韋 蔚 ，高永紅 ，張戈蘭

（1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司測(cè)繪信息工程院，河南 鄭州 450000）

基于WordView數(shù)據(jù)的西藏桑德地區(qū)快速制圖方法

韋 蔚1，高永紅1，張戈蘭1

（1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司測(cè)繪信息工程院，河南 鄭州 450000）

對(duì)WordView-2高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)不同視角的立體像對(duì)運(yùn)用不同方法進(jìn)行點(diǎn)云和DEM制作，發(fā)現(xiàn)運(yùn)用INPHO軟件所生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高程誤差最小，且符合測(cè)圖精度。通過本次快速制圖過程，形成了適用于衛(wèi)片的快速制圖流程。與傳統(tǒng)的立體測(cè)圖方法相比，不僅成本低，而且工期短，為以后的快速測(cè)圖工作提供了依據(jù)，為測(cè)繪、國土、水利、環(huán)境等行業(yè)的快速地形圖需求提供了可能。

WordView-2；INPHO；立體測(cè)圖

本項(xiàng)目制圖區(qū)為西藏桑德地區(qū)沿雅魯藏布江兩岸大約330 km區(qū)域。由于研究區(qū)位于西部偏遠(yuǎn)高原地區(qū)，面積較廣，地形起伏較大，地表情況復(fù)雜，運(yùn)用傳統(tǒng)的地面測(cè)繪手段以及航空影像立體測(cè)量方法成本高、難度大，在短期內(nèi)難以完成項(xiàng)目需求。而目前隨著衛(wèi)星影像分辨率的不斷提高，衛(wèi)星影像的幅寬遠(yuǎn)大于航空影像，每個(gè)立體像對(duì)能覆蓋更大地面范圍[1]，選擇衛(wèi)星影像立體量測(cè)制圖不僅可以縮小影像采購成本，而且使快速測(cè)繪制圖成為可能。通過衛(wèi)片立體測(cè)圖制作本區(qū)域的詳細(xì)地形區(qū)，可以為水利工程設(shè)計(jì)提供參考，并為地方的測(cè)繪資料補(bǔ)充提供數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

西藏桑德水利樞紐工程測(cè)繪項(xiàng)目所在位置為西藏南部，雅魯藏布江流域中游，自查務(wù)鄉(xiāng)至日吾其鄉(xiāng)，長(zhǎng)度約100 km，如圖1中紅線所示。該河段呈東西流向，河谷寬窄相間，寬谷段水流平緩，兩岸階地發(fā)育，水面寬多在200～400 m，最寬可達(dá)4 km。峽谷段一般山高谷深，河谷下切明顯，水流湍急，水面寬僅50 m左右，多呈“V”型河谷。

圖1 項(xiàng)目作業(yè)區(qū)域范圍

本次實(shí)驗(yàn)區(qū)選自位于作業(yè)區(qū)域東部的一個(gè)立體像對(duì)or15APR19050809-P2AS-054804249010_01_P005/or15MAR10055850-P2AS-054804249020_01_P001，如圖1中黃線所示，進(jìn)行不同DEM生成方法的對(duì)比研究、誤差分析，從中確定適應(yīng)于該作業(yè)區(qū)域的立體測(cè)圖方法。

2 數(shù)據(jù)源與制圖方法

2.1 數(shù)據(jù)源

本文采用的數(shù)據(jù)源是美國Digitalglobe公司生產(chǎn)的WorldView-2數(shù)據(jù)。WorldView-2衛(wèi)星于2009-10發(fā)射升空，能夠提供0.46 m分辨率全色圖像和1.8 m分辨率多光譜影像，包含8個(gè)波段，能夠提供更多的地學(xué)細(xì)節(jié)信息[2]。在立體影像產(chǎn)品中，除了提供兩幅可構(gòu)成立體像對(duì)的影像外，還包含影像數(shù)據(jù)必備的輔助說明信息，其中附帶傳感器模型的有理多項(xiàng)式文件提供地面點(diǎn)空間交會(huì)、DEM提取和正射糾正等攝影測(cè)量處理所需的傳感器模型參數(shù)[3]。

