1、第八章第八章 数字摄影测量数字摄影测量8-1 概述概述一、概念一、概念 基于数字影像与摄影测量原理，应用计算机技术、基于数字影像与摄影测量原理，应用计算机技术、数字图象处理技术、影像匹配技术、模式识别等多学数字图象处理技术、影像匹配技术、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对象用数字方式表达的几科的理论与方法，提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支科学。何与物理信息的摄影测量学的分支科学。或者或者 利用数字灰度信号（数字影像），采用数字相关技利用数字灰度信号（数字影像），采用数字相关技术量测同名像点，在此基础上通过解析计算进行相对术量测同名像点，在此基础上通过解析计算进
2、行相对定向和绝对定向（解析原理），建立数字立体模型，定向和绝对定向（解析原理），建立数字立体模型，从而建立数字高程模型、绘制等高线、制作从而建立数字高程模型、绘制等高线、制作DOMDOM、以及、以及位位GISGIS提供基础信息等。整个过程都是以数字形式在计提供基础信息等。整个过程都是以数字形式在计算机中完成，因而又称为全数字摄影测量。算机中完成，因而又称为全数字摄影测量。二、过程：二、过程：v摄影：摄影：准备工作：根据任务和要求，确定摄影范围，准备工作：根据任务和要求，确定摄影范围，摄影距摄影距 离，摄影方式，摄影机的选择，摄影机离，摄影方式，摄影机的选择，摄影机的焦距，摄影比例尺。的焦距，摄
3、影比例尺。摄影处理，获得所需的影像。摄影处理，获得所需的影像。v外业工作外业工作：野外控制测量野外控制测量：对摄影测量处理中必须的野：对摄影测量处理中必须的野外控制点外控制点，首先进行控制网设计，然后野外刺点，首先进行控制网设计，然后野外刺点，并用并用GPSGPS方法等地面测量方法测定控制点的空间坐方法等地面测量方法测定控制点的空间坐标。标。像片调绘像片调绘：根据像片成像特点，对照实地，：根据像片成像特点，对照实地，判明像片上的地貌、地物，和像片上未能反映出，判明像片上的地貌、地物，和像片上未能反映出，而结果需要的资料，并标明在像片上。（而结果需要的资料，并标明在像片上。（DOMDOM叠加叠加
4、DLGDLG）v内业工作内业工作：获取数字影像（扫描像片，数据格式转换）获取数字影像（扫描像片，数据格式转换）影像相关（匹配）影像相关（匹配）摄影测量处理摄影测量处理 生产所需产品生产所需产品三、分类：三、分类：1 1、计算机辅助测图：、计算机辅助测图：（1 1）概念：）概念：利用解析测图仪或模拟测图仪与计算机相连的机助利用解析测图仪或模拟测图仪与计算机相连的机助系统，进行数据采集、数据处理，形成数字高程模型，系统，进行数据采集、数据处理，形成数字高程模型，数字地图，输入相应的地形数据库数字地图，输入相应的地形数据库 （2 2）内容：）内容：v 将摄影像片放在解析测图仪上，进行内定向；将摄影像
5、片放在解析测图仪上，进行内定向；v 人工识别，量测像片坐标；人工识别，量测像片坐标；v 摄影测量处理（相对定向，绝对定向）摄影测量处理（相对定向，绝对定向）v 得到地面点的空间坐标；得到地面点的空间坐标；v 地貌、地物编码，数据编辑，建立地图数据库地貌、地物编码，数据编辑，建立地图数据库（数字地图）；（数字地图）；v 绘制所需比例尺的地形图绘制所需比例尺的地形图（3 3）计算机辅助测图系统的应用功能：）计算机辅助测图系统的应用功能：-建立数据库：建立数据库：通过摄影测量进行数据采集；通过摄影测量进行数据采集；通过对现有地图的数字化进行数据采集；通过对现有地图的数字化进行数据采集；-人机对话式数
6、据编辑；人机对话式数据编辑；各种标准的图形数据输出；各种标准的图形数据输出；不同图形代码与比例尺的图形输出；不同图形代码与比例尺的图形输出；把数据传送到其他数据库或信息系统；把数据传送到其他数据库或信息系统；-摄影测量：摄影测量：坐标量测，空中三角测量；坐标量测，空中三角测量；数字地面模型；数字地面模型；近景摄影测量；近景摄影测量；遥感影像量测遥感影像量测 2、全数字摄影测量：、全数字摄影测量：（1 1）概念：）概念：利用计算机对数字影像或数字化影像进行处理，由计算机视觉利用计算机对数字影像或数字化影像进行处理，由计算机视觉代替人眼的立体量测与识别，完成影像几何与物理信息的自动提代替人眼的立体
