談峽山水庫庫區(qū)高精度DEM 制作方法

杜 藝，董 康，謝琳琳

（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南250014）

近年來，隨著數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字高程模型DEM 在測(cè)繪、水文、氣象、地貌、地質(zhì)、土壤、工程建設(shè)、通訊、軍事等國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)以及人文和自然科學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。如在工程建設(shè)上，可用于如土方量計(jì)算、通視分析等；在防洪減災(zāi)方面，可以作為進(jìn)行水文分析如匯水區(qū)分析、水系網(wǎng)絡(luò)分析、降雨分析、蓄洪計(jì)算、淹沒分析等的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 無人機(jī)航空影像獲取

無人機(jī)航測(cè)是傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量手段的有力補(bǔ)充，具有機(jī)動(dòng)、靈活、快速、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，因此無人機(jī)低空攝影測(cè)量成為該項(xiàng)目首選。峽山水庫提高興利水位測(cè)量工程的1∶2 000 地形圖測(cè)量航拍時(shí)間為2013 年10 月，航攝比例尺1∶30 625，地面分辨率0.15 m，飛行高度720 m，飛行時(shí)間約480 min，測(cè)區(qū)總共劃分4 個(gè)區(qū)域，飛行4 個(gè)架次，作業(yè)面積約350 km2，共獲取影像3 038 張。拍攝的無人機(jī)低空攝影照片，現(xiàn)勢(shì)性較好，航攝資料已經(jīng)通過驗(yàn)收。野外控制點(diǎn)逐條航線布設(shè)，航線內(nèi)每隔四張片即五條基線有一個(gè)像控點(diǎn)。

2 獲取DEM 的技術(shù)方法

2.1 特征點(diǎn)線采集

采集的三維DLG 數(shù)據(jù)是全要素線劃圖，只需要保留反映地形地貌的特征數(shù)據(jù)，比如等高線、道路、水系等。但是這些數(shù)據(jù)不足以充分表現(xiàn)地貌特征及細(xì)節(jié)，還需要在立體環(huán)境下采集特征要素，包括特征線，水涯線、水面高程點(diǎn)、模糊區(qū)等，采集的所有特征點(diǎn)線要保證高程精度。最后將全外業(yè)高程點(diǎn)與采集的特征點(diǎn)線一起構(gòu)建TIN、內(nèi)插DEM。

2.2 引入全野外采集的高程點(diǎn)

考慮到水利工程項(xiàng)目對(duì)于高程的特殊要求，圖面高程點(diǎn)進(jìn)行全野外數(shù)字化方式采集，最后利用碎部點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字高程模型精化編輯，將全野外高程點(diǎn)引入三維DLG 中。

2.3 內(nèi)插DEM

目前常用的算法是TIN，然后在TIN 基礎(chǔ)上通過線性和雙線性內(nèi)插建DEM。主要指利用三維特征線構(gòu)成的不規(guī)則三角網(wǎng)來內(nèi)插數(shù)字高程模型，這些特征點(diǎn)包括等高線、高程注記點(diǎn)、沿地貌結(jié)構(gòu)線和邊界線分布的點(diǎn)。圖1 是基于DLG構(gòu)建的不規(guī)則三角網(wǎng)，地面采樣間隔為2 m。

圖1 不規(guī)則三角網(wǎng)TIN

2.4 DEM 編輯

如果是自動(dòng)匹配方法生產(chǎn)的DEM，編輯工作量較大，特別是對(duì)于大面積的具有一定高度的植被區(qū)域和房屋建筑物等，DEM 的格網(wǎng)點(diǎn)都需要編輯到地面上。本項(xiàng)目已經(jīng)采集完DLG，用基于DLG 的DEM 生成就可以提高效率，減少編輯量。

2.5 DEM 接邊

選擇相鄰模型的DEM 數(shù)據(jù)，檢查接邊后重疊區(qū)域內(nèi)同名格網(wǎng)點(diǎn)的高程；如果存在高程較差大于2 倍高程中誤差的格網(wǎng)點(diǎn)，則認(rèn)定為粗差點(diǎn)，需要重新構(gòu)建立體模型；對(duì)出現(xiàn)粗差點(diǎn)的DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行接邊區(qū)域修測(cè)后重新接邊。

2.6 DEM 鑲嵌與裁切

按照1:2 000 的圖幅結(jié)合表對(duì)DEM 進(jìn)行裁切，保證有部分重疊就可以進(jìn)行DEM 拼接處理。

3 DEM 精度評(píng)定

根據(jù)項(xiàng)目要求，比例尺為1∶2 000，DEM 的格網(wǎng)間距采用2 m×2 m，精度要求按照表1 中所示。為了驗(yàn)證數(shù)字高程模型的高程精度，將全野外碎部點(diǎn)處數(shù)字高程模型所測(cè)高程與全野外碎部點(diǎn)高程比較，截取其部分結(jié)果如表1。

表1 全野外高程點(diǎn)與數(shù)字高程模型高程對(duì)比

依據(jù)中誤差統(tǒng)計(jì)公式，所得數(shù)字高程模型之高程相對(duì)于全野外碎部點(diǎn)高程中誤差為0.34 m，符合一級(jí)平面高程中誤差的要求。