河南省西部無圖區(qū)1∶1萬地形圖的生產(chǎn)方法

河南省測繪工程院 郭鵬飛

河南省西部無圖區(qū)1∶1萬地形圖的生產(chǎn)方法

河南省測繪工程院 郭鵬飛

河南省西部部分高山區(qū)域，由于受各種歷史、客觀條件的限制，至今仍沒有1∶1萬地形圖資料。為了實現(xiàn)“中原崛起”，滿足河南省社會可持續(xù)發(fā)展和國民經(jīng)濟建設(shè)的需要，要求實現(xiàn)1∶1萬地形圖資料對全省國土面積上的全覆蓋。此次的豫西無圖區(qū)的首輪1∶1萬地理空間信息數(shù)字化基礎(chǔ)測繪任務，將在不進行外業(yè)測繪的基礎(chǔ)上，充分利用IKONOS衛(wèi)星提供的高分辨率立體遙感影像，并與原有的歷史資料相結(jié)合，采用先進的測繪科學技術(shù)手段，完成內(nèi)業(yè)生產(chǎn)成圖任務。

一、任務生產(chǎn)區(qū)域概況

任務生產(chǎn)區(qū)域位于河南省南陽市西部，地形為高山地，屬伏牛山脈，測區(qū)面積約2 300 km2，涉及地形圖88幅。項目內(nèi)容主要包括：1∶1萬比例尺數(shù)字線劃圖（DLG）、數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字高程模型（DEM）產(chǎn)品的生產(chǎn)和制作。區(qū)域內(nèi)資料有：2008年分辨率為2.5 m的IKNOS衛(wèi)星遙感影像；1：5萬DLG建庫數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)；周圍接邊二輪1∶1萬DOM、DLG數(shù)據(jù)；河南省測繪局1987年測制的1∶2.5萬比例尺含有完備的注記、植被、境界等信息的調(diào)繪片和外業(yè)像片控制資料。

該次成圖基準采用和全省二輪地形圖數(shù)據(jù)一致的坐標系統(tǒng)；平面系統(tǒng)采用1980西安坐標系，按3°分帶；高程系統(tǒng)為1985國家高程基準，基本等高距為10 m。

二、生產(chǎn)技術(shù)流程

此次成圖采用基于衛(wèi)星立體像對的綜合信息成圖方案。該方案采用適普衛(wèi)星立體像對測圖模塊，加入像片控制點后進行區(qū)域網(wǎng)平差，將初始RPC的WGS84（UTM投影ZONE49）歸算到當前任務目標成圖空間中來。在IAG75參考橢球上采用Gauss Kruger投影方法，以1985國家高程基準，完成立體條帶的絕對定向。流程如圖1所示。

三、項目實施

1.空三加密。此次成圖采用區(qū)域網(wǎng)空中三角測量加密技術(shù)進行平差，平差采用武漢適普公司開發(fā)的VirtuoZoSat version1.0軟件，像控點提取采用原有的像控資料。在作業(yè)過程中，進行了充分的論證、篩選和檢核工作。選取了部分可用科學點位，進行了內(nèi)業(yè)刺點和平差工作。平差結(jié)果報告為：影像數(shù)據(jù)總計34個，立體模型17個，連接點269個。單位權(quán)中誤差0.531（像元），定向控制點均方根中誤差sx=0.582，sy=0.598，sz=0.866?？杖用艹晒_到了河南省測繪局制定的無圖區(qū)生產(chǎn)任務設(shè)計書的有關(guān)技術(shù)要求。

2.數(shù)字高程模型（DEM）制作。通過在適普衛(wèi)星立體像對處理模塊的自動匹配和交互式編輯，制作DEM。其技術(shù)要求如下。

（1）在Virtuozo全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)下量測了特征點、線，提高了影像自動相關(guān)匹配精度。

（2）以地面控制點及人工量測的特征點、線作為初始值，進行左右影像自動相關(guān)，形成等視差曲線。但應注意人工立體觀測檢查匹配點與等視差曲線是否切準地面立體模型，否則要進行像方立體模型編輯。

（3）像方格網(wǎng)立體高程模型借助特征點、線等初始值，按照設(shè)置好的參數(shù)進行影像自動相關(guān)，生成一定間隔的像方DEM。進入像方逐塊立體編輯，使每個像方DEM點都切準地表，并且每相鄰兩塊均有一行一列的重疊。

