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摘要：数字高程模型（DEM）是地理信息数据库的基本构成，其应用非常广泛。关于DEM 的制作方法多种多样，但要生产高精度DEM，一般是采用数字摄影测量方法，借助于立体模型对DEM 进行可视化编辑、修改。这种方法能够达到制作高精度DEM 的要求。本文主要介绍应用LPS数字摄影测量工作站制作高精度DEM 及其精度检测的方法。
关键词：数字高程模型、LPS数字摄影测量工作站、影像匹配、不规则三角网、矩形格网
中图分类号：P216文献标识码： A
1 前言
数字高程模型DEM 在许多领域都获得了广泛的应用。主要用于各种线路（铁路、公路、输电线）的设计及各种工程的面积、体积、坡度的计算；在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、制作正射影像图、立体透视图以及地图的修测等；在遥感中可作为分类的辅助数据；DEM 是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划及洪水险情预报等；在军事上可用于导航及导弹制导；在工业上可用于绘制表面结构复杂物体的形状。这些应用都基于高精度DEM 的获取。DEM 数据的采集主要有下列四种方法：地面测量法、现有地图数字化法、空间传感器法、数字摄影测量法。其中数字摄影测量法是获取高精度DEM的常用方法。目前，数字摄影测量工作站有国产的VirtuoZo和JX - 4C ，国外的有LPS、INPHO和SOCET SET等，在许多行业得到广泛应用。因此，研究应用这些系统制作高精度DEM 的方法具有普遍的现实意义。本文主要阐述应用LPS利用空中三角测量平差结果，利用影像匹配技术自动采集空间点并通过构建不规则三角网TIN（Triangulated IrregularNetwork）的方式制作高精度DEM 及其精度检测的方法。
徕卡数字摄影测量软件包（LPS）是在数字摄影测量工作站上运行的多用途的软件产品，可以为地理空间图像应用提供精确、面向生产的数字摄影测量工具。LPS数字地形模型编辑（TE）是LPS软件包中的一个扩展模块。主要功能是将地形图形显示在立体图像上进行编辑和问答，地形可以显示为点、线、TIN或等高线。同时可以显示多种表现形式用户指定显示属性如，颜色、权重、尺寸和样式，利用修改点、线、面等工具增加、删除和修改地形。
2 空中三角测量（空三加密）
1）基础数据准备，这些基础数据包括：数码航片文件，测区范围和外业像控点数据。
2）利用LPS建立工程。
3）建立航片金字塔文件（注意必需由LPS创建，否则后续运算会有问题）。2.2.2利用ORIMA空三模块建立空三解算模型。
4）野外像控点量测。
5）空中三角测量模型平差。
6）保存工程文件。
3 DSM 的构建
在空三加密完成后，在ERDAS LPS模块中进行DSM提取，ERDAS LPS进行DSM提取的技术原理是利用影像自动匹配原理自动匹配特征点的同名点，匹配成功后计算该特征点的三维坐标（X、Y、Z），从而得到地表一系列特征点的真实三维坐标。在LPS提取DSM的过程中需要设置特征点的间距、匹配相关系数、匹配策略、匹配排除区域、最终数据格式等，为更好的使DSM贴合地形，特征点的间距依据地形研究区域地形起伏变化的程度不同确定，地形起伏变化较大的区域間距设置较小，地形较为平坦的区域，设置间距较大。在本研究中，使用LPS TIN格式，即TIN（不规则三角网）网络格式。
4 DEM立体编辑
DSM提取完成后，所匹配成功的点随机分布，相当一部分匹配点落于建筑物、树冠、车顶等地方，并非地面，导致TIN网络不能完全贴合地面从而构建DEM，所以，在TIN网络提取完成后，需要对提取的TIN网络进行编辑，使TIN网络能真实反映DEM。TIN网络的编辑在LPS立体环境下进行，编辑的主要目的是将非地面点落于地面，从而使TIN网络完全贴合地面，生成DEM，TIN网络编辑的主要过程有压平、平滑、去尖刺等。在编辑完成后，将TIN格式转化为DEM的常用格式（img格式）即为最终DEM。
5 DEM 裁切与接边