2.2 不同制圖方法及成圖效果

本 文 通 過 運(yùn) 用 ENVI、ERDAS、INPHO 等3種不同的遙感圖像處理軟件分別對(duì)本研究區(qū)的WorldView-2數(shù)據(jù)立體像對(duì)or15APR19050809-P2AS-054804249010_01_P005/or15MAR10055850-P2AS-054804249020_01_P001進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，制作分辨率為5 m的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，并用檢查點(diǎn)法[4]對(duì)結(jié)果進(jìn)行誤差評(píng)定。

利用ENVI軟件讀取WorldView-2數(shù)據(jù)的.TIL文件。在DEM Extraction模塊中，根據(jù)包含有理函數(shù)參數(shù)信息的RPB文件自動(dòng)相對(duì)定向，運(yùn)用外業(yè)采集的9個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行絕對(duì)定向，再利用自動(dòng)生成以及手工添加的192個(gè)連接點(diǎn)進(jìn)行匹配，生成核線影像，對(duì)DEM的投影參數(shù)和提取參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，生成DEM?？刂泣c(diǎn)、連接點(diǎn)的分布以及最終制作的DEM如圖2a、2b所示。從制作的DEM成果圖中可以看出，有明顯的拉伸，部分地區(qū)地形差值不平滑，這主要是由于地形起伏較大，尤其是山體存在陰影影響，雖然增加連接點(diǎn)能夠改善這種情況，但由于軟件算法的限制，制作出的DEM仍然不理想。

利用ERDAS軟件的數(shù)據(jù)導(dǎo)入工具將WorldView-2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ERDAS軟件能夠識(shí)別的.img文件，然后在IMAGINE Photogrammetry模塊中加入9個(gè)控制點(diǎn)以及100個(gè)連接點(diǎn)進(jìn)行匹配，控制點(diǎn)、連接點(diǎn)的分布以及最終制作的DEM如圖2c、2d所示。與ENVI制作的DEM相比較，雖然在ERDAS中選擇的連接點(diǎn)不及ENVI中的多，但成圖效果明顯比ENVI成圖效果要好，沒有DEM拉伸的現(xiàn)象，在河流內(nèi)和相對(duì)邊緣處的錯(cuò)誤點(diǎn)較多，用于立體測(cè)圖并不理想。

利用INPHO軟件讀取WorldView-2數(shù)據(jù)的.xml，在SATMaster模塊中加入控制點(diǎn)9個(gè)以及連接點(diǎn)473個(gè)進(jìn)行匹配，控制點(diǎn)、連接點(diǎn)的分布以及最終制作的DEM如圖2e、2f所示。與ENVI、ERDAS軟件制作的DEM相比，有了明顯的優(yōu)勢(shì)，制作出的DEM異常點(diǎn)較少，并且通過INPHO的交互立體測(cè)圖功能，人工對(duì)個(gè)別異常點(diǎn)進(jìn)行修改，制作出來的DEM誤差符合制圖要求。

圖2 ENVI、ERDAS、INPHO中控制點(diǎn)、連接點(diǎn)分布以及最終制作DEM效果圖

3 誤差精度評(píng)定

將不同方法生成的點(diǎn)云和DEM數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS軟件中，在空間分析的提取分析工具中，分別提取相同檢查點(diǎn)和控制點(diǎn)的高程值，并與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行高程誤差比較，結(jié)果如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)區(qū)高程誤差精度評(píng)定表

通過比較發(fā)現(xiàn)，用ENVI與ERDAS做出的實(shí)驗(yàn)區(qū)DEM的檢查點(diǎn)平均絕對(duì)誤差分別為152.35 m、20.72 m，誤差較大，不符合要求；而運(yùn)用INPHO軟件制作的實(shí)驗(yàn)區(qū)原始DEM的點(diǎn)位高程誤差較小，平均絕對(duì)誤差為0.77 m，能夠滿足制圖需求。本項(xiàng)目采用INPHO軟件對(duì)衛(wèi)片WorldView-2數(shù)據(jù)進(jìn)行立體測(cè)量，進(jìn)行測(cè)繪制圖，最終在完成作圖區(qū)域的DEM生成以及修改后，利用項(xiàng)目作圖區(qū)域的所有控制點(diǎn)和檢查點(diǎn)共90個(gè)進(jìn)行高程誤差統(tǒng)計(jì)，平均絕對(duì)誤差為0.94，符合制圖限差要求。