（4）由編輯好的視差曲線自動生成標準格網(wǎng)間距的物方DEM。在像方格網(wǎng)DEM基礎(chǔ)上，采用雙線性內(nèi)插或構(gòu)TIN內(nèi)插方式，生成地面（物方）格網(wǎng)間距為5 m標準格網(wǎng)的DEM。起止格網(wǎng)點的坐標根據(jù)4個圖廓點的坐標，按以下公式進行計算：

式（1）中，X1，Y1……X4，Y4為4個圖廓點坐標（+X指北，+Y指東）；XMAX，YMIN為DEM格網(wǎng)起始點坐標；XMIN，YMAX為DEM終止點坐標；△d為格網(wǎng)間距。

3.正射影像（DOM）制作。

（1）根據(jù)上一工序制作的DEM及條帶定向參數(shù)，采用條帶微分糾正方法進行影像重采樣，生成影像地面分辨率為1 m的1∶1萬比例尺數(shù)字正射影像圖（DOM）。

（2）制作好的DOM影像要達到：灰度飽滿、清晰，紋理信息豐富，片與片之間影像保持色調(diào)均勻、反差適中，相鄰DOM影像中相同地物影像灰度均值與方差一致，灰度均值之差小于15；圖面上沒有圖像處理的缺陷，接邊重疊帶沒有出現(xiàn)明顯的模糊或重影，各片DOM影像具有統(tǒng)一的色調(diào)，在圖面上視覺效果較好。

（3）DOM的分幅原則。數(shù)字正射影像圖的左下角坐標和在上角坐標按以下公式計算：

式（2）中，x1……x4，y1……y4為4個圖廓點坐標；Xmax，Ymin為DOM起始點坐標；Xmin，Ymax為DOM終止點坐標。

4.數(shù)字線劃圖（DLG）制作。

（1）航內(nèi)數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集采用適普衛(wèi)星立體像對測圖模塊，利用絕對定向恢復的立體條帶，進行地貌要素（人工地貌，自然地貌）和地物的立體量測。如，街區(qū)主、次干道、交通、水系、居民地、植被和獨立地物等要素，在采集過程中并判讀解譯部分地物屬性信息，依據(jù)詳細地物要素代碼分層分類采集，形成母線圖和符號圖數(shù)據(jù)。

（2）資料信息綜合提取。將舊的調(diào)繪像片資料進行掃描，根據(jù)掃描調(diào)繪小片上的加密點標志，利用二次多項式糾正，轉(zhuǎn)到1980西安坐標系。將調(diào)繪片進行粗略校正；將粗定向后的調(diào)繪片和制作的DOM影像，用影像對影像的糾正方式，完成信息概略配準。制作好的DOM影像為工作底圖、糾正后調(diào)繪片為參考信息圖，把調(diào)繪片上的有關(guān)地理信息轉(zhuǎn)繪到DOM圖上，并提取植被、地名注記以及其他對成圖有意義的信息要素，綜合提取完成后，在DOM圖上對地物進行矢量化。

（3）編輯成圖。將上述制作出來的矢量數(shù)據(jù)進行整合，取舍和編輯后，導入Mapstar系統(tǒng)（該系統(tǒng)由解放軍信息工程大學開發(fā)）進行數(shù)據(jù)編輯和制作。同時，根據(jù)1∶5萬數(shù)據(jù)庫完備信息，合理選擇信息補充到1∶1萬地形圖圖面和屬性，以豐富地形圖全要素信息。

（4）等高線生成。利用Lidar相關(guān)成熟技術(shù)，將合格的DEM反生成等高線，并自動提取高程注記點，經(jīng)Mapstar系統(tǒng)編輯后，完成地形圖地貌圖面編輯和數(shù)據(jù)制作工作。

該項目從衛(wèi)星遙感影像的加密，DEM，DOM，DLG產(chǎn)品成功的生產(chǎn)，LiDAR相關(guān)技術(shù)的運用，以及Mapstar系統(tǒng)編輯和數(shù)據(jù)的制作等凸現(xiàn)出河南省測繪科技水平向信息化測繪邁進。同時，該項目的成功完成也為測繪地理信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展積累了寶貴的生產(chǎn)經(jīng)驗。