7、量测与识别，完成影像几何与物理信息的自动提取。取。（2 2）内容：）内容：获取数字影像；获取数字影像；影像相关；影像相关；摄影测量处理；摄影测量处理；数字产品：数字产品：绘制等高线图、透视图、坡度图、断面图、景观图，制绘制等高线图、透视图、坡度图、断面图、景观图，制作各种专题图；作各种专题图；通过一定的算法提供体积、空间距离、表面积，填挖方通过一定的算法提供体积、空间距离、表面积，填挖方量等工程数据，完成各种工程运算；量等工程数据，完成各种工程运算；进行进行GISGIS数据采集，建立虚拟景观。数据采集，建立虚拟景观。提供人们所需的空间地理信息提供人们所需的空间地理信息。4D4D产品：产品：v
8、数字线划图（数字线划图（DLGDLG）（数字地图）：）（数字地图）：数字线划图是地形图上基础要素的矢量数据集，建立了各种要素间的空间关系和相关的属性信息。可全面描述地表信息，随机进行数据选取和显示，进行空间分析决策。v 数字高程模型数字高程模型(DEM(DEM):在高斯投影平面上规则格网点的平面坐标（x，y）及其高程（z）的数据集v 数字正射影像（数字正射影像（DOMDOM）：）：根据像片的内、外方位元素和地面高程模型，对数字影像进行微分纠正得到其正射影像，再做影像使嵌，图廓裁切生成影像层数据与图廓公里格网及其地名注记数据复合而成。既具有地图几何精度又有影像特征。具有精度高、信息丰富、可视性强
9、、直观真实。v 数字栅格图（数字栅格图（DRGDRG）DLGDOMDEM（TIN）DEM暄染图电子沙盘四、数字摄影测量的应用四、数字摄影测量的应用1 1、在国家基础测绘和建立空间数据基础设施（、在国家基础测绘和建立空间数据基础设施（NSDINSDI）中）中的应用的应用v美国美国19931993年提出：信息高速公路，即建立年提出：信息高速公路，即建立 国家信息基国家信息基础设施（础设施（National Information Infrastructure-National Information Infrastructure-NII-NII），由计算机服务器、网络和计算机终端组成。），由计算机
10、服务器、网络和计算机终端组成。v美国美国19941994年提出：国家空间数据基础设施（年提出：国家空间数据基础设施（National National SpstialSpstial Data Infrastructure-NSDI Data Infrastructure-NSDI）,在信息高在信息高速公路上表达地理参考，即与地理和地球有关的空间速公路上表达地理参考，即与地理和地球有关的空间信息，能在因特网上准确表达、描述、和查询。包括：信息，能在因特网上准确表达、描述、和查询。包括：空间数据协调、管理、分发的体系和机构，空间数据空间数据协调、管理、分发的体系和机构，空间数据交换网，空间数据交换
11、标准，数字地球空间数据框架交换网，空间数据交换标准，数字地球空间数据框架。v数字地球空间数据框架是数字地球空间数据框架是NSDINSDI的核心，也是投资最大的项目，包的核心，也是投资最大的项目，包含了最基本的空间数据集。含了最基本的空间数据集。v框架的内容包括：框架的内容包括：DEMDEM、DOMDOM、DLGDLG（道路、水系、境界、大地控（道路、水系、境界、大地控制点、地名数据库等）、制点、地名数据库等）、DRGDRG，也称，也称4D4D产品，是数字地球、数字产品，是数字地球、数字城市、数字工程的基础数据。不仅可以为研究和观察地球，进行城市、数字工程的基础数据。不仅可以为研究和观察地球，进
12、行地理分析提供基本和公用数据集，也可以为用户提供地理坐标参地理分析提供基本和公用数据集，也可以为用户提供地理坐标参考。考。v数字摄影测量是数字地球空间数据框架数据采集和更新的直接、数字摄影测量是数字地球空间数据框架数据采集和更新的直接、快速、有效的手段。快速、有效的手段。1 1：1 1万地形图（万地形图（1m1m分辨率）是重要资源，传分辨率）是重要资源，传统生产需统生产需10102020年，再数字化，时间更长。年，再数字化，时间更长。v3S3S技术及集成为这一作业模式提供了技术保证技术及集成为这一作业模式提供了技术保证:RS:RS提供必要的数提供必要的数据源，据源，DPSDPS是快速生产是快速
