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探索利用大地高加密并基于似大地水准面模型转换生产DEM的流程
摘要：笔者所在单位承担察隅-墨脱测区数字测绘产品的生产工作，因该区域特殊的地理位置及气候条件，在整体项目生产过程中笔者根据现今1∶10000生产的关键技术，形成基于稀少控制点的大地高加密、似大地水准面模型转换生产2D(DEM、DOM)产品的方案，取得了良好的生产效果。
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为了满足西藏经济发展的需求，加强西藏自治区基础地理信息数据库建设，依据《西藏自治区“十三五”基础测绘规划》，开展“西藏自治区1∶10000基础地理信息资源建设与更新工程”项目。
1、基于似大地水准模型的稀少控制点2D产品设计与实践
1.1测区基本概况及基础控制分析
察隅-墨脱测区地处西藏自治区林芝市内，察隅县竹瓦根镇至墨脱县墨脱镇公路沿线区域。具体范围如图1所示。察隅县位于西藏自治区东南部，林芝市东部的伯舒拉岭地带，属喜马拉雅山与横断山过渡的藏东南高山峡谷区。东邻云南省迪庆藏族自治州德钦县和昌都市左贡县，南面与缅甸和印度接壤，西与墨脱县相邻，北与昌都市相接。墨脱县是林芝市下辖的一个县，位于西藏东南部，雅鲁藏布江下游，平均海拔1200m，最低海拔115m。生产所使用的影像包括WV3、PL、ZY-3三种影像。
图1测区分布情况
测区内部无控制点，测区周边分布若干GPSA、B、C级网点，控制点的坐标系统均为2000国家大地坐标系、1985国家高程基准;测区内有国家一、二等水准路线，均为1985国家高程基准;上述点位可作为基础控制点、像控点连测的高程起算数据。
1.2基于似大地水准模型的稀少控制点2D产品生产技术路线与方案
综合已有资料情况以及测区自然地理状况，外业进行像片控制测量，利用外业像片控制测量成果对卫星立体影像进行区域网平差，在立体模型上采集地貌要素，制作DEM成果。使用原始卫星影像和成果DEM，制作卫星影像成果RSDOM。
1)由于墨脱-察隅测区内部及南侧均无完好控制点，东侧C级及以上GPS点稀少，故建立临时基准站开展像控点测量。测区内部道路情况极为复杂，无贯通道路联通，在测区中部大约80km长度车辆无法进入，仅靠人员步行或骑马进入，根据已有影像，结合实际情况进行像控点布设，测区共布设了35个像控点。像控点具体分布如图2所示。
图2测区像控点分布情况示意图
2)根据外业提供的像控点、检查点成果，利用遥感卫星影像RPC参数，采用PixleFactory软件进行空三区域网平差。针对遥感卫星影像加密，空三加密时把所有的卫星影像导入同一个空三工程进行加密，设一个加密区进行统一平差，减少接边，提高这个测区精度。
加密连接点匹配时采用全色影像和绿波段的多光谱影像同时匹配，这样空三的结果是全色影像和多光谱影像的精度完全一致，为后期影像融合完全匹配奠定坚实基础。同时在空三加密刺点时，需要在全色影像和多光谱影像上都刺点，这样对控制点点位目标提出了很高的要求，最终本测区加密选定其中5个像片控制点，且所选择使用的像片控制点分布在整个测区的外围和中间，这符合一般的卫星影像空三加密四周和中心布点的要求。
输出空三结果后，在LPS摄影测量系统里面恢复立体模型，在立体模型下对所有像片控制点进行绝对精度检查，检查结果如图3—图5所示，从图中可以看出受资源3号卫星影像分辨率的影响，空三检测高程中误差为2.3m;扣除资源3号卫星检测的影响，PL0、WV3影像检测X、Y、Z的中误差分别为0.9、0.6、1.5m。通过立体模型对控制点精度检测，可以发现该空三成果完全满足设计要求，可提供下工序使用并开展相关生产。
图3PL0立体下像控点绝对精度检测示意图
图4WV3立体下像控点绝对精度检测示意图
图5ZY-3立体下像控点绝对精度检测示意图
2、实际生产检验与分析
2.1DEM与DOM生产制作
用上一工序生产的空三成果导入测图软件，在立体下采集等高线、面状水体，辅以地形特征点、特征线等，经过数学内插生产数字高程模型成果。DEM生产工艺流程如图6所示。
从上述关于像片控制点的布设与采集情况可知:布设的像片控制点大都分布于峡谷沟底区域，分布不均匀，且无法对测区完整控制。为保证产品精度需求，笔者总结出以下流程:“平面采用2000国家大地坐标系、高程基准采用WGS84大地高加密，基于大地高进行等高线、特征点线的采集，然后采用似大地水准面精化模型完成大地高至1985高程基准的转换，生产所需的DOM、DEM产品。”此过程经过精度检测，满足项目设计要求，关键生产环节如下:
图6DEM制作工艺流程图
1)似大地水准面精化模型的建立及精度检测。以外业建立的测区内似大地水准面精化模型为基础，采集326个高程异常点(即分别在测区及外扩一幅图上分别采集一个高程异常值)，并以此生成0.1m间隔的等值线，利用ArcGIS软件创建Tin模块将等值线、高程异常点共同生成500m格网的似大地水准面精化模型。
利用ERDASIMAGINE软件中CoordinateCalculator功能，把施测的像控点当做检查点加入模型进行精度检验，结果见表1。从表1可以看出，利用似大地水准面精化模型计算的1985正常高和已知像控点成果最大差4.1cm，可验证该模型的精度是可靠的。
表1似大地水准面精化模型转换精度检测
2)最终产品的生产与精度检测。本次作业高程系统采用大地高进行等高线及特征点线的采集，生成大地高DEM成果，根据似大地水准面精化模型利用ERDAS Recalculate Elevation for Images功能对DEM成果进行高程改正，计算得到最终1985国家高程基准的DEM成果。通过立体精度检测与统计，如图7所示，其最大相差不足5m，采用这种方法可以满足设计及精度要求。
图7立体检测DEM精度统计表
遥感卫星正射影像(RSDOM)制作采用基于卫星影像，结合DEM进行影像正射纠正—影像融合—影像镶嵌—影像裁切—影像处理等，制作RSDOM成果。在此不再赘述。
2.2产品精度分析
为了保证DEM与DOM成果精度，每幅图在模型上选取不少于30个保密检查点检查DEM精度，特殊困难地区不少于20个。保密点应均匀分布，尽量选在地面明细的地物上(如道路交叉角、田角等)。其精度统计如图8所示。
DEM成果高程精度检测均小于高山地±6.7m的限差要求;DOM成果平面精度检测均小于平面位置中误差±7.5m的限差要求;综上产品产品质量可靠，精度符合项目要求。
图8DEM、DOM每幅保密检查点精度检测统计图
3、结束语
本项目在生产前期已经充分考虑该区域的特殊性与困难性，由此定制可行的外业控制测量计划，并根据点位分布情况及项目整体精度要求，采取像素工厂稀少控制、利用大地高加密并基于似大地水准面模型转换生产DEM的流程，产品精度可靠，成果精度满足项目需求，生产方案可为类似区域、相似项目的开展提供借鉴。
参考文献：
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期刊名称：测绘科学
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主管单位：国家测绘地理信息局
主办单位：中国测绘科学研究院
出版地方：北京
专业分类：科学
国际刊号：1009-2307
国内刊号：11-4415/P
邮发代号：2-945
创刊时间：1976年
发行周期：月刊
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2020-06-20
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