为了确保DEM 能够满幅（ 图幅边、角处无漏洞），生成的DEM 范围往往大一些，因此需要裁去图幅外的数据值。首先根据图幅的理论坐标建立一个用于裁切的边界文件（文本型文件），然后应用“裁切”命令将多余数据裁掉。按理论坐标生成的矩形DEM 数据之间的接边，只存在一行或一列重合点，进行接边检查，若接边精度符合要求，取均值即可。
6 DEM 精度检测
DEM 精度的检测主要是依靠外业实测点或者是在空三加密过程中预留的一些保密点，将这些检查点按照“点号X Y Z”的格式保存为文本型文件*. chk。应用“DEM 精度检查”命令，分别选择*. chk 文件和需要检查的DEM 文件，系统自动生成精度检查报告文件。
从实验结果看，最大误差为- 0 .48m，最小误差为0 .025m。如果剔除空三加密系统误差对DEM 的影响，则所生成的DEM 中误差将小于0 .20m。这个精度要远高于地形图中等高线与高程点的精度。用此DEM 内插生成的等高线（精度约为0 .25m）一定能够满足地形图的精度要求，这样将会大大减小立体测图的工作量。
7 结语
应用TIN 内插生成格网DEM 的方法比传统制作格网DEM 的方法要优越得多。传统的方法是：先由人工编辑核线匹配的结果，再生成格网DEM。由于匹配错误较多、逐块编辑速度慢、编辑手段少等缺点，这种方法正逐步被淘。TIN 能很好的顾及地貌特征点、线，表示复杂的地形表面比矩形格网精确。采用TIN 的方法创建格网DEM 时，格网DEM 的实地格网间距不能过大，否则，TIN 的优越性便体现不出来。若要获取高精度DEM 数据，关键取决于TIN 表现地形、地貌细部的能力。因此，大量特征点、线、面的量测工作是必要的。尽管如此，无论从精度还是速度上来说，这仍然是一种高效、实用的方法。
参考文献
1 张祖勋，张剑清. 数字摄影测量学. 武汉：武汉测绘科技大学出版社，1996
2 姚学锋，林碧森，简龙晖，等. 立体摄影术与数字散斑相关方法相结合用于研究三维变形场. 光学技术，2003，29（4）：473 ～ 479
3 芮嘉白，金观昌，徐秉业. 一种新的数字散斑相关方法及其应用. 力学学报，1994，26（5）：559 ～ 607
4 侯振德，蔡继红，徐莲云，秦玉文. 图像相关位移测量中的预定位搜索法. 实验力学，2003，18（2）：166 ～ 170
16 李元海，朱合华，上野胜利，望月秋利. 基于图像相关分析的砂土模型试验变形场量测. 岩土工程学报，2004，26，（01）：36 ～ 41
作者简介：黄雨清：毕业于长安大学，助理工程师，从事城市规划测量工作。
关键词：数字高程模型、LPS数字摄影测量工作站、影像匹配、不规则三角网、矩形格网
中图分类号：P216文献标识码： A
1 前言
数字高程模型DEM 在许多领域都获得了广泛的应用。主要用于各种线路（铁路、公路、输电线）的设计及各种工程的面积、体积、坡度的计算；在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、制作正射影像图、立体透视图以及地图的修测等；在遥感中可作为分类的辅助数据；DEM 是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划及洪水险情预报等；在军事上可用于导航及导弹制导；在工业上可用于绘制表面结构复杂物体的形状。这些应用都基于高精度DEM 的获取。DEM 数据的采集主要有下列四种方法：地面测量法、现有地图数字化法、空间传感器法、数字摄影测量法。其中数字摄影测量法是获取高精度DEM的常用方法。目前，数字摄影测量工作站有国产的VirtuoZo和JX - 4C ，国外的有LPS、INPHO和SOCET SET等，在许多行业得到广泛应用。因此，研究应用这些系统制作高精度DEM 的方法具有普遍的现实意义。本文主要阐述应用LPS利用空中三角测量平差结果，利用影像匹配技术自动采集空间点并通过构建不规则三角网TIN（Triangulated IrregularNetwork）的方式制作高精度DEM 及其精度检测的方法。
徕卡数字摄影测量软件包（LPS）是在数字摄影测量工作站上运行的多用途的软件产品，可以为地理空间图像应用提供精确、面向生产的数字摄影测量工具。LPS数字地形模型编辑（TE）是LPS软件包中的一个扩展模块。主要功能是将地形图形显示在立体图像上进行编辑和问答，地形可以显示为点、线、TIN或等高线。同时可以显示多种表现形式用户指定显示属性如，颜色、权重、尺寸和样式，利用修改点、线、面等工具增加、删除和修改地形。