13、生产4D4D和更新空间数据的手段，和更新空间数据的手段，GISGIS提供数据存提供数据存储、管理和分析应用的技术手段，储、管理和分析应用的技术手段，GPSGPS提高数据采集进程。提高数据采集进程。2 2城市大比例尺测图。城市大比例尺测图。3 3与与CADCAD集成集成（摄影测量与GPS、公路CAD集成，可使地面数据采集、资料获取、数据处理、公路设计与优化、成果输出，达到勘测设计信息共享，协同作业的一体化）。4 4虚拟现实虚拟现实：建筑设计，城市规划、管理，工程设计。：建筑设计，城市规划、管理，工程设计。5 5变化监测、地图修测变化监测、地图修测6.6.在线路设计中的应用在线路设计中的应用（航空
14、摄影测量获得的地形图、断面图和数字高程模型是线路设计的主要资料，高分辨率的航空或遥感图象可直接或间接地提供大量的各种地物属性信息，提高地质现象和水文要素的解译精度和可靠性，使道路选线工作更趋自动化。）五、发展趋势五、发展趋势：1 1航空航天遥感数据获取趋向高分辨率（高空间分辨率，航空航天遥感数据获取趋向高分辨率（高空间分辨率，高光谱分辨率，高时相分辨率）高光谱分辨率，高时相分辨率）2 2航空航天遥感对地定位不依赖于地面控制。借助于航空航天遥感对地定位不依赖于地面控制。借助于GPSGPS及及INSINS，实现定点摄影成像和无地面控制的高精度，实现定点摄影成像和无地面控制的高精度定位，航测精度：分
15、米，遥感精度：定位，航测精度：分米，遥感精度：5-105-10米，实现实米，实现实时测图和实时数据库更新。时测图和实时数据库更新。3 3航空航天遥感计算机处理更趋向自动化和智能化航空航天遥感计算机处理更趋向自动化和智能化4 4利用多时相影像数据自动发现地表覆盖的变化趋向实利用多时相影像数据自动发现地表覆盖的变化趋向实时化：实现三维变化检测和自动更新。时化：实现三维变化检测和自动更新。5 5在数字中国、数字城市、数字工程中发挥愈来愈大的在数字中国、数字城市、数字工程中发挥愈来愈大的作用。作用。v待研究的问题待研究的问题：1、摄影测量在影像匹配、自动定向算法、特征提取、影像分割与分、摄影测量在影像
16、匹配、自动定向算法、特征提取、影像分割与分类、影像分析与理解、目标重建、自动化空三取得了进展，但距类、影像分析与理解、目标重建、自动化空三取得了进展，但距离实用化还有很大距离，从摄影测量的作业过程而言，地貌的测离实用化还有很大距离，从摄影测量的作业过程而言，地貌的测绘、人工地物的自动化提取还有很多问题没有解决。绘、人工地物的自动化提取还有很多问题没有解决。2、全数字摄影测量及遥感与、全数字摄影测量及遥感与GPS和和GIS的集成是摄影测量发展的必的集成是摄影测量发展的必经之路，影像将是空间信息的主要载体，摄影测量与遥感技术将经之路，影像将是空间信息的主要载体，摄影测量与遥感技术将进入普及和商业化
17、阶段。进入普及和商业化阶段。3、机载、机载GPS/INS、激光扫描仪和、激光扫描仪和CCD成像技术的集成将实现实时成像技术的集成将实现实时测图。测图。4、高空间分辨率将用于解决平面问题，干涉雷达将用于解决高程问、高空间分辨率将用于解决平面问题，干涉雷达将用于解决高程问题；高光谱技术将用于解决自动分类问题。题；高光谱技术将用于解决自动分类问题。5、数据融合，数据挖掘，信息融合，系统集成，影像、图形、数据融合，数据挖掘，信息融合，系统集成，影像、图形、DEM三库一体化，可视化虚拟现实技术将成为关键技术热点。三库一体化，可视化虚拟现实技术将成为关键技术热点。8-2 数字摄影测量系统（Digital
18、Photogrammetry System DPS）一、全数字摄影测量利用数字化设备对像片进行采样、量化，得到二维数字矩阵，或直利用数字化设备对像片进行采样、量化，得到二维数字矩阵，或直接摄取数字影像；接摄取数字影像；在计算机上，对相邻像对进行相关运算，搜索同名点，并量测；在计算机上，对相邻像对进行相关运算，搜索同名点，并量测；通过相对定向、绝对定向，构建数字形式的立体模型，计算模型点通过相对定向、绝对定向，构建数字形式的立体模型，计算模型点的坐标的坐标 ；建立建立DEM DEM，在，在DEMDEM上自动测绘等高线上自动测绘等高线 、制作正射影像，为、制作正射影像，为GISGIS提供提供基础信
19、息等。基础信息等。v完成全数字摄影测量的设备，称为自动化测图系统，或数字摄影测量系完成全数字摄影测量的设备，称为自动化测图系统，或数字摄影测量系统（统（DPSDPS），或数字摄影测量工作站（），或数字摄影测量工作站（DPWDPW）。）。二、二、DPSDPS的组成的组成1 1、影像数字化装置、影像数字化装置(高分辨率影像扫描仪）；高分辨率影像扫描仪）；2 2、计算机（具有高处理速度，配备大容量内存与硬盘，、计算机（具有高处理速度，配备大容量内存与硬盘，和海量外存储器，和海量外存储器，2424彩色位面图象处理板）；彩色位面图象处理板）；3 3、计算机立体观测设备，如：立体眼镜、手轮、脚盘、计算机立
