数字摄影测量技术在构建数字城市的应用

《数字摄影测量》姓名：邓凤辉班级：10216111学号：1021611122指导老师：刘荣2012年12月23日1数字摄影测量技术在构建数字城市的应用【摘要】数字城市，又称网络城市，或智能城市，更确切地说是信息城市。它是指综合运用计算机数字化手段（GIs、遥感、遥测、网络、多媒体及虚拟仿真等技术)对城市的基础设施、功能机制进行全方位的数字采集和处理，具有城市地理、资源、生态环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字化、网络化、优化决策的强大功能，用于重大决策的效果预演和对未来发展预测的技术系统。“数字城市”的建立，如雨后春笋，正在蓬勃发展。随着全数字摄影测量系统的不断完善与普及,在数字城市的建设中发挥了巨大作用,已成为数字城市建设中获取基础空间信息的理想平台。【关键词】数字城市数字摄影测量空间信息引言随着科学技术的发展，“数字城市”建设成为了当今社会议论的新话题，作为“数字城市”数据框架的城市地理信息数据库的快速更新显得尤为重要。采用科学的数据更新手段，可为“数字城市”维护、应用与发展提供可靠的数据支持，为决策层的正确决策提供科学的依据。基础空间信息的生产，是建立；数字字城市”的前提和制约因素之一。：这是一项投资巨大、技术要求十分复杂的工程，不仅成果精度要求高，而且信息的内容包含广泛，信息量非常：庞大。传统的模拟测图系统和解析测图系统，已经无法满足上述综合性的基础空间信息生产的要求。在建立数字城市”之初，最基本的工作是三维空间信息的生产和建库，而选择一个技术先进、功能完善的空间数据生产2平台，是十分重要的。数字摄影测量系统，是继模拟测图系统和解析测图系统之后，第三代全新的高度自动化的摄影测量系统。数字摄影测量系统是获取基础空间信息的强大理想平台。1、数字摄影测量在数字城市建设中的作用“数字城市”是以城市的基础空间信息为基础的。其基础空间信息包括：数字高程模型(DEM)、全要素数字地形图以及数字正射影像图等。1．1建立数字高程模型(DEM)数字高程模型，是建立数字城市的基础信息之一，是赖以构建城市三维景观和进行各种工程设计的基础信息。目前我国仅有约1／8的城市建立了一定范围的DEM，使用的格网尺寸为5-25m，格网点高程精度为0．25—1．2m。数字摄影测量系统具有自动大规模生产DEM、自动生成等高线等功能，可提高生成等高线的效率。1.2建立数字正射影像图(DoM)数字正射影像图，是根据数字高程模型对中心投影的航摄影像进行纠正处理、消除了投影差的垂直投影的影像地图。由于它包含地表的各种原始信息，而且通过纠正处理，比例尺和相关位置是准确的，可用于城市规划、环境保护、资源调查、灾害防治以及军事等多种领域：据统计资料显示，我国城市数字正射影像图相对于线划图无论是数量还是种类均少得多，覆盖范围也很有限。所用片种包括黑白、彩红外和真彩色三种，主要用途是城市规划、土地调查和更新地形图。目前，数字正射影像图在世界范围受到了广泛的重视，特别是随着lm分3辨率卫星影像投入使用，以及影像识别和单像特征提取技术的进展，将会得到越来越广泛的应用。数字摄影测量系统可以进行正射影像纠正和镶嵌、影像修补、任意影像的无缝镶嵌，此外将数字正射影像图与数字高程模型叠加，可生成城市的三维景观，如电子沙盘等。1.3建立城市真实三维景观模型城市真实三维景观模型是根据建筑物的实际三维地理坐标，构建真实的城市三维景观模型。城市真实三维景观模型可根据大比例尺航摄影像通过数字摄影测量方法，精确测得结构物的空间三维坐标，由软件自动生成建筑物的结构模型并贴上相应的纹理建成。品还可以提取建筑物的纹理、建立纹理库；进行三维几何重建以及建立城市的三维景观动画等，数字近景摄影测量在特大比例尺线划图和影像图的生产、考古、医学中发挥作1.4其它数字摄影测量系统及其相关产品还可以提取建筑物的纹理、建立纹理库；进行三维几何重建以及建立城市的三维景观动画等，数字近景摄影测量在特大比例尺线划图和影像图的生产、考古、医学中发挥作用。