2 空中三角测量（空三加密）
1）基础数据准备，这些基础数据包括：数码航片文件，测区范围和外业像控点数据。
2）利用LPS建立工程。
3）建立航片金字塔文件（注意必需由LPS创建，否则后续运算会有问题）。2.2.2利用ORIMA空三模块建立空三解算模型。
4）野外像控点量测。
5）空中三角测量模型平差。
6）保存工程文件。
3 DSM 的构建
在空三加密完成后，在ERDAS LPS模块中进行DSM提取，ERDAS LPS进行DSM提取的技术原理是利用影像自动匹配原理自动匹配特征点的同名点，匹配成功后计算该特征点的三维坐标（X、Y、Z），从而得到地表一系列特征点的真实三维坐标。在LPS提取DSM的过程中需要设置特征点的间距、匹配相关系数、匹配策略、匹配排除区域、最终数据格式等，为更好的使DSM贴合地形，特征点的间距依据地形研究区域地形起伏变化的程度不同确定，地形起伏变化较大的区域間距设置较小，地形较为平坦的区域，设置间距较大。在本研究中，使用LPS TIN格式，即TIN（不规则三角网）网络格式。
4 DEM立体编辑
DSM提取完成后，所匹配成功的点随机分布，相当一部分匹配点落于建筑物、树冠、车顶等地方，并非地面，导致TIN网络不能完全贴合地面从而构建DEM，所以，在TIN网络提取完成后，需要对提取的TIN网络进行编辑，使TIN网络能真实反映DEM。TIN网络的编辑在LPS立体环境下进行，编辑的主要目的是将非地面点落于地面，从而使TIN网络完全贴合地面，生成DEM，TIN网络编辑的主要过程有压平、平滑、去尖刺等。在编辑完成后，将TIN格式转化为DEM的常用格式（img格式）即为最终DEM。
5 DEM 裁切与接边
为了确保DEM 能够满幅（ 图幅边、角处无漏洞），生成的DEM 范围往往大一些，因此需要裁去图幅外的数据值。首先根据图幅的理论坐标建立一个用于裁切的边界文件（文本型文件），然后应用“裁切”命令将多余数据裁掉。按理论坐标生成的矩形DEM 数据之间的接边，只存在一行或一列重合点，进行接边检查，若接边精度符合要求，取均值即可。
6 DEM 精度检测
DEM 精度的检测主要是依靠外业实测点或者是在空三加密过程中预留的一些保密点，将这些检查点按照“点号X Y Z”的格式保存为文本型文件*. chk。应用“DEM 精度检查”命令，分别选择*. chk 文件和需要检查的DEM 文件，系统自动生成精度检查报告文件。
从实验结果看，最大误差为- 0 .48m，最小误差为0 .025m。如果剔除空三加密系统误差对DEM 的影响，则所生成的DEM 中误差将小于0 .20m。这个精度要远高于地形图中等高线与高程点的精度。用此DEM 内插生成的等高线（精度约为0 .25m）一定能够满足地形图的精度要求，这样将会大大减小立体测图的工作量。
7 结语
应用TIN 内插生成格网DEM 的方法比传统制作格网DEM 的方法要优越得多。传统的方法是：先由人工编辑核线匹配的结果，再生成格网DEM。由于匹配错误较多、逐块编辑速度慢、编辑手段少等缺点，这种方法正逐步被淘。TIN 能很好的顾及地貌特征点、线，表示复杂的地形表面比矩形格网精确。采用TIN 的方法创建格网DEM 时，格网DEM 的实地格网间距不能过大，否则，TIN 的优越性便体现不出来。若要获取高精度DEM 数据，关键取决于TIN 表现地形、地貌细部的能力。因此，大量特征点、线、面的量测工作是必要的。尽管如此，无论从精度还是速度上来说，这仍然是一种高效、实用的方法。
参考文献
1 张祖勋，张剑清. 数字摄影测量学. 武汉：武汉测绘科技大学出版社，1996
2 姚学锋，林碧森，简龙晖，等. 立体摄影术与数字散斑相关方法相结合用于研究三维变形场. 光学技术，2003，29（4）：473 ～ 479
3 芮嘉白，金观昌，徐秉业. 一种新的数字散斑相关方法及其应用. 力学学报，1994，26（5）：559 ～ 607
4 侯振德，蔡继红，徐莲云，秦玉文. 图像相关位移测量中的预定位搜索法. 实验力学，2003，18（2）：166 ～ 170
16 李元海，朱合华，上野胜利，望月秋利. 基于图像相关分析的砂土模型试验变形场量测. 岩土工程学报，2004，26，（01）：36 ～ 41
作者简介：黄雨清：毕业于长安大学，助理工程师，从事城市规划测量工作。