20、体观测设备，如：立体眼镜、手轮、脚盘、三维鼠标）三维鼠标）4 4、大幅面高分辨率输出设备（矢量绘图仪；栅格绘图、大幅面高分辨率输出设备（矢量绘图仪；栅格绘图仪。）仪。）5 5、完成各种摄影测量任务的软件及运行平台：、完成各种摄影测量任务的软件及运行平台：v操作系统软件操作系统软件，如：，如：WindowsWindows，UNIXUNIX；v数字图象处理软件数字图象处理软件，如：，如：ERDASERDAS系统。影像旋转、滤波、系统。影像旋转、滤波、增强、特征提取等。增强、特征提取等。v模式识别软件模式识别软件：特征识别与定位、影像匹配、目标识：特征识别与定位、影像匹配、目标识别；别；v摄影测量软
21、件摄影测量软件：v 定向参数的计算（内定向、相对定向、绝对定向）；定向参数的计算（内定向、相对定向、绝对定向）；v 空中三角测量（光束法空三，利用相关算法进行连空中三角测量（光束法空三，利用相关算法进行连接点的自动量测与转点，粗差探测剔除相关错点）；接点的自动量测与转点，粗差探测剔除相关错点）；v 形成核线影像（利用相对定向元素，按同名核线将形成核线影像（利用相对定向元素，按同名核线将影像重新排列）；影像重新排列）；v 坐标计算与变换；坐标计算与变换；v 数值内插；数值内插；v 数字微分纠正（制作正射影像）；数字微分纠正（制作正射影像）；v 投影变换（制作透视图和景观图）；投影变换（制作透视图
22、和景观图）；v 建立数字高程模型，制作透视图和景观图；建立数字高程模型，制作透视图和景观图；v辅助功能软件辅助功能软件：v数据输入输出，格式转换；数据输入输出，格式转换；v地图的编辑与注记；地图的编辑与注记；v图廓整饰；图廓整饰；v质量报告；质量报告；v人机交互。人机交互。DPWDPW的工作流程图的工作流程图三、三、DPS的功能的功能1、影像数字化（利用扫描仪，将像片转化为数字影像）；、影像数字化（利用扫描仪，将像片转化为数字影像）；2、影像处理（让影像的亮度、反差、色彩合适，方位正确、影像处理（让影像的亮度、反差、色彩合适，方位正确)3、量测：单像：特征提取与定位（自动与交互）、量测：单像：
23、特征提取与定位（自动与交互）双像及多像：影像匹配，立体量测双像及多像：影像匹配，立体量测4、定向：内定向（计算扫描坐标系与像平面坐标系的参数、定向：内定向（计算扫描坐标系与像平面坐标系的参数)相对定向（提取特征点，通过影像匹配寻找同名相对定向（提取特征点，通过影像匹配寻找同名 点，计算定向参数点，计算定向参数）绝对定向（匹配寻找同名控制点绝对定向（匹配寻找同名控制点，计算参数），计算参数）5、自动空三：（自动定向、自动选点、转点、模型连接、自动空三：（自动定向、自动选点、转点、模型连接、构建航带网、区域网平差、粗差剔除等。）构建航带网、区域网平差、粗差剔除等。）6、构成核线影像（由灰度影像沿核
24、线方向构成核线影像对，、构成核线影像（由灰度影像沿核线方向构成核线影像对，便于立体观测，和一维匹配）便于立体观测，和一维匹配）7、影像匹配，建立、影像匹配，建立DEM，并编辑，建立格网，并编辑，建立格网DEM 或直接构或直接构建建TIN。8、基于、基于DEM：自动绘制等高线；自动绘制等高线；和数字微分纠正原理，制作正射影像，并镶嵌与修补和数字微分纠正原理，制作正射影像，并镶嵌与修补 和透视变换原理制作透视图；和透视变换原理制作透视图；和正射影像制作三维景观图和正射影像制作三维景观图10、数字测图、数字测图四、四、DPS的产品的产品v影像参数（空三加密成果、影像定向结果）；影像参数（空三加密成果
25、、影像定向结果）；vDEM；v数字地图；数字地图；v数字正射影像；数字正射影像；v透视图、景观图；透视图、景观图；v可视化立体模型；可视化立体模型；v各种工程设计所需的三维信息；各种工程设计所需的三维信息；v各种信息系统、数据库所需的空间信息。各种信息系统、数据库所需的空间信息。五、数字化测图：五、数字化测图：摄影测量数字化测图经历了：摄影测量数字化测图经历了：机助数字化成图机助数字化成图 解析数字化成图解析数字化成图 全数字摄影测量成图。全数字摄影测量成图。全数字摄影测量数字化成图系统：（全数字摄影测量数字化成图系统：（90年代）年代）特点：特点：v 自动化程度较高，相对定向、绝对定向、影像
