陡河水庫(kù)數(shù)字高程模型的建立與應(yīng)用

□王桂青

隨著攝影測(cè)量的發(fā)展和與計(jì)算機(jī)的結(jié)合應(yīng)用，以數(shù)字形式來(lái)表示地形特征，使地圖制作不僅工作強(qiáng)度降低，而且查看、分析、應(yīng)用更加方便快捷。陡河水庫(kù)地形特征包括陸域和水域，用兩種不同方法制作數(shù)字高程模型：利用航空攝影測(cè)量方法采集數(shù)據(jù)，生成陸域數(shù)字高程模型；利用多波束回聲水下地形測(cè)量方法生成水下地形圖，水下地形圖等高線數(shù)字化生成水域數(shù)字高程模型。

1.數(shù)字高程模型的建立

1.1 陸域1：2000 地形圖測(cè)繪

控制點(diǎn)的收集包括：陡河水庫(kù)周邊保存完好的唐山市基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)點(diǎn)資料3 個(gè)，這3 個(gè)點(diǎn)具有2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系成果，水準(zhǔn)控制點(diǎn)2 個(gè)，經(jīng)檢測(cè)控制點(diǎn)精度可靠。使用7 臺(tái)GPS 雙頻靜態(tài)接收機(jī)進(jìn)行D 級(jí)GPS 控制點(diǎn)測(cè)設(shè)，新測(cè)設(shè)16 個(gè)平面控制點(diǎn)。高程控制測(cè)量采用4 等水準(zhǔn)測(cè)量，由已知點(diǎn)E1 開(kāi)始，采用環(huán)線測(cè)量，通過(guò)符合線連接各個(gè)GPS 控制點(diǎn)，并和已知高程控制點(diǎn)遵唐14 連接，后閉合回E1。

3 個(gè)已知平面控制點(diǎn)、高程控制點(diǎn)E1 和16 個(gè)待測(cè)設(shè)點(diǎn)共20 個(gè)組成平面控制網(wǎng)，全面覆蓋所測(cè)設(shè)區(qū)域，形成基線65 條、重 復(fù) 基 線9 條、同 步 環(huán)41 個(gè)、異步環(huán)31 個(gè)。最差重復(fù)基線相對(duì)中誤差1：175862，重復(fù)基線檢查合格；最差同步環(huán)總長(zhǎng)23.56km，環(huán)線全長(zhǎng)閉合差18.9mm，限差24.3mm，同步環(huán)檢查合格；最差異步環(huán)環(huán)線總長(zhǎng)14.61km，全長(zhǎng)閉合差13.6mm，限差236.9mm，異步環(huán)檢查合格。約束平差后GPS 網(wǎng)點(diǎn)點(diǎn)位中誤差4.7mm，GPS 網(wǎng)最弱邊相對(duì)精度1：736620，滿足GBT 18314-2009 全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范要求。4 等水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)前水準(zhǔn)儀及標(biāo)尺均進(jìn)檢定，平差后點(diǎn)位高程中誤差9mm，滿足規(guī)范要求。

陸域地形圖測(cè)量采用無(wú)人機(jī)航拍成圖，使用翔宇Ⅰ型電動(dòng)固定翼無(wú)人機(jī)及尼康D810I 數(shù)碼相機(jī)，機(jī)組人員選擇在3 月25 日—4 月15 日完成航攝任務(wù)，航攝計(jì)劃使用韋加無(wú)人機(jī)單反相機(jī)航拍軟件計(jì)算參數(shù)。航攝因子為：飛行高度600m，地面分辨率8.36cm，航向重疊度70%，旁向重疊度50%，拍照間距123.42m。此次航拍任務(wù)共飛行9 個(gè)架次，航拍面積約190km2，飛行航線103條，獲取航拍照片6482 張。全部航拍成果100%進(jìn)行檢查，符合規(guī)范要求。像控點(diǎn)布設(shè)：航向方向按照3～4 條基線、旁向方向按照1～2 航帶進(jìn)行布設(shè)，所布點(diǎn)能有效控制成圖范圍，測(cè)區(qū)接頭處不得有漏洞。

GPS 所測(cè)地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)不能滿足航攝要求，利用空中三角測(cè)量加密地面控制點(diǎn)，成果用于航攝相片絕對(duì)定向。通過(guò)對(duì)影像的定向計(jì)算，自動(dòng)生成模型的核線影像，逐模型進(jìn)行匹配，對(duì)計(jì)算機(jī)不能識(shí)別的水面、人工建筑、森林等人工進(jìn)行編輯，直到滿足精度要求，將匹配后的視差格網(wǎng)投影于地面坐標(biāo)系并進(jìn)行計(jì)算處理，自動(dòng)拼接，生成測(cè)區(qū)區(qū)域DEM 數(shù)據(jù)，DEM 格網(wǎng)間距采用2.0m×2.0m。DEM 生成后，導(dǎo)入立體模型，逐點(diǎn)進(jìn)行檢查，對(duì)于精度不達(dá)標(biāo)處須增加特征點(diǎn)、線。通過(guò)DLG 外業(yè)實(shí)測(cè)地面高程注記點(diǎn)作為高程檢查點(diǎn)，用于DEM 高程精度檢測(cè)。

