DEM课件：第四讲：DEM原始数据采集.ppt

1、主要内容主要内容DEMDEM的数据来源的数据来源1 1DEMDEM数据采集策略数据采集策略2 2DEMDEM数据采点方法数据采点方法3 3DEMDEM数据采集的重要性数据采集的重要性4 4一、数字高程模型的数据来源一、数字高程模型的数据来源 DEMDEM数据包括平面位置和高程数据两种信息数据包括平面位置和高程数据两种信息, ,可以可以直接在野外通过全站仪或者直接在野外通过全站仪或者GPSGPS、激光测距仪等进行测、激光测距仪等进行测量量, ,也可以间接地从航空影像或者遥感图像以及既有地形也可以间接地从航空影像或者遥感图像以及既有地形图上得到。图上得到。 具体采用何种数据源和相应的生产工艺具体采

2、用何种数据源和相应的生产工艺, ,一方面取决一方面取决于这些源数据的可获得性于这些源数据的可获得性, ,另一方面也取决于另一方面也取决于DEMDEM的分辨的分辨率、精度要求、数据量大小和技术条件等。率、精度要求、数据量大小和技术条件等。1.11.1、野外实地测区、野外实地测区仪器：仪器：1）、全球定位系统）、全球定位系统GPS；2）、全站仪或经纬仪；）、全站仪或经纬仪；3）、袖珍计算机。）、袖珍计算机。获取数据：获取数据：地面控制点和采样点空间位置、高程数据。地面控制点和采样点空间位置、高程数据。优点：优点：直接获取高精度的直接获取高精度的DEM数据。数据。缺点：缺点：1）、工作量大；）、工作

3、量大；2）、效率不高；）、效率不高；3）、费用高昂。）、费用高昂。1.21.2、各种比例尺地形图、各种比例尺地形图近年来获取近年来获取DEM数据最广泛的一种方法之一。数据最广泛的一种方法之一。优点：优点：1）、来源丰富，廉价；）、来源丰富，廉价；2）、对仪器设备和作业人员要求不高；）、对仪器设备和作业人员要求不高；3）、采集速度相对较快。）、采集速度相对较快。涉及问题：涉及问题：1）、地图符号数字化；）、地图符号数字化；2）、已有的数字化数据不能满足现势性要求；）、已有的数字化数据不能满足现势性要求；3）、地形图的综合程度；）、地形图的综合程度；4）、地形图的数据质量，尤其指在精度方面。）、地

4、形图的数据质量，尤其指在精度方面。我国地形图比例尺系列及其特征我国地形图比例尺系列及其特征我国地形图比例尺系列及其特征我国地形图比例尺系列及其特征1.31.3、航空航天数字摄影、航空航天数字摄影航空数字摄影：航空数字摄影：获取的高程数据精度较低但现势性强，只能获取的高程数据精度较低但现势性强，只能用做粗略勘测。用做粗略勘测。获取传感器数据，得到高精度、获取传感器数据，得到高精度、高分辨率、大范围的高分辨率、大范围的DEM 。获取现势性强、精度较高的大范围获取现势性强、精度较高的大范围DEM数据。数据。航天遥感：航天遥感：新技术：新技术：干涉雷达、激光扫描仪干涉雷达、激光扫描仪“奋进奋进”号合成

5、孔径雷达干涉测量系统号合成孔径雷达干涉测量系统1、遥感影像的几何变形、遥感影像的几何变形2、遥感数据的增强处理、遥感数据的增强处理3、遥感数据的空间分辨率、遥感数据的空间分辨率4、遥感影像数据的解译和判读、遥感影像数据的解译和判读遥感影像数据的特点遥感影像数据的特点二、二、DEMDEM数据采集策略数据采集策略要确保高效率获取高精度的地形数据，必须对研究区内地形表面结要确保高效率获取高精度的地形数据，必须对研究区内地形表面结构特征和地形复杂程度有深入的了解，从而构特征和地形复杂程度有深入的了解，从而正确选择地形特征点正确选择地形特征点和和线线，合理分布采样点合理分布采样点。Eklundh与与Ma