26、匹配、建自动化程度较高，相对定向、绝对定向、影像匹配、建立立DEM生成等高线、制作正射影像图均可自动完成。生成等高线、制作正射影像图均可自动完成。v 应用面广，工作效率高（影像匹配应用面广，工作效率高（影像匹配500点点/秒，山地等高秒，山地等高线测绘比解析测图仪快几十倍）。集多种功能于一体，扩大线测绘比解析测图仪快几十倍）。集多种功能于一体，扩大了应用范围。了应用范围。v 系统具有丰富灵活的数据输入、输出格式。（系统具有丰富灵活的数据输入、输出格式。（TIFF、BMP、SGI、TGA、JPEG、BSF等）等）v 系统在确定物体的几何属性上自动化程度高，在确定系统在确定物体的几何属性上自动化程
27、度高，在确定物理属性（地物的测绘）上，以及复杂地形上，需人工物理属性（地物的测绘）上，以及复杂地形上，需人工干预完成。干预完成。仪器仪器：v美美DIWS、DSPW系统系统v德德PHODIS系统，系统，KERN的的DSP-1系统系统 （20万美元）万美元）v微机版：（微机版：（1.5万美元）万美元）vDMS、DVP、VirtuoZo NT、JX-4。六、国际上具代表性的全数字摄影测量系统六、国际上具代表性的全数字摄影测量系统1 1、LeicaLeica公司的公司的HelavaHelava扫描仪扫描仪DSW300DSW300（量测分辨率为量测分辨率为1um1um，扫描速度，扫描速度35mm/s35
28、mm/s，像元尺寸，像元尺寸8-75um8-75um），工作站），工作站DPW770DPW770；（全色；（全色SPOTSPOT，LandsatLandsat）2 2、I n t e r g r a p hI n t e r g r a p h 公 司 的 扫 描 仪公 司 的 扫 描 仪 A S 1A S 1 与 工 作 站与 工 作 站IntergraphstationIntergraphstation；（；（SPOTSPOT）3 3、ZeissZeiss的扫描仪的扫描仪SCA1SCA1（分辨率分辨率1um1um，像元大小，像元大小7.5-7.5-120um,120um,扫描速度扫描速度1
29、 1兆像素兆像素/秒秒），），工作站工作站PHODISPHODIS；4 4、Vision InternationalVision International公司的工作站公司的工作站MicrosoftMicrosoft；5 5、武测的、武测的VirtuoZoVirtuoZo；（；（SPOT,SPOT,近景影像）近景影像）6 6、VaxelVaxel的扫描仪的扫描仪Vaxe400Vaxe400；其它摄影测量设备其它摄影测量设备：v1、IGI公司（德）：公司（德）：vGPS、IMU（惯性导航测量单元）组成航空摄影控制系统（惯性导航测量单元）组成航空摄影控制系统CCNS。安装在飞机上能以。安装在飞机上
30、能以0.1m平面，平面，0.2m高程，高程，0.0050的精度测定外方位元素。的精度测定外方位元素。v2、APPLANIX公司（加）：公司（加）：vPOS/AV航空摄影定位与定向系统。把航空摄影定位与定向系统。把GPS和和IMU集成起集成起来，用于机载航空相机、激光仪、扫描仪和雷达的数据获来，用于机载航空相机、激光仪、扫描仪和雷达的数据获取时的外方位元素测定。取时的外方位元素测定。X，Y，Z精度精度5-10 cm，角度精，角度精度度0.0050-0.0080。3、Aerodata Int.Surveys公司（比利时）：公司（比利时）：将激光扫描仪、航空相机、像片扫描仪集成起来，完成将激光扫描仪
31、、航空相机、像片扫描仪集成起来，完成航测。地面航测。地面1m格网的高程精度格网的高程精度0。2m。4、OSAKA公司（日）：公司（日）：推出推出SE-11X新型相机，特点：陶瓷材料真空板压平；新型相机，特点：陶瓷材料真空板压平；8个框标；专门电路抗噪；与个框标；专门电路抗噪；与GPS兼容；数据记录上下个兼容；数据记录上下个51位。可用于地面摄影和航空摄影。位。可用于地面摄影和航空摄影。5、WEHRLI公司（美）：公司（美）：推出高精度像片扫描仪，特点：精度推出高精度像片扫描仪，特点：精度4 um；灰阶；灰阶4096（12bit)；光照稳定；光照稳定；WINDOWS NT环境；基本分辨率环境；基