根據(jù)單張航片的內(nèi)外方位元素和數(shù)字高程模型DEM，采用微分糾正軟件對(duì)各個(gè)模型的數(shù)字化航空像片進(jìn)行影像重采樣，糾正影像因地面起伏、飛機(jī)傾斜等因素引起的失真，將中心投影轉(zhuǎn)換為垂直投影，從而得到單張像片的正射影像。單片正射影像經(jīng)調(diào)色、勻光、鑲嵌、裁切、檢查編輯等步驟，生成標(biāo)準(zhǔn)分幅的正射影像圖DOM，DOM 地面分辨率為0.2m。

1.2 水域1∶500 地形圖測(cè)繪

水下地形測(cè)量主要采用中海達(dá)iBeam8120 多波束回聲測(cè)深儀測(cè)量。測(cè)深儀的姿態(tài)傳感器安裝在能準(zhǔn)確反映測(cè)船或多波束換能器姿態(tài)的位置，其方向線平行于船的首尾線。作業(yè)前測(cè)定定位天線與姿態(tài)傳感器的相對(duì)關(guān)系，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)裝入聲吶參數(shù)和聲速測(cè)量文件，輸入導(dǎo)航測(cè)線，啟動(dòng)多波束測(cè)深系統(tǒng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)聲速剖面測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況對(duì)聲吶參數(shù)進(jìn)行修改。綜合聲波測(cè)量、定位、船姿、聲速剖面等信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過(guò)參數(shù)改正，計(jì)算波束腳印的坐標(biāo)和深度，繪制陡河水庫(kù)1∶500 水下地形圖。淺水區(qū)由于長(zhǎng)滿水草，影響傳感器信號(hào)發(fā)射和采集，對(duì)該區(qū)域平面位置點(diǎn)采用GPS 采集，測(cè)深桿采集高程信息。水下地形圖采集高程數(shù)據(jù)，采用掃描儀半自動(dòng)采集，然后進(jìn)行內(nèi)差構(gòu)建TIN，通過(guò)TIN 生成水域DEM。

2.數(shù)字高程模型在陡河水庫(kù)的應(yīng)用

2.1 庫(kù)區(qū)淹沒(méi)范圍顯示

利用Global Mapper 軟件打開(kāi)庫(kù)區(qū)正射影像圖DOM，可以看到陡河水庫(kù)庫(kù)區(qū)及周邊概略全貌，在圖片上繪制等高線，可看到等高線內(nèi)淹沒(méi)范圍，如想更加詳細(xì)地了解某一范圍的淹沒(méi)情況，可在另一圖層打開(kāi)此區(qū)域DEM 圖形，快速查看這一區(qū)域建筑信息，也可設(shè)置初始淹沒(méi)范圍線，通過(guò)高程數(shù)據(jù)遞加或遞減來(lái)演示庫(kù)水位上漲或下降所造成的庫(kù)區(qū)淹沒(méi)。

2.2 斷面長(zhǎng)度計(jì)算

通過(guò)鼠標(biāo)依次點(diǎn)擊DOM 圖形中的2 點(diǎn)，自動(dòng)顯示出2 點(diǎn)間的距離，如想知道某一水位對(duì)應(yīng)的水面面積，則點(diǎn)擊這一水域多個(gè)斷面的點(diǎn)，得到各個(gè)斷面長(zhǎng)度，面積可通過(guò)公式自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。

2.3 橫斷面圖繪制

Global Mapper 軟件自帶橫斷面圖繪制功能，通過(guò)鼠標(biāo)依次點(diǎn)DOM 圖形中的2 點(diǎn)，形成一條線，通過(guò)軟件的橫斷面圖繪制功能，自動(dòng)生成這條線所對(duì)應(yīng)的橫斷面圖，如在某一區(qū)域有填挖施工，用這一方法能夠快速繪出多個(gè)橫斷面圖，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.結(jié)語(yǔ)

陡河水庫(kù)數(shù)字高程模型的建立，得益于采用現(xiàn)代成圖技術(shù)，大大縮短了測(cè)圖時(shí)間，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢核，保證了圖形數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，由于圖形是數(shù)據(jù)的顯現(xiàn)，通過(guò)軟件將數(shù)據(jù)加載到計(jì)算機(jī)，生成三維立體圖形，對(duì)地形的觀察更直觀、精細(xì)，還可快速地進(jìn)行計(jì)算，使圖形的利用更加方便、快捷。□