河南省測(cè)繪工程院 郭鵬飛
河南省西部無(wú)圖區(qū)1∶1萬(wàn)地形圖的生產(chǎn)方法
河南省測(cè)繪工程院 郭鵬飛
河南省西部部分高山區(qū)域,由于受各種歷史、客觀條件的限制,至今仍沒(méi)有1∶1萬(wàn)地形圖資料。為了實(shí)現(xiàn)“中原崛起”,滿足河南省社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要,要求實(shí)現(xiàn)1∶1萬(wàn)地形圖資料對(duì)全省國(guó)土面積上的全覆蓋。此次的豫西無(wú)圖區(qū)的首輪1∶1萬(wàn)地理空間信息數(shù)字化基礎(chǔ)測(cè)繪任務(wù),將在不進(jìn)行外業(yè)測(cè)繪的基礎(chǔ)上,充分利用IKONOS衛(wèi)星提供的高分辨率立體遙感影像,并與原有的歷史資料相結(jié)合,采用先進(jìn)的測(cè)繪科學(xué)技術(shù)手段,完成內(nèi)業(yè)生產(chǎn)成圖任務(wù)。
任務(wù)生產(chǎn)區(qū)域位于河南省南陽(yáng)市西部,地形為高山地,屬伏牛山脈,測(cè)區(qū)面積約2 300 km2,涉及地形圖88幅。項(xiàng)目?jī)?nèi)容主要包括:1∶1萬(wàn)比例尺數(shù)字線劃圖(DLG)、數(shù)字正射影像圖(DOM)、數(shù)字高程模型(DEM)產(chǎn)品的生產(chǎn)和制作。區(qū)域內(nèi)資料有:2008年分辨率為2.5 m的IKNOS衛(wèi)星遙感影像;1:5萬(wàn)DLG建庫(kù)數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù);周圍接邊二輪1∶1萬(wàn)DOM、DLG數(shù)據(jù);河南省測(cè)繪局1987年測(cè)制的1∶2.5萬(wàn)比例尺含有完備的注記、植被、境界等信息的調(diào)繪片和外業(yè)像片控制資料。
該次成圖基準(zhǔn)采用和全省二輪地形圖數(shù)據(jù)一致的坐標(biāo)系統(tǒng);平面系統(tǒng)采用1980西安坐標(biāo)系,按3°分帶;高程系統(tǒng)為1985國(guó)家高程基準(zhǔn),基本等高距為10 m。
此次成圖采用基于衛(wèi)星立體像對(duì)的綜合信息成圖方案。該方案采用適普衛(wèi)星立體像對(duì)測(cè)圖模塊,加入像片控制點(diǎn)后進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差,將初始RPC的WGS84(UTM投影ZONE49)歸算到當(dāng)前任務(wù)目標(biāo)成圖空間中來(lái)。在IAG75參考橢球上采用Gauss Kruger投影方法,以1985國(guó)家高程基準(zhǔn),完成立體條帶的絕對(duì)定向。流程如圖1所示。
1.空三加密。此次成圖采用區(qū)域網(wǎng)空中三角測(cè)量加密技術(shù)進(jìn)行平差,平差采用武漢適普公司開(kāi)發(fā)的VirtuoZoSat version1.0軟件,像控點(diǎn)提取采用原有的像控資料。在作業(yè)過(guò)程中,進(jìn)行了充分的論證、篩選和檢核工作。選取了部分可用科學(xué)點(diǎn)位,進(jìn)行了內(nèi)業(yè)刺點(diǎn)和平差工作。平差結(jié)果報(bào)告為:影像數(shù)據(jù)總計(jì)34個(gè),立體模型17個(gè),連接點(diǎn)269個(gè)。單位權(quán)中誤差0.531(像元),定向控制點(diǎn)均方根中誤差sx=0.582,sy=0.598,sz=0.866??杖用艹晒_(dá)到了河南省測(cè)繪局制定的無(wú)圖區(qū)生產(chǎn)任務(wù)設(shè)計(jì)書的有關(guān)技術(shù)要求。
2.數(shù)字高程模型(DEM)制作。通過(guò)在適普衛(wèi)星立體像對(duì)處理模塊的自動(dòng)匹配和交互式編輯,制作DEM。其技術(shù)要求如下。
(1)在Virtuozo全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)下量測(cè)了特征點(diǎn)、線,提高了影像自動(dòng)相關(guān)匹配精度。
(2)以地面控制點(diǎn)及人工量測(cè)的特征點(diǎn)、線作為初始值,進(jìn)行左右影像自動(dòng)相關(guān),形成等視差曲線。但應(yīng)注意人工立體觀測(cè)檢查匹配點(diǎn)與等視差曲線是否切準(zhǔn)地面立體模型,否則要進(jìn)行像方立體模型編輯。
(3)像方格網(wǎng)立體高程模型借助特征點(diǎn)、線等初始值,按照設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行影像自動(dòng)相關(guān),生成一定間隔的像方DEM。進(jìn)入像方逐塊立體編輯,使每個(gè)像方DEM點(diǎn)都切準(zhǔn)地表,并且每相鄰兩塊均有一行一列的重疊。