4 工程測(cè)繪制圖步驟及效果

通過不同軟件下的DEM制作方法的比較，制作適用于本研究區(qū)數(shù)據(jù)的快速測(cè)繪制圖步驟如圖3。在INPHO軟件中導(dǎo)入WorldView-2立體像對(duì)進(jìn)行測(cè)圖，加入外業(yè)控制點(diǎn)并進(jìn)行人工讀取連接點(diǎn)，進(jìn)行.las點(diǎn)云的制作[5]。用立體眼鏡對(duì)立體像對(duì)進(jìn)行測(cè)圖，修改高程異常點(diǎn)與區(qū)域，并對(duì)河邊線以及陡坎進(jìn)行識(shí)別、編輯和繪制，最終導(dǎo)出編輯好的las數(shù)據(jù)生成的.grd格式DEM文件、.tif格式的DOM文件和水邊線以及陡坎等的.dxf格式線文件[6]。

對(duì)生成的DEM文件，在ArcGIS中進(jìn)行等值線的生成，并區(qū)分首曲線和計(jì)曲線。對(duì)生成的首曲線和計(jì)曲線進(jìn)行平滑處理，使等值線更加符合等高線自然形態(tài)。在ArcGIS中利用隨機(jī)點(diǎn)生成工具按照1︰10 000地形圖規(guī)范高程點(diǎn)分布密度生成點(diǎn)文件，并利用生成的點(diǎn)文件在DEM柵格數(shù)據(jù)上讀取各個(gè)點(diǎn)的高程值，生成高程點(diǎn)文件。

運(yùn)用ArcGIS生成的等高線和高程點(diǎn)文件直接導(dǎo)成.dwg文件將會(huì)丟失高程信息。因此，對(duì)生成的.shp文件在FME軟件中進(jìn)行附帶高程屬性的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，最終生成符合工程應(yīng)用的.dwg格式高程點(diǎn)和等高線文件。

在AutoCAD的CASS軟件中，導(dǎo)入生成的等高線、高程點(diǎn)以及立體測(cè)圖中生成的水邊線、陡坎，在DOM影像的基礎(chǔ)上參照外業(yè)調(diào)繪片對(duì)地物進(jìn)行人工判讀和符號(hào)配置，生成符合1︰10 000比例尺制圖規(guī)范的研究區(qū)工程測(cè)繪成果圖，如圖4。

圖3 快速測(cè)繪制圖步驟

圖4 快速測(cè)繪制圖成果

5 結(jié) 語

衛(wèi)片立體像對(duì)方法快速測(cè)圖在工程測(cè)繪快速測(cè)圖中的應(yīng)用已成為一種趨勢(shì)[7]。基于WorldView-2高分辨率衛(wèi)星影像，運(yùn)用不同的遙感軟件進(jìn)行立體測(cè)圖效果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)INPHO軟件制作的DEM的高程誤差較低，符合制圖精度，并且在人機(jī)交互進(jìn)行立體測(cè)圖方面INPHO軟件也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本次實(shí)驗(yàn)為高分辨率衛(wèi)星用于立體快速測(cè)圖提供了參照。

[1]江恒彪,關(guān)鴻亮,曹天景.WorldView-2核線影像立體測(cè)圖研究[J].測(cè)繪通報(bào),2009 (5):32-34

[2]杜鳳蘭,徐金龍.基于WorldView-2八波段高分辨率衛(wèi)星影像的信息提取技術(shù)[C].第18屆中國環(huán)境遙感應(yīng)用技術(shù)論壇論文集,2014

[3]楊雯.基于ENVI4.5軟件的Worldview-1數(shù)據(jù)的DEM提取[J].中國地名,2013(3):73-74

[4]何兆培,楊斌.不同軟件在ASTER數(shù)據(jù)中提取DEM的精度對(duì)比[J].地理空間信息,2013(1):104-107

[5]盛志鵬,吳迪,朱萍.利用影像匹配點(diǎn)云進(jìn)行DLG等高線制作[J].測(cè)繪通報(bào),2014(2):80-82

[6]胡海友.基于Inpho的空三加密及正射影像制作方法研究[J].鐵道勘察，2013(6):12-15

[7]張彥麗,李丑榮,王秀琴,等.基于WorldView-2制備大野口流域高分辨率DEM及精度分析[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2013(3):431-436

P237.4

B

1672-4623（2017）12-0025-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.12.008

2016-01-11。

韋蔚，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)楹綔y(cè)與遙感。