2、数字摄影测量产品。摄影测量从产生到现在,已经经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段。过去,传统的摄影测量(模拟摄影测量与解析摄影测量)主要是用来测图,到了数字摄影测量时代,摄影测量产品的概念大大地拓宽了。2.1附有内、外方位元数的原始影像数据。对于单张航空影像来说,4如果已知该地区的数字地面模型DEM,就可以直接利用该数字影像的内、外方位元素、影像数据与DEM直接生成该地区的正射影像图,不需作任何处理。如果该像片是个平坦的地区或城区,还可能直接纠正成平面图。2.2数字地面模型DEM是重要产品。目前,DEM的数据格式的标准化等问题尚未统一,DEM尚未成为一个标准的产品进行销售。2.3线划图是摄影测量的重要产品。其数据可以直接进入GIS系统或各种CAD系统,为各种工程设计提供数据。除此之外,正射影像图已经受到人们的重视,被视为快速成图与更新的重要手段。较之于数字线划画图,正射影像则更为直观,细节也更为丰富。2.4由正射影像加DEM所产生的自然环境的三维景观由城市的正射影像、DEM、建筑物的量测数据、房顶与墙面的影像纹理数据所产生的城市环境的三维景观,已经为计算机可视化、计算机模拟、计算机动画、仿真、虚拟现实、土地与城市规划提供了数据。3、GIS所需的数据。地球表面的自然地物和人文地物,形状各异、错综复杂、关系密切。经过GIS工作者的抽象,可以用下面四大类数据来表达地球表面的地物。3.1数字线划数据(DLG)。DLG用抽象的图形表达地理空间的实体,非常适合于计算机的表达,因此大多数的GIS都以数字线划数据为核心。DLG是GIS最为常见的数据形式。3.2影像数据。影像数据包括遥感影像和航空影像。由于影像数据数5据源丰富,生产效率高,并且直观而详细地记录了地表的自然现象,因此影像数据在现代的GIS中作用越来越大,关于影像库的研究也越来越多。3.3.数字高程模型(DEM)。DEM在GIS中已经作为专门空间数据来采集。DEM的精度,对DEM应用开发的程度,已经逐步成为衡量一个地理信息系统的标准。3.4属性数据。正是因为GIS存储了图形和属性数据,才使GIS如此丰富,应用如此广泛。GIS中空间查询、空间分析、空间决策都离不开属性数据的支持。4、数字摄影测量在城市地理信息数据更新中的优势在城市建设过程中，测绘部门利用航空摄影测量技术已经更新了大量的城市地理信息数据，在数据测制的过程中，也做了大量的科学实验，完善了现代航空摄影测量的技术体系，修订了有关国家规范，特别是完善了当今最先进的数字摄影测量技术。数字摄影测量技术由于有计算机视觉技术、图形图像技术、全自动影像匹配技术、影像边缘提取技术等融合，能够快速而精确的更新DLG、DOM、DEM以及上述产品的叠加产品，信息量更为丰富。尽管目前获取GIS数据的手段不一而足,但是数字摄影测量却以自身的魅力吸引着众多的GIS工作者。下面,对数字摄影测量与其他方式进行一下比较：同野外数据采集相比。野外数据采集的手段主要有平板测量、全站仪测量和GPS测量。这些数据采集手段的共同的特点就是点获取数据,这决定了其在效率方面的局限性。同野外数据采集比较起来,数字6摄影测量具有成图周期短,效率高的特点。另外,高成本、大工作量也是野外数据测量的弊端。当然,这里不能抹杀野外数据采集的高精度的优点。但是,从目前数字摄影测量所能达到的精度来看,它完全可以满足实用化的需要。同地图数字化相比。地图数字化(无论是手扶跟踪数字化,还是扫描数字化)具有很高的效率,并且成本低廉。但是,滞后性却是地图数字化的一个弱点。尽管随着技术的进步,地图的成图周期越来越短,但是少则也要一年半载,在这期间地表的物体或多或少发生变化。这对刚刚做完的地图已经没有实时性可言,对于那些存贮在地图库中老图就更不用说了。同地图数字化比较起来,数字摄影测量的现势型就凸现出来。由于数字摄影测量很好的现势型,可以用数字摄影测量做变化检测,这将会成为今后一段时间内数字摄影测量研究的热点。