(4)由編輯好的視差曲線自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)間距的物方DEM。在像方格網(wǎng)DEM基礎(chǔ)上,采用雙線性內(nèi)插或構(gòu)TIN內(nèi)插方式,生成地面(物方)格網(wǎng)間距為5 m標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)的DEM。起止格網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)根據(jù)4個(gè)圖廓點(diǎn)的坐標(biāo),按以下公式進(jìn)行計(jì)算:
式(1)中,X1,Y1……X4,Y4為4個(gè)圖廓點(diǎn)坐標(biāo)(+X指北,+Y指東);XMAX,YMIN為DEM格網(wǎng)起始點(diǎn)坐標(biāo);XMIN,YMAX為DEM終止點(diǎn)坐標(biāo);△d為格網(wǎng)間距。
3.正射影像(DOM)制作。
(1)根據(jù)上一工序制作的DEM及條帶定向參數(shù),采用條帶微分糾正方法進(jìn)行影像重采樣,生成影像地面分辨率為1 m的1∶1萬(wàn)比例尺數(shù)字正射影像圖(DOM)。
(2)制作好的DOM影像要達(dá)到:灰度飽滿、清晰,紋理信息豐富,片與片之間影像保持色調(diào)均勻、反差適中,相鄰DOM影像中相同地物影像灰度均值與方差一致,灰度均值之差小于15;圖面上沒(méi)有圖像處理的缺陷,接邊重疊帶沒(méi)有出現(xiàn)明顯的模糊或重影,各片DOM影像具有統(tǒng)一的色調(diào),在圖面上視覺(jué)效果較好。
(3)DOM的分幅原則。數(shù)字正射影像圖的左下角坐標(biāo)和在上角坐標(biāo)按以下公式計(jì)算:
式(2)中,x1……x4,y1……y4為4個(gè)圖廓點(diǎn)坐標(biāo);Xmax,Ymin為DOM起始點(diǎn)坐標(biāo);Xmin,Ymax為DOM終止點(diǎn)坐標(biāo)。
4.數(shù)字線劃圖(DLG)制作。
(1)航內(nèi)數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集采用適普衛(wèi)星立體像對(duì)測(cè)圖模塊,利用絕對(duì)定向恢復(fù)的立體條帶,進(jìn)行地貌要素(人工地貌,自然地貌)和地物的立體量測(cè)。如,街區(qū)主、次干道、交通、水系、居民地、植被和獨(dú)立地物等要素,在采集過(guò)程中并判讀解譯部分地物屬性信息,依據(jù)詳細(xì)地物要素代碼分層分類采集,形成母線圖和符號(hào)圖數(shù)據(jù)。
(2)資料信息綜合提取。將舊的調(diào)繪像片資料進(jìn)行掃描,根據(jù)掃描調(diào)繪小片上的加密點(diǎn)標(biāo)志,利用二次多項(xiàng)式糾正,轉(zhuǎn)到1980西安坐標(biāo)系。將調(diào)繪片進(jìn)行粗略校正;將粗定向后的調(diào)繪片和制作的DOM影像,用影像對(duì)影像的糾正方式,完成信息概略配準(zhǔn)。制作好的DOM影像為工作底圖、糾正后調(diào)繪片為參考信息圖,把調(diào)繪片上的有關(guān)地理信息轉(zhuǎn)繪到DOM圖上,并提取植被、地名注記以及其他對(duì)成圖有意義的信息要素,綜合提取完成后,在DOM圖上對(duì)地物進(jìn)行矢量化。
(3)編輯成圖。將上述制作出來(lái)的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,取舍和編輯后,導(dǎo)入Mapstar系統(tǒng)(該系統(tǒng)由解放軍信息工程大學(xué)開(kāi)發(fā))進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯和制作。同時(shí),根據(jù)1∶5萬(wàn)數(shù)據(jù)庫(kù)完備信息,合理選擇信息補(bǔ)充到1∶1萬(wàn)地形圖圖面和屬性,以豐富地形圖全要素信息。
(4)等高線生成。利用Lidar相關(guān)成熟技術(shù),將合格的DEM反生成等高線,并自動(dòng)提取高程注記點(diǎn),經(jīng)Mapstar系統(tǒng)編輯后,完成地形圖地貌圖面編輯和數(shù)據(jù)制作工作。
該項(xiàng)目從衛(wèi)星遙感影像的加密,DEM,DOM,DLG產(chǎn)品成功的生產(chǎn),LiDAR相關(guān)技術(shù)的運(yùn)用,以及Mapstar系統(tǒng)編輯和數(shù)據(jù)的制作等凸現(xiàn)出河南省測(cè)繪科技水平向信息化測(cè)繪邁進(jìn)。同時(shí),該項(xiàng)目的成功完成也為測(cè)繪地理信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展積累了寶貴的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。