32、本分辨率10 um(2540dpi),通过内插可有通过内插可有15、25、30um分辨率。分辨率。七、七、DPS的分类的分类根据系统的功能、自动化程度、价格，分类：根据系统的功能、自动化程度、价格，分类：v1、自动化程度较强的多用途数字摄影测量工作站：、自动化程度较强的多用途数字摄影测量工作站：Automatics,LH system,Z/I Imaging,Erdas,Supresoft等公司生产的产品。等公司生产的产品。v2、较少自动化的数字摄影测量工作站：、较少自动化的数字摄影测量工作站：DVP Geomatics,ISM,3D Mapper,Espa Systems等公司提等公司提供的
33、产品。供的产品。v3、遥感系统：、遥感系统：ER Mapper,Matra,PCI Geomatics等公司等公司提供的产品。主要用于生产正射影像，没有立体观测能力。提供的产品。主要用于生产正射影像，没有立体观测能力。v4、用于自动矢量数据获取的专用系统：、用于自动矢量数据获取的专用系统：ETH,Inpho等提供等提供的产品。的产品。八、VirtuoZoVirtuoZo全数字摄影测量系统全数字摄影测量系统 武汉大学研制，基于武汉大学研制，基于Windows 95/NTWindows 95/NT的全数字摄影测量的全数字摄影测量工作站。工作站。具有：自动化程度高，处理效率高，可接合性强，应具有：自
34、动化程度高，处理效率高，可接合性强，应用面广，成本低的特点，可用于用面广，成本低的特点，可用于1 1：5 5万，万，1 1：1 1万，万，1 1：1 1千，千，1 1：500500等各种比例尺的数字测图，以及进行等各种比例尺的数字测图，以及进行GISGIS数据采集等；数据采集等；不不仅可以处理航空像片，还能处理卫星遥感影像，和普通仅可以处理航空像片，还能处理卫星遥感影像，和普通相机所摄像片，该系统已被开发成商品，并推向了国际市相机所摄像片，该系统已被开发成商品，并推向了国际市场。场。1 1、基于、基于Windows 95/NTWindows 95/NT的全数字摄影测量系统。的全数字摄影测量系统
35、。2 2、特点：、特点：（1 1）高度自动化）高度自动化-影像的内定向、相对定向、相影像的内定向、相对定向、相对纠正、影像匹配、建立对纠正、影像匹配、建立DEMDEM、制作正射影像图完全、制作正射影像图完全不需人工操作；可在屏幕上显示立体像对、景观图、不需人工操作；可在屏幕上显示立体像对、景观图、透视图；对多个影像模型自动进行透视图；对多个影像模型自动进行DEMDEM拼接；可对正拼接；可对正射影像、等高线以及套合等高线的正射影像进行无射影像、等高线以及套合等高线的正射影像进行无缝镶嵌。缝镶嵌。(2(2）高效率）高效率-影像的相对定向仅需影像的相对定向仅需1-21-2分钟，影像分钟，影像匹配达匹
36、配达500500点点/秒；秒；(3(3）可接合性）可接合性-具有交互处理与自动化具有交互处理与自动化 两种作业两种作业方式，且是分开的；方式，且是分开的；(4(4）应用面广）应用面广-能用于能用于1 1：5 5万，万，1 1：1 1万，万，1 1：1 1千，千，1 1：500500等各种比例尺的数字测图与等各种比例尺的数字测图与GISGIS数据采集数据采集。3、功能：、功能：自动空三自动空三;测绘各种比例尺的测绘各种比例尺的D L G、D E M、DOM、DRG;可处理航空影象、可处理航空影象、SPOT和和IKONOS立体影象、近景立体影象、近景影象影象;4、立体观察有两种、立体观察有两种部件
37、：反光立体部件：反光立体镜，液晶立体镜。镜，液晶立体镜。5、操作过程：、操作过程：（1）资料准备：）资料准备：1、摄影资料（摄影底片，飞行参数，摄影机、摄影资料（摄影底片，飞行参数，摄影机 鉴定参数，等）；鉴定参数，等）；2、内外业资料（项目任务书、技术设计书、控、内外业资料（项目任务书、技术设计书、控 制点数据，等）；制点数据，等）；（2）影像扫描：）影像扫描：1、扫描分辨率的确定：、扫描分辨率的确定：R=R0*（M/m）R0-像元尺寸；像元尺寸；M-成图比例尺分母成图比例尺分母;m-摄影比例尺分母。摄影比例尺分母。2、扫描参数设置与调整：分辨率、反差、亮度、扫描参数设置与调整：分辨率、反差
38、、亮度、灰度值范围，等；灰度值范围，等；3、扫描范围的确定（影像完整的基础上，尽可能小）；、扫描范围的确定（影像完整的基础上，尽可能小）；4、扫描影像预处理（保持各像片目视效果一致）；、扫描影像预处理（保持各像片目视效果一致）；5、影像文件的命名与存储。、影像文件的命名与存储。（3）参数文件的准备：）参数文件的准备：1、项目参数文件；、项目参数文件；2、控制点参数文件；、控制点参数文件；3、摄影机参数文件。、摄影机参数文件。（4）定向：）定向：内定向、相对定向、绝对定向内定向、相对定向、绝对定向（5）核线重采样）核线重采样（6）影像匹配）影像匹配（7）编辑）编辑（8）生成）生成DEM及其它产品