同遥感相比。尽管目前遥感已经达到了很高的几何分辨率,但是这并不代表着高的几何精度。从国内的情况来看,遥感的几何精度还不能达到大比例尺成图的精度要求。在进行精度稍微高一点的分析计算时,遥感提供的数据就不能满足需要了。值得一提的时,几何遥感只是遥感的一个方面,遥感目前正朝着高几何分辨率、高光谱分辨和高时间分辨率的方向发展。多光谱遥感目前在GIS中也大有可为。经过对比，总结其在城市地理信息数据更新中的优势主要有以下几点。4.1降低成本缩短周期。与传统测绘手段比较，数字摄影测量大大降低外业工作的强度，将外业大部分的工作转入内业，尤其在测绘等高线方面优势突出，其他如测绘老城区、高层建7筑物等与常规极坐标测绘法相比速度也快。应用数字航空摄影测量数据可以迅速确定需要大面积更新的区域，甚至在突发自然灾害后可以快速更新影像学资料，为专家和决策层提供科学的技术支持。目前最快的处理速度可以在几天之内自动处理完毕上千平方公里的影像数据，绘制出数字地面模型和正射影像图，可以在防洪减灾、快速响应等诸多领域快速处理所需的空间信息。4.2信息量丰富。原始航摄资料经过专业数字摄影测量软件的处理后可以更新包括地表景观、地面高程模型，尤其是基于上述地形数据结合人工合成模型、数码影像等数据建立起来的三维浏览景观。诸如一些好的三维景观浏览系统“数字小区”、“数字校园”等，以点带面为“数字城市”提供了一些借鉴技术和经验。随着数码航空相机、航空激光雷达、CCD卫星等的大批量投入应用，更是可以直接提供信息量丰富的多光谱、多尺度、多数据源的遥感影像和三维实体数据。4.3更新的拓展性和可延续性强。城市地理信息数据库可以为多源、单一源等。多源数据是指数据获取的方式多样性，数据格式的多样性。获取方式的多样性必然导致地理几何精度的不一致，这对于地理信息数据的共享产生了不利影响，譬如一套多源地理信息数据往往不能同时满足规划、国土、房产管理等多部门的要求。数据格式的多样性往往需要格式转换，而格式转换是数据获取的下策，通常会产生数据丢失，因此在数据建库时应尽量减少格式转换的次数。数字摄影测量可以同时获取线划图、影像及高程模型数据。更新的一般流程为采用全8区域数字航摄的方式获取影像资料，通过影像叠加和匹配技术确定更新区域，利用已有的同源高程模型库和像控点数据库快速更新DOM数据库，进行线划图数据更新的同时，利用更新的地形数据重建或更新高程模型数据，实现3D产品的互动更新，达到了数据更新的拓展性和可延续性，同时减少了数据转换的环节，使得现有数据可以被最大化地利用。5、结论与展望基础空间信息建设是“数字城市”建设中的一项基础设施建设，是建立各级城市地理信息系统的基础它是城市规划、建设、土地管理的现代化工具：数字摄影测量是基础空间信息建设能够得以顺利实施的重要手段之一：另外数字摄影测量还被广泛地应用到城市地籍测绘、国土资源动态监测、大地遥感测量等很多方面：随着数字产品的H益丰富，数字摄影测量必将在建设中国数字城市工程中独占一隅，发挥出它更大的优势。【参考文献】[1]王之卓.近期我国摄影测量科技研究的发展.武汉测绘科技大学学报，1988,13（4）[2]周晓光．基于拓扑关系的地籍数据库增量更新方法研究［D］．长沙:中南大学，2005[3]张祖勋.数字影像定位与核线排列.武汉测绘学院学报，1983，（1）[4]张祖勋,张剑清.数字摄影测量的发展、思考与对策[J]地理信息世界,1999,(2).[5]王密，陈克明，陈少勤等．基于MicrostationV8的立体采编系统的开发与实现［J］．测绘信息与工程，2006，[6]吕言.序贯-维型边缘检测新算法.武汉测绘科技大学学报，1988,13（4）[7]吕言.基于特征的影像相匹配.武测科技，1989,（2）[8]吴健康.数字图像分析.北京，人民邮电出版社,1989[9]黄鼎成，郭增燕．科学数据共享管理研究［M］．北京:科学出版社，2002，319～3799[10]龚健雅.地理信息系统基础[M].北京:科学出版社,2001[11]翁永玲.论数