付 平

（濟(jì)寧市勘測(cè)院，山東 濟(jì)寧 272000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)已進(jìn)入全新階段，將新興科學(xué)技術(shù)引入測(cè)繪生產(chǎn)并借此高效完成測(cè)繪任務(wù)成為歷史發(fā)展的必然趨勢(shì)。充分研究DEM數(shù)據(jù)的生產(chǎn)與編輯有不可替代的作用，此舉不但能夠減少地形、地貌、氣象等方面的負(fù)面干擾，而且可以保證整個(gè)工程的施工進(jìn)度與安全。基于此，無人機(jī)航測(cè)DEM數(shù)據(jù)的生產(chǎn)與編輯值得相關(guān)人士的重視。

1 無人機(jī)航測(cè)特點(diǎn)與DEM數(shù)據(jù)來源

無人機(jī)航測(cè)指的是以無人飛行器為載體，將攝像設(shè)備沿既定路線航行并拍攝遙感影像的一種測(cè)量方式。該測(cè)量技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)，如測(cè)量時(shí)間短、外業(yè)工作量少、覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)精度高等，因此這種測(cè)量方式已然成為當(dāng)前獲取DEM數(shù)據(jù)的主要來源之一。DEM是無人機(jī)航測(cè)地貌形態(tài)的虛擬展示，可為數(shù)據(jù)衍生出的等高線、坡度圖等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。一般情況下，無人機(jī)航測(cè)得到的遙感影像并不能直接用來制作DEM數(shù)據(jù)，相關(guān)工作人員需要通過一定的過濾方式才能得到真正需要的DEM數(shù)據(jù)。DEM數(shù)據(jù)的來源有很多，如無人機(jī)航測(cè)、干涉雷達(dá)、機(jī)載LIDAR等[1]。雷達(dá)天線能夠在不同的時(shí)間、不同的地點(diǎn)獲得不同數(shù)據(jù)影像的相位值，通過相位值差異可以得到待測(cè)區(qū)的三維信息，以滿足測(cè)量需求。這種測(cè)量方式優(yōu)勢(shì)明顯，如測(cè)量成本低、操作簡(jiǎn)單直觀。但劣勢(shì)同樣明顯，其測(cè)量精度低，誤差范圍大，甚至?xí)霈F(xiàn)長(zhǎng)達(dá)幾米的誤差，且在水域崎嶇、高山空洞等地區(qū)難以被直接利用。無人機(jī)航測(cè)則可以借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輔助完成相鄰遙感區(qū)域的配準(zhǔn)工作，利用三角函數(shù)、拓?fù)潢P(guān)系等測(cè)定被測(cè)區(qū)域的地理坐標(biāo)，用坐標(biāo)定位減少重復(fù)與遺漏，內(nèi)容更加豐富。因此，無人機(jī)航測(cè)獲取DEM數(shù)據(jù)已然成為當(dāng)前發(fā)展方向，并已成為測(cè)繪主要方式之一。但這種航測(cè)方式也并非全然沒有漏洞，其自動(dòng)化水平還有很大的提升空間。以機(jī)載LIDAR方式獲取的DEM數(shù)據(jù)也是數(shù)據(jù)的重要來源，其原理為將測(cè)距設(shè)備安置在被測(cè)目標(biāo)附近，工作人員通過發(fā)射脈沖激光的方式獲取時(shí)間、頻率等數(shù)據(jù)，并結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整數(shù)據(jù)，獲取數(shù)據(jù)形態(tài)，最終得到三維數(shù)據(jù)。現(xiàn)如今，此種方式可覆蓋更廣的DEM數(shù)據(jù)，就精度而言也遠(yuǎn)高于雷達(dá)設(shè)備，但設(shè)備本身抗干擾能力一般，精度不穩(wěn)定因素過高，有待完善。

2 基于無人機(jī)航測(cè)的DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)

無人機(jī)航測(cè)的DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)較多，基于重要性和科學(xué)性，文章主要探討數(shù)據(jù)生產(chǎn)中的流程與精度控制兩個(gè)部分。