6、rtensson指出：指出： DEM用用户应把重点户应把重点放在数据来放在数据来源和输入质源和输入质量的控制上，量的控制上，而不是学习而不是学习复杂的内插复杂的内插方法。方法。DEMDEM的的 特征地形线特征地形线DEMDEM采样的依据采样的依据考虑区域地形表面几何特征：考虑区域地形表面几何特征： 特征点特征点山顶点、山谷点、山脚点、山脊点、鞍部、洼地等山顶点、山谷点、山脚点、山脊点、鞍部、洼地等. 特征线山脊线、山谷线、陡坎水边线等各种断裂线特征线山脊线、山谷线、陡坎水边线等各种断裂线考虑地形的复杂程度：考虑地形的复杂程度： 地形比较破碎、沟壑交错则应多布采样点；地形比较平坦则可地形比较破碎

7、、沟壑交错则应多布采样点；地形比较平坦则可在满足精度要求的条件下少布采样点。在满足精度要求的条件下少布采样点。考虑地貌单元的不同类型：考虑地貌单元的不同类型： 平地、丘陵、山地、高山地应按规范适当安排采样点。平地、丘陵、山地、高山地应按规范适当安排采样点。地形类型地形类型基本等高距基本等高距地形坡度地形坡度高差高差/m平地平地10（5）2停留短暂时间停留短暂时间人工精确测量人工精确测量优点：优点：方法简单、精度高、作业效率高；方法简单、精度高、作业效率高；缺点：缺点：1）、对地表变化的尺度的灵活性较差；）、对地表变化的尺度的灵活性较差；2）、可能丢失特征点。）、可能丢失特征点。渐进采样渐进采样

8、目的：目的：使采样点分布合理。使采样点分布合理。步骤：步骤：1）、按照预定比较稀疏的间隔采样；）、按照预定比较稀疏的间隔采样；2）、获得稀疏网格；）、获得稀疏网格；3）、根据需要对网格进行加密。）、根据需要对网格进行加密。加密标准：加密标准：1）、高程的二阶差分是否超过阙值；）、高程的二阶差分是否超过阙值；2）、利用相邻的三点拟合一条二次曲线，计算两点）、利用相邻的三点拟合一条二次曲线，计算两点 间中点的二次内插值与线性内插值之差。间中点的二次内插值与线性内插值之差。其他采样方式其他采样方式选择采样：选择采样：根据地形特征采样，适用于不规则三角网根据地形特征采样，适用于不规则三角网DEM的建立

9、。的建立。混合采样：混合采样：在规则采样的基础上再进行沿特征线、点采样。在规则采样的基础上再进行沿特征线、点采样。 注意：给不同的点以不同的特征码，处理时按不同方式进行。注意：给不同的点以不同的特征码，处理时按不同方式进行。自动化自动化DEM数据采集：数据采集： 利用自动化测图系统进行完全自动化的利用自动化测图系统进行完全自动化的DEM数据数据采集。按照像片上的规则格网利用数字影像匹配。采集。按照像片上的规则格网利用数字影像匹配。 数字摄影测量获取的数字摄影测量获取的DEMDEM数据点都要按照数据点都要按照一定的插值方法转成规则格网一定的插值方法转成规则格网DEMDEM或规则三角或规则三角网网

10、DEMDEM格式数据。格式数据。三、三、 DEM数据采点方法数据采点方法基于不同的基于不同的DEM数据源，有不同的数据采集方法。数据源，有不同的数据采集方法。基于系列地形图的基于系列地形图的DEM数据采集方法数据采集方法基于航空航天摄影测量的基于航空航天摄影测量的DEM数据采集方法数据采集方法基于野外测量的基于野外测量的DEM数据采集方法数据采集方法DEM数据采集的系列新技术、新方法数据采集的系列新技术、新方法3.13.1、从现有地形图获取、从现有地形图获取 关于地形图要素的数字化处理，尤其是半自动关于地形图要素的数字化处理，尤其是半自动扫描数字化技术已经非常成熟。扫描数字化技术已经非常成熟。

11、手扶跟踪数字化：手扶跟踪数字化：1）、获取向量形式数据；）、获取向量形式数据；2）、在计算机中较易处理；）、在计算机中较易处理；3）、速度慢，人工劳动强度大。）、速度慢，人工劳动强度大。扫描数字化：扫描数字化：获取栅格形式数据，处理效率高。获取栅格形式数据，处理效率高。生成生成DEM过程：过程：数字化数字化粗差剔除、高程点内插、特征生成粗差剔除、高程点内插、特征生成DEM最佳方式：最佳方式：等高线等高线TINDEM等高线地形图生成格网等高线地形图生成格网DEMDEM 3.23.2、从数字摄影测量获取、从数字摄影测量获取基本原理是利用立体像对实现对地理对象三维空间基本原理是利用立体像对实现对地理

