结果的分析验证，利用同一区域不同时期的DSM数据，可以实现城市区域的变化检测，及时掌握该区域的变化状况，该方法简单、易操作，效率较其他检测方法更高，适用于应急项目以及大区域资料的收集工作。为更有效、更准确地实现城市的变化检测，可以利用该方法结合三维建模技术，实现建筑层数以及结构等的变化检测。