2.1 數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程

DEM數(shù)據(jù)是將高程模型數(shù)字化，這樣的數(shù)據(jù)可以描述無人機(jī)探測(cè)區(qū)域的地形、地貌，為三維模型提供數(shù)字基礎(chǔ)。無人機(jī)航測(cè)獲取的DEM數(shù)據(jù)包含的內(nèi)容有很多，如建筑數(shù)據(jù)、植被覆蓋數(shù)據(jù)、道路水系數(shù)據(jù)等。這其中有部分?jǐn)?shù)據(jù)并非測(cè)量所需，所以在實(shí)際操作過程中，航測(cè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)需要過濾掉建筑、植被等信息，最終得到生產(chǎn)所需的DEM數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)而言之，無人機(jī)航測(cè)的DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程體現(xiàn)在如下方面：（1）相關(guān)工作人員通過計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)中的ENVI等軟件匹配遙感影像，確保相鄰影像成功拼接在影像圖中，此舉可避免影像圖數(shù)據(jù)的重復(fù)計(jì)算與遺漏問題。（2）在視差和空三角參數(shù)理念的幫助下，工作人員結(jié)合遙感影像的各個(gè)控制點(diǎn)，精準(zhǔn)捕獲被測(cè)目標(biāo)的地理空間坐標(biāo)系，借此初步獲得DEM數(shù)據(jù)。（3）轉(zhuǎn)換視差和地面高程形式，獲取有價(jià)值的DEM數(shù)據(jù)[2]。換言之，DEM數(shù)據(jù)在生產(chǎn)過程中遠(yuǎn)不止無人機(jī)航測(cè)獲取這一個(gè)環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)編輯工作的價(jià)值不亞于其他環(huán)節(jié)，原始數(shù)據(jù)無法滿足工作需求，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)是必然，數(shù)據(jù)編輯與處理是關(guān)鍵。

2.2 數(shù)據(jù)生產(chǎn)中的精度控制

高質(zhì)量的DEM數(shù)據(jù)離不開高精度的影像匹配工作，影像匹配質(zhì)量高低直接決定精度高低。一般來說，無人機(jī)上的測(cè)量相機(jī)需在現(xiàn)代化技術(shù)的輔助下做好自動(dòng)定位工作，此后相機(jī)聯(lián)系實(shí)際地理參數(shù)掃描被測(cè)目標(biāo)，完成中心定位的工作。匹配與定位環(huán)節(jié)加速生成精度更高的DEM數(shù)據(jù)，是提升精度的根本措施之一。在此基礎(chǔ)上，以匹配結(jié)果為基礎(chǔ)確定各個(gè)像素點(diǎn)的視差，建成一個(gè)金字塔影像模型。為了進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)生產(chǎn)的精度，加設(shè)近似核線也是一種高效措施。核線的存在可以精準(zhǔn)表示左攝站與右攝站，將像控點(diǎn)直接展示在圖像上，平行線輔助生成交線，協(xié)助調(diào)節(jié)精度[3]。對(duì)于非測(cè)量相機(jī)而言，工作人員應(yīng)嚴(yán)格過濾產(chǎn)生畸變影響的波段，采用全自動(dòng)定位和坐標(biāo)掃描方式交叉驗(yàn)證參數(shù)，識(shí)別中心定位。這樣，信息匹配結(jié)果的速度和進(jìn)度均有提升空間。DEM數(shù)據(jù)精度高低是決定后續(xù)土地利用規(guī)劃、生產(chǎn)項(xiàng)目計(jì)劃與施工進(jìn)度等活動(dòng)的基礎(chǔ)，任何數(shù)據(jù)誤差都可能給相關(guān)工作帶來負(fù)面危害，甚至影響到人們的財(cái)產(chǎn)、生命安全，因此把控精度意義非凡，需引起重視。

3 基于無人機(jī)航測(cè)的DEM數(shù)據(jù)編輯方法

當(dāng)前，我國相關(guān)單位主要采用PixelGrid等計(jì)算軟件進(jìn)行DEM數(shù)據(jù)編輯。此舉是為了檢測(cè)無人機(jī)航測(cè)獲取的影像數(shù)據(jù)質(zhì)量，轉(zhuǎn)化測(cè)量數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)編輯打下基礎(chǔ)。無人機(jī)航測(cè)的DEM編輯方法不少，文章主要分析當(dāng)前常見的3種編輯方式，即三角網(wǎng)過濾、房屋過濾和中值濾波編輯法。