12、对象三维空间坐标的量测；许多操作是自动化的，无需太多用户坐标的量测；许多操作是自动化的，无需太多用户干预，效率高，劳动强度低。干预，效率高，劳动强度低。实现步骤：实现步骤：1）、获取数据：）、获取数据： 需要数字影像数据、成像相机的参数文件等；需要数字影像数据、成像相机的参数文件等；2）、恢复像对模型：）、恢复像对模型： 包括内定向、相对定向和绝对定向；包括内定向、相对定向和绝对定向；3）、影像匹配：）、影像匹配： 利用同名点之间的相似性，在影像上找到足够数量的同利用同名点之间的相似性，在影像上找到足够数量的同名点对；名点对；4）、建立数字地面模型自动形成等高线。）、建立数字地面模型自动形成等

13、高线。框幅式航空摄影示意框幅式航空摄影示意 立体覆盖摄影航线布设图示立体覆盖摄影航线布设图示中心投影到正射投影变换中心投影到正射投影变换中心投影到正射投影变换中心投影到正射投影变换数字摄影测量采集数字摄影测量采集DEMDEM数据数据3.33.3、野外测量法获取、野外测量法获取适于范围小、精度要求高的适于范围小、精度要求高的DEM建立的建立的情况，一般服务与工程设计与施工，如三情况，一般服务与工程设计与施工，如三峡库区及大坝峡库区及大坝DEM建立。采用的仪器有建立。采用的仪器有平板测量仪、全站仪、测量平板测量仪、全站仪、测量GPS等。等。3.4.13.4.1、基于、基于LIDARLIDAR的的D

14、EMDEM测量测量 LIDAR LIDAR是一种集激光，全球定位系统是一种集激光，全球定位系统(GPS)(GPS)和惯性导航系统和惯性导航系统(INS)(INS)三种技术于一身的集成三种技术于一身的集成系统。系统。LIDAR系统的激光器发系统的激光器发射离散光脉冲，打在物射离散光脉冲，打在物体上并反射体上并反射, 接收器测接收器测量光脉冲从发射到被反量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。传播射回的传播时间。传播时间即可被转换为对距时间即可被转换为对距离的测量。离的测量。多次反射形成多返回。多次反射形成多返回。形成形成“点云点云”数据。数据。机载机载LiDARLiDAR技术技术 地面地面LiDAL

15、iDAR R技技术术 机载和地面机载和地面LiDARLiDAR系统集成系统集成 基于基于LIDARLIDAR的城市的城市DEMDEM测量测量基于基于LIDARLIDAR的的DEMDEM测量测量基于基于LIDARLIDAR的城市的城市DEMDEM测量测量LiDARLiDAR采集采集DEMDEM是高效、快捷的；是高效、快捷的； 一般情况一般情况下，数据处理后，下，数据处理后，LiDARLiDAR的高程精度优于的高程精度优于10CM10CM，平面精度优于，平面精度优于30CM30CM； 在不需要采在不需要采集影像的情况下，集影像的情况下，LiDARLiDAR可以全天候采集；可以全天候采集； LiDA

16、RLiDAR对于植被有一定的穿透能力，对于地对于植被有一定的穿透能力，对于地形比较复杂的地区，形比较复杂的地区，LiDARLiDAR采集具有明显优采集具有明显优势；势； LiDARLiDAR采集所需外业控制点很少，特别采集所需外业控制点很少，特别适合外业困难的地区航测；适合外业困难的地区航测； LiDARLiDAR在在DEMDEM数数据生成方面，自动化程度比传统方法高数倍，据生成方面，自动化程度比传统方法高数倍，特别适合大规模、工程化地形测量作业；特别适合大规模、工程化地形测量作业； LiDARLiDAR提供的高精度提供的高精度DEMDEM，为工程设计行业，为工程设计行业提供了断面数据采集的高