39、及其它产品九、JX-4JX-4数字摄影测量系统数字摄影测量系统 中国测绘科学研究院中国测绘科学研究院研制，基于微机的数字研制，基于微机的数字摄影测量工作站，是一摄影测量工作站，是一套半自动化的数字摄影套半自动化的数字摄影测量系统。测量系统。具有：实用性强，人机具有：实用性强，人机交互功能好，生产精度交互功能好，生产精度高，产品质量控制工艺高，产品质量控制工艺强的特点。可生产高密强的特点。可生产高密度的度的DEMDEM，生产正射影像，生产正射影像，采集采集GISGIS和数字地图数据和数字地图数据等。等。8-3 数字高程模型（DEM）一、概念一、概念 1.1.数字地面模型（数字地面模型（Digit
40、al Terrain ModelDigital Terrain ModelDTMDTM）：v 描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值阵列。描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值阵列。v 定 义：某 一 区 域 上定 义：某 一 区 域 上 m m 维 向 量 的 有 限 序 列：维 向 量 的 有 限 序 列：V Vi i,i=1,2,.n,i=1,2,.nv 常用一系列地面点的平面坐标常用一系列地面点的平面坐标X X、Y Y以及该地面点的高以及该地面点的高程程Z Z或属性组成的数据阵列。或属性组成的数据阵列。v 向量分量向量分量V Vi i,可以是地形信息，资源信息，环境信息，可以是
41、地形信息，资源信息，环境信息，土地利用信息，社会经济信息，等的定量或定性描述。土地利用信息，社会经济信息，等的定量或定性描述。v DTMDTM是地理信息数据库的基本内核，是地理信息数据库的基本内核，DTM DTM 的地形分量的地形分量即即DEMDEM。2.2.数字高程模型数字高程模型（Digital Elevation ModelDEM）：v DEMDEM是表示区域上地形的三维向量的有限序列：是表示区域上地形的三维向量的有限序列：Vi=(Xi,Yi,Zi),iVi=(Xi,Yi,Zi),i=1,2,.n=1,2,.n v DEM DEM正成为一种具有独立标准和内涵的基础数据产品正成为一种具有独
42、立标准和内涵的基础数据产品.v从从DEMDEM可以派生出一系列产品：可以派生出一系列产品：平面等高线图、平面等高线图、立体等高线图立体等高线图、坡度图、坡向图、坡度图、坡向图、晕渲图、通视图、晕渲图、通视图、纵断面图、横断面图、纵断面图、横断面图、三维立体透视图、三维立体透视图、三维立体彩色图和景观图等。三维立体彩色图和景观图等。二、DEM的表示形式1、规则格网dem（GRID）Vi=(Xi,Yi,Zi),iVi=(Xi,Yi,Zi),i=1,2,.n=1,2,.n 各向量的平面点位是规则格各向量的平面点位是规则格网排列，则只需记录高程向量。网排列，则只需记录高程向量。点的平面坐标点的平面坐标
43、X X、Y Y可由起始可由起始原点推算而无需记录，这样的地原点推算而无需记录，这样的地表形态只用点的高程表形态只用点的高程Z Z表达。表达。PijDXDYX0Y0优点：存储量小（还可压缩存储），便于使用和管理，是目前使用最广泛的一种形式。缺点：有时不能准确的表示地形的结构和细部，导致基于规则格网DEM描绘的等高线不能准确的表示地貌。（没有考虑地形特征点、地性线等因素）2、不规则三角网DEM（TIN）将地形特征采集点按一定规将地形特征采集点按一定规则连接成覆盖整个区域且互不则连接成覆盖整个区域且互不重叠的三角形，构成一个由不重叠的三角形，构成一个由不规则三角网表示的规则三角网表示的DEMDEM。
44、TINTIN必须同时存放地形点的必须同时存放地形点的平面坐标和高程（平面坐标和高程（）iiiZYX,优点：存储量大，数据结构复杂，使用和管理也较为复杂。缺点：能较准确的表示地形的结构和细部，基于TIN描绘的等高线能较准确的表示地貌。（考虑地形特征点、地性线等因素）3、GRID-TIN混合形式DEM：一般地区使用GRID（根据地形不同格网的密度也可不同），沿地形特征则采用TIN。PijDXDYX0Y0三、数据采集v获取方式获取方式DEM精度精度速度速度成本成本更新程度更新程度 应用范围应用范围v1.地面测量地面测量高（高（cm）耗时耗时很高很高很困难很困难小范围区域，特殊小范围区域，特殊 工程项