3.1 三角網(wǎng)過濾

三角網(wǎng)過濾方式要求工作人員首先確定切準(zhǔn)區(qū)的地理高程數(shù)據(jù)，掌握邊緣高程值是后續(xù)相應(yīng)工作的基礎(chǔ)。隨后，搜索遙感影像區(qū)域所形成的三角，三角形不斷交互疊加并形成三角網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)三角網(wǎng)系統(tǒng)局域進(jìn)行重構(gòu)，最終形成一個(gè)新的、符合數(shù)據(jù)要求的三角形。依據(jù)三角形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征尋求數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)點(diǎn)之間的關(guān)系，并結(jié)合拓?fù)潢P(guān)系完善三角形。這種數(shù)據(jù)編輯和過濾方式能夠精準(zhǔn)地糾正樹木、房屋、道路等建筑數(shù)據(jù)，效果明顯。合理運(yùn)用數(shù)據(jù)重構(gòu)和三角網(wǎng)過濾的方式能夠?qū)Ρ染庉嬊昂蟮臄?shù)據(jù)，為篩選最優(yōu)區(qū)域提供基礎(chǔ)和保證。與此同時(shí)，立體測(cè)量方式能夠切準(zhǔn)高程點(diǎn)，即使樹木、房屋等建筑被過濾，地形也依舊清晰直觀，與實(shí)際情況的契合度高[4]。由此可見，無人機(jī)航測(cè)的數(shù)據(jù)并不能直接使用，初始數(shù)據(jù)是DSM數(shù)據(jù)，排除干擾是根本要義。三角網(wǎng)過濾方式最顯著的特點(diǎn)就是覆蓋面廣，影像本身由眾多三角形疊加而成，關(guān)系網(wǎng)之間盤根錯(cuò)雜、關(guān)系密切，用網(wǎng)絡(luò)覆蓋的方式可以確保每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都能被成功編輯。即使數(shù)據(jù)在編輯時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，工作人員也可以通過周邊圖像的變化和影響判斷數(shù)據(jù)編輯中的漏洞，以此減少編輯中的各類錯(cuò)誤，保證DSM數(shù)據(jù)能夠順利地演變成DEM數(shù)據(jù)。

3.2 房屋過濾

房屋過濾與三角網(wǎng)內(nèi)插法有一定的相似之處，這種過濾方式直接針對(duì)大量房屋，在坡度、寬度和高程分析的幫助下識(shí)別房屋的實(shí)際情況，內(nèi)查出地面的高程值，展示的效果與實(shí)際路面狀況差距不大，可有效排除房屋、樹木、草地等地面覆蓋物的影響。正如“房屋過濾”之名，無人機(jī)航測(cè)的DEM數(shù)據(jù)編輯中此舉常被用來過濾房屋，對(duì)成片房屋過濾有顯著效果，可保證房屋所在的地面空間高程值穩(wěn)定。即使是零星分布的房屋，在這種編輯方式的幫助下也能夠有效地被過濾[5]。房屋過濾與DEM數(shù)據(jù)置平關(guān)系匪淺，被測(cè)區(qū)域內(nèi)的所有網(wǎng)格點(diǎn)都是處理對(duì)象，均有自身的數(shù)據(jù)與高程值，置平可有效糾正被測(cè)區(qū)域的水域錯(cuò)點(diǎn)問題，謹(jǐn)防錯(cuò)誤數(shù)據(jù)給編輯帶來的負(fù)面干擾。房屋數(shù)據(jù)并非DEM數(shù)據(jù)的核心，甚至是編輯中的難點(diǎn)，影響整體數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并且在航測(cè)過程中無可避免會(huì)遇到房屋建筑。建筑物本身有一定的遮蓋性，建筑內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)又給測(cè)量結(jié)果帶來誤差，因此房屋過濾工作必不可少，集群房屋與分散式房屋被剔除，干擾小，DEM數(shù)據(jù)精度與效用提升。

3.3 中值濾波

中值濾波編輯方式是將遙感影像劃分成奇數(shù)和偶數(shù)2個(gè)部分，將其中含有奇數(shù)部分作為滑動(dòng)模板，模板內(nèi)部數(shù)據(jù)按從小到大的順序依次排開，中間部分的信息數(shù)據(jù)可成為信息處理的目標(biāo)結(jié)果。在這樣的編輯背景下，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)出現(xiàn)類似明暗點(diǎn)噪聲，工作人員則需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，一般將數(shù)據(jù)排列在最左側(cè)或者是最右側(cè)，效率更高。此舉對(duì)孤立噪聲有較強(qiáng)的防范效果，并能有效地保存圖像內(nèi)容，因此常作為整體濾波的一種方式。不僅如此，中值濾波最突出的效果就是不會(huì)干擾遙感影像的其他部分，避免編輯干擾降低數(shù)據(jù)精度，保證DEM數(shù)據(jù)的高效性與準(zhǔn)確性[6]。DEM數(shù)據(jù)多，數(shù)據(jù)波段長(zhǎng)，中值濾波方式可有效減少冗雜數(shù)據(jù)的干擾，提升數(shù)據(jù)編輯處理的速率，是一種滿足當(dāng)下數(shù)據(jù)編輯需求、較為高效的處理方式，值得相關(guān)人士重視。

4 結(jié)束語

無人機(jī)航測(cè)與功能類似的雷達(dá)設(shè)備相比，具有獲取更高質(zhì)量DEM數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，可符合當(dāng)前我國生產(chǎn)和發(fā)展對(duì)三維影像的標(biāo)準(zhǔn)，使用效率明顯提升。然而在實(shí)際的運(yùn)行過程中，DEM數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和編輯依舊存在缺陷，被測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)包含建筑、水系、橋梁等信息，數(shù)據(jù)較容易受到感染，并由此降低精度、增加誤差，因此勘測(cè)工作人員需結(jié)合實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)的生產(chǎn)與編輯[7]。