17、效手段，大大减轻提供了断面数据采集的高效手段，大大减轻外业测量的工作。外业测量的工作。 3.4.23.4.2、合成孔径雷达干涉测、合成孔径雷达干涉测量法量法- -InSARInSARu 要通过雷达影像获取目标的高程信息，必须得到由两个要通过雷达影像获取目标的高程信息，必须得到由两个“观测点观测点”对同对同一地域的两幅一地域的两幅SARSAR影像构成立体像对，利用影像构成立体像对，利用杨氏双狭缝光干涉杨氏双狭缝光干涉原理进行处理原理进行处理。3.4.33.4.3、基于多波束声纳的海、基于多波束声纳的海底地形测量底地形测量 多波束测深及旁侧声纳系多波束测深及旁侧声纳系统利用超声波原理进行工作，通统

18、利用超声波原理进行工作，通过发射和接收声波信号，由声波过发射和接收声波信号，由声波在水体中的传播时间与声速的乘在水体中的传播时间与声速的乘积即可计算出水深。多波束探头积即可计算出水深。多波束探头由发射探险头和接收换能器组成，由发射探险头和接收换能器组成，它之所以被称为多波束，是因为它之所以被称为多波束，是因为有多达有多达60个相互独立的接收换能个相互独立的接收换能器，一次声波发射，可由器，一次声波发射，可由60个接个接收探头采集收探头采集60个水深点信号，接个水深点信号，接收信号由计算机记录。这收信号由计算机记录。这60个接个接收换能器呈收换能器呈90夹角互成夹角互成1.5角的扇面分布。这样，

19、它对水下角的扇面分布。这样，它对水下地形测量是以一种全覆盖的方式地形测量是以一种全覆盖的方式进行，因此，它与目前常规单波进行，因此，它与目前常规单波束比较，具有测深点多、测量迅束比较，具有测深点多、测量迅速快捷、全覆盖等优点。速快捷、全覆盖等优点。3.53.5、不同采集方法适宜性比较、不同采集方法适宜性比较对对DEMDEM采集方法可以从性能、成本、时间、精度等方面进行评价。应采集方法可以从性能、成本、时间、精度等方面进行评价。应当指出当指出, ,各种采集方法都有各自的优点和缺点各种采集方法都有各自的优点和缺点, ,因此选择因此选择DEMDEM采集的方采集的方法要从项目的需求、精度要求、设备条件

20、、经费条件等方面考虑选法要从项目的需求、精度要求、设备条件、经费条件等方面考虑选择合适的采集方法。择合适的采集方法。 四、原始数据采集的重要性四、原始数据采集的重要性原始数据采集也是建立数字高程模型所有工序原始数据采集也是建立数字高程模型所有工序中劳动强度最大的工序中劳动强度最大的工序 。庞大工作量和紧张的劳动强度使得原始数据采庞大工作量和紧张的劳动强度使得原始数据采集的劳务费支出占去建立数字高程模型全部费用的集的劳务费支出占去建立数字高程模型全部费用的绝大部分。绝大部分。 在建立数字高程模型的各道工序中，唯有数据在建立数字高程模型的各道工序中，唯有数据采集的工效和精度与所选数据源类型以及作业

21、部门采集的工效和精度与所选数据源类型以及作业部门是否置备某种专用仪器有关。是否置备某种专用仪器有关。 数字高程模型成果的精度在很大程度上决定于数字高程模型成果的精度在很大程度上决定于原始数据点集的密度和分布方式。原始数据点集的密度和分布方式。 几点结论几点结论DEMDEM的生产的三个基本问题的生产的三个基本问题 ：DEMDEM的精度、生产成本和效率的精度、生产成本和效率 生产生产DEMDEM数据应注意的问题：数据应注意的问题： 1 1）、数据源要有足够的精度和采样密度）、数据源要有足够的精度和采样密度 ；2 2）、表面重建的方法或算法要完美；）、表面重建的方法或算法要完美；3 3）、采样点的数量应尽量减少）、采样点的数量应尽量减少 为了能更好地完成为了能更好地完成DEMDEM的生产任务的生产任务, ,必须必须制定高效、规范的生产工艺制定高效、规范的生产工艺 。注意事项注意事项 根据根据DEMDEM生产项目所涉及的具体生产项目所涉及的具体应用领域应用领域, ,确定需要加测的重要地物。确定需要加测的重要地物。 原始数据的质量必须保证。原始数据的质量必须保证。 必须对得到的必须对得到的DEMDEM进行编辑修改。进行编辑修改。