45、目工程项目v2.地形图手扶地形图手扶 跟踪数字化跟踪数字化较低较低 较耗时较耗时低低周期性周期性 国家范围内及军事国家范围内及军事v3.地形图扫描地形图扫描 数据采集，中小比例尺数据采集，中小比例尺 数字化数字化较低较低 快快较低较低 地形图的数据获取地形图的数据获取v4.摄影测量摄影测量*较高（较高（cmm）较快较快较高较高周期性周期性大的工程项目，国大的工程项目，国 家范围内的数据收集家范围内的数据收集v5.立体遥感立体遥感低低 很快很快低低很容易很容易国家范围，及全球国家范围，及全球 范围内的数据收集范围内的数据收集v6.GPS 较高（较高（cmm）很快很快较高较高容易容易小范围，特殊项
46、目小范围，特殊项目v7.激光扫描激光扫描,干涉雷达干涉雷达高（高（cm）快快高高容易容易高分辨率、各种范围高分辨率、各种范围 v数字摄影测量是空间数据采集最有效的手段，效率高、劳动强度低。数字摄影测量是空间数据采集最有效的手段，效率高、劳动强度低。v数字摄影测量的数字摄影测量的DEM采集方式采集方式：v1、沿等高线采样：、沿等高线采样：等时间或等间隔记录数据流，适于地形复杂和陡峭地区。等时间或等间隔记录数据流，适于地形复杂和陡峭地区。v2、规则格网采样：、规则格网采样：利用解析测图仪在立体模型中按规则矩形格网进行采样，利用解析测图仪在立体模型中按规则矩形格网进行采样，直接构成格网直接构成格网D
47、EM。不能较好表示地形特征。不能较好表示地形特征。v3、沿断面扫描：、沿断面扫描：利用解析测图仪或附有自动记录装置的立体测图仪，对利用解析测图仪或附有自动记录装置的立体测图仪，对立体模型进行断面扫描，按等距离或等时间方式记录断面上立体模型进行断面扫描，按等距离或等时间方式记录断面上点的坐标。点的坐标。精度较差，常用于正射影像的生产。精度较差，常用于正射影像的生产。v4、渐进采样：（使采样点分布合理）、渐进采样：（使采样点分布合理）先作稀疏间隔采样，再分析是否需要对格网加密。先作稀疏间隔采样，再分析是否需要对格网加密。v5、选择采样：、选择采样：根据地形特征采样，如：山脊线、山谷线、断裂线、根据
48、地形特征采样，如：山脊线、山谷线、断裂线、山顶等。能较真实反映地形。山顶等。能较真实反映地形。v6、混合采样：、混合采样：考虑采样的效率和合理性，将规则采样与选择采样结考虑采样的效率和合理性，将规则采样与选择采样结合起来。合起来。v7、自动化采集：、自动化采集：在数字摄影测量工作站上进行（影像匹配）。在数字摄影测量工作站上进行（影像匹配）。四、四、DEM数据预处理数据预处理vDEM数据预处理是数据预处理是DEMDEM内插前的准备工作，包括：内插前的准备工作，包括：v 数据格式转换数据格式转换v 坐标系统变换坐标系统变换v 数据编辑数据编辑v 栅格数据矢量化栅格数据矢量化v 数据分块数据分块v数
49、据预处理是数据预处理是DEMDEM建立的一部分，建立的一部分，DEMDEM软件具备的功能。软件具备的功能。五、数据处理 1、DEMDEM的表面建模：的表面建模：vDEMDEM是用一个或多个数学函数是用一个或多个数学函数v （Z=fZ=f（X X，Y Y）来表达地形表面。）来表达地形表面。常用多项式函数：常用多项式函数：Z=aZ=a0 0+a+a1 1X+aX+a2 2Y+aY+a3 3XY+aXY+a4 4X X2 2+a+a5 5Y Y2 2+a+a6 6X X3 3+a a7 7Y Y3 3+a+a8 8X X2 2Y+aY+a9 9XYXY2 2+（1 1）建模方法）建模方法1 1、基于
50、三角形的表面建模、基于三角形的表面建模：Z=aZ=a0 0+a+a1 1X+aX+a2 2Y Y 不规则三角网（不规则三角网（TINTINTriangulated Irregular NetworkTriangulated Irregular Network）：通）：通过从不规则分布的数据点生成的连续三角面来逼近地形表面。过从不规则分布的数据点生成的连续三角面来逼近地形表面。TINTIN能较好地顾及地貌特征，能较精确表示复杂地形表面，但数据能较好地顾及地貌特征，能较精确表示复杂地形表面，但数据量大，数据结构复杂，使用与管理也较复杂。量大，数据结构复杂，使用与管理也较复杂。建模要求：建模要求：T
