基于VirtuoZo NT系統制作DEM方法的研究

李敬園

(新疆電力設計院，新疆烏魯木齊 830000)

1 引言

隨著社會發展建設的需要，數字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)已成為國家基礎數字測繪產品之一，已被廣泛用于城市規劃與建設之中。本文從DEM數據采集、數據處理、DEM精度檢核幾個方面出發，通過利用原始資料和改進作業方法，來制作高精度的DEM。

2 數字高程模型數據的采集

數字高程模型數據源很多，主要有外業數字化和內業矢量兩種。兩者各有利弊，保證了精度降低了效率;效率提高但精度又難保證。分析兩種作業方法，采用矢量地形圖提取特征點線，來制作特征母線文件，作為數字高程模型的初始值，來制作DEM。通過航空攝影影像建立立體影像，來檢查DEM是否與地面地貌吻合。當DEM與地形不吻合時，通過立體模式下添加特征點線來控制DEM的精度。

對于數字線劃圖特征文件要轉換成為VirtuoZo NT所需要的格式，對特征文件提取的原則為:

(1)將所有特征線換成多點折線Lwpline。

(2)保留能反映地貌的特征點、線;如高程點，等高線，道路，水系，地界等。

(3)刪除地物符號和字符信息所在的圖層。

編輯好的特征點線文件，放到VirtuoZo NT系統DEM Maker能夠識別的11 000圖層中。

由于原始資料的欠缺或地形的改變，在立體模式下采集特征點線，來完善DEM。在VirtuoZo NT系統中DEM Maker是一個交互式編輯的模塊，在特征文件與立體模式對DEM編輯中要注意:

(1)特征線全部為3D線。

(2)特征線應嚴格切準地面，并保證足夠的數量。

(3)特征線應保持連續(如大山的整個山脊線、山谷線等)。

(4)特征線之間不應相交。

特征點線的選取:

(1)已進行過數字線劃地圖DLG量測，則可直接引用等高線、高程點、陡坎、水系、道路等有地表高程信息的要素。

(2)特征點:山頂、凹地、鞍部等地形特征點;

(3)特征線:反映地形變化的山脊線、溝谷線、斷裂線、坡腳線等。

通過對特征母線文件的制作和立體模式添加特征數據，數字高程模型數據的采集基本上就做好了，其基本流程如圖1所示。

圖1 特征母線文件制作流程

3 數字高程模型表面建模

VirtuoZo NT中運行DEM Maker模塊，通過引入所建的特征文件.Dxf文件。運用這些特征點的高程數據來進行數字高程模型表面建模，由于VirtuoZo NT系統DEM Maker模塊可以在立體模型下對特征文件進行編輯生成DEM，所以在表面建模中要注意，整體建模和局部建模統一。

圖2 DEM數字高程模型建立

在VirtuoZo NT中，在立體模式下通過佩戴紅綠眼鏡來觀測所建立的模型與實際地形的擬合程度，對于沒有貼近地面的格網，要通過添加特征點和特征線，然后通過局部建模運算(添加特征點線后再選中這個區域從新建立TIN)使數字高程格網與實際地表吻合。當所有格網檢查與地貌吻合后就可以導出DEM數字高程模型。

4 DEM精度檢驗

由于采用數字線劃圖和立體模式下立體量測生成DEM，所以在質量控制上要從線劃圖開始，在立體模型下剔除粗差特征點所引起的拉傷和扭曲的變形點，通過在立體模型下添加模型點來糾正DEM。在制作好的DEM中通過三維模型下和等高線疊加的方法來檢測DEM精度。

4.1 三維可視化的粗差檢測與剔除

與隨機噪音相比，粗差對數字高程數據所反映的空間變化的扭曲更為嚴重。在有些情況下，粗差的存在會導致DEM及產品嚴重失真甚至完全不能接受。因此，通過DEM與正射影像疊加建立三維模型，通過建立的三維模型查找到拉傷、扭曲的影像，在此區域內通過立體模型下剔除粗差，通過添加特征點達到精化DEM目的。這樣便可以快速準確地判斷出異常點。

4.2 引入影像交互式檢測

利用采集的特征點、特征線和特征面作為初值，直接構建TIN，生成格網DEM。在立體模式下漫游檢查DEM點與每個模型的吻合情況，對DEM點與模型不吻合的區域增加特征點、特征線和特征面，然后重新內插計算，使每個格網點都貼近地表。與影像地面達到最好的吻合。交互式檢測的方法有:

(1)特征匹配:由特征點、線通過構建TIN生成DEM。通過對TIN或DEM的立體漫游檢查來達到控制編輯質量的目的。如圖3:人工立體觀測檢查匹配點或等視差曲線是否都切準地面立體模型，否則應進行立體編輯，包括重新定向與匹配、點編輯、面編輯等方法。

圖3 立體漫游檢查DEM

(2)由生成的數字高程模型和數字正射影像DOM制作三維立體模型，通過引入等高線與三維立體模型疊加來檢查數字高程模型的逼近程度，如圖4所示。

圖4 等高線引入檢查DOM

(3)特征匹配+影像匹配:借助特征點、線自動匹配生成DEM來生成正射影像，通過正射影像是否變形來檢查DEM的精度，如果DEM與實際地形不符合，將出現影像的扭曲現象，如圖5所示。

圖5 由于DEM引起DOM變形

圖6 糾正后的DEM所做DOM

在影像匹配過程中要充分利用影像特征點線，通過影像特征點線和立體模型來檢查生成的DEM與影像地面的吻合情況，通過立體模型來加測特征線和檢查特征母線文件。從而提高DEM的質量。

5 結論

在VirtuoZo NT系統中制作DEM，通過特征文件的進入，進行內插建模，生產數字高程模型。在立體影像下，通過立體模型立體漫游等方式對生成的DEM進行檢查，看生成的DEM是否與地面吻合，從而制作出高精度的數字高程模型，為國家建設服務。

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