一种基于影像匹配技术的等高线生产工艺方法

一种基于影像匹配技术的等高线生产工艺方法
林璐;谭龙;耿晓丹;王爽
【摘要】等高线是基础地理信息产品的基本组成要素,在实际生产中一般通过航测内业方法获得.本文通过影像匹配技术对该传统等高线生产工艺进行改进,优化后的工艺流程能够提高作业效率,并降低作业强度.经过实践验证,这种快速等高线生产工艺可操作性强,产品质量符合测绘行业标准,对提升测绘产品服务能力具有实践指导意义.
【期刊名称】《北京测绘》
【年(卷),期】2018(032)010
【总页数】3页(P1240-1242)
【关键词】等高线;影像匹配;数字地表模型
【作者】林璐;谭龙;耿晓丹;王爽
【作者单位】国家测绘地理信息局第二地形测量队,陕西西安710054;国家测绘地理信息局第二地形测量队,陕西西安710054;西安地标测绘有限公司,陕西西安710003;国家测绘地理信息局第二地形测量队,陕西西安710054
【正文语种】中文
【中图分类】P237
0 引言
等高线是地面上高程相等的各相邻点所连成的闭合曲线,是地图上最为广泛的地貌
表示方法之一,它也是测绘基础地理信息数据的重要组成部分。

常规测绘生产中,通过使用空中三角测量处理后的立体相对资料,利用专业的测绘软硬件系统,经人工立体量测、采集,获得精确的等高线数据[1、2]。

这种传统地貌要素生产方法,工艺成熟,技术单一。

但需要投入大量人力、物力,生产效率低下,不能满足基础地理信息快速更新需求。

影像匹配就是完成多幅图之间的对准和拼接的过程,以达到将待匹配图像和参考图像变换到统一坐标系中的目的。

随着各项技术的发展,目前已经实现了影像匹配的实时化、快速化和智能化。

基于影像匹配技术可以进一步获取高精度三维地形信息及高程点云数据,经过均匀栅格化后可得到DSM(数字地表模型)数据[3-4]。

本文通过对影像匹配技术的研究,利用该技术获取DSM数据,再生成初始等高线数据。

以此数据为基础,在专业的测绘软硬件系统下,辅以人工核查、修改从而获得最终等高线。

实验以1∶10000比例尺等高线生产为例,选择陕北某处黄土地貌区域为研究样区,该区域地形类别为山地或高山地,等高线较为密集、相对工作量巨大,能够更好地验证本文提出的改进方案在提高作业效率、降低劳动强度方面切实有效。

1 常规航测内业方法获取等高线
常规航测内业方法获取等高线,是在已有航摄数据资料的基础上,利用JX-
4,VirtuoZo等专业测绘设备,经人工立体量测、采集获取等高线。

这种传统的地貌要素生产方法,相对来说工艺成熟、技术单一。

当面对规模化生产时需要投入大量人力、物力,生产效率低下。

因此,不能很好的满足当前社会快速发展,对基础地理信息数据更新提出的需求。

航测内业方法获取等高线工艺流程,见图1所示。

图1 常规获取等高线工艺流程图
2 基于影像匹配技术获取等高线
2.1 技术工艺流程设计
等高线表达的是地面高程,同时在表达地形趋势、地貌特征时,需要一定尺度的综合取舍。

也就是说,等高线数据在满足高程精度的基础上,也要符合制图要求,即曲线光滑、形态美观[5、6]。

常规航测方法进行作业时,生产人员凭借经验一边采集光滑的曲线,一边完成综合取舍。

基于影像匹配技术时,将通过其他技术方法协助实现这些目标。

基于影像匹配技术获取等高线的工艺方案中,主要是借助影像匹配技术获取DSM 数据,然后利用DSM数据生成初始等高线数据,再在专业测绘立体量测系统下进行人工修测。

人工修测一方面是为了校核数据精度外,主要工作是“美化”曲线,使之成为即符合高程精度要求,也满足制图标准需求的测绘产品。

其工艺流程见图2所示。

图2 优化后获取等高线工艺流程图
2.2 关键技术处理方法
2.2.1 影像匹配
在已有的航摄数据资料和空三加密成果的基础上,本文使用PixelGrid一体化测图系统,在PixelGrid AEO模块下,利用“基于多基线、多匹配特征”技术,批量化、自动化获取影像匹配的点云[7]。

对点云成果进行检核后,可以生成DSM数据。

2.2.2 DSM数据处理
基于影像匹配技术提取的DSM数据,表达的是地面物体的顶部高程信息,不符合等高线要素的高程信息所赋予的定义。

因此需要对DSM数据进行滤波处理,消除地面建筑物与植被等物体的高程信息,仅保留地面高程信息。

本文使用PixelGrid一体化测图系统的DEM_Edit模块进行相关处理,其提供有均值、平滑、坡度等多种滤波方法,还可通过人工交互的方式进行操作。

本文选用坡度滤波方法,该方法主要涉及“宽度阈值”和“坡度阈值”两个参数。

其中,宽度阈值因考虑到1∶10000比例尺地形图尺度等级,一般设置为10 m或20 m;坡度阈值
因考虑到DSM为影像匹配点云数据,建筑物不能呈现直角情况,一般设置为60°～70°。

通过滤波处理可以使得DSM数据最大程度上的表达地面高程信息,进而便于下工序的数据处理。

其中部分不准确区域,则可通过后续等高线的人工修测方式进行完善。

2.2.3 初始等高线处理
基于DSM数据再生成的初始等高线数据,是栅格数据矢量化的一个过程。

在这个过程中,栅格的分辨率大小将影响矢量要素的细节形态[8]。

另外,再生成的等高线在地形形态的表达方面不够细致,曲线形态僵直,曲线曲率小或呈尖角状,或者山脊、沟谷处等高线形态不一致[9]。

这些都不符合制图要求,需要进行抽稀或光滑处理。

在进行抽稀或光滑处理时,要注意不同地貌类型的特征,不能使用同一参数对所有图幅进行统一处理。

这样会造成偏差,增加后续修测工作量。

因此需要一定的调整测试工作,逐步积累经验。

2.2.4 人工修测处理
将经过抽稀光滑后的等高线数据,导入空三加密成果恢复的立体模型下,依据高程精度及制图要求,进行人工修测处理。

主要核查曲线高程是否与模型贴合,同时修测山脊、沟谷形态,修改异常或僵直的曲线,修改过渡细节的等高线。

3 实验与结果分析
3.1 实验安排
在研究样区按地形类别,选山地、高山地各2幅1∶10000比例尺分幅图。

选择4名作业能力相当的生产人员。

使用配置一致的硬件设备、版本一致的软件程序。

每人随机选取一幅实验样图(表1),按照常规航测内业方法和基于影像匹配技术,完成同一幅图的等高线采集工作。

最后由专人检查数据质量。

表1 样图参数统计表样图地形类别等高线个数/条等高线总长/km图幅1山地15053950.9图幅2山地16483884.6图幅3高山地7671916.4图幅4高山地
8522310.3
3.2 精度分析
安排质检人员在立体模型下进行人工检查,依据等高线数据检查要求,最终4组实验样品的等高线数据均符合测绘标准[10]。

3.3 效率统计
常规航测内业方法采集等高线时,可以直接利用已有空三加密成果资料恢复立体模型,然后进行数据采集,工时主要耗费在单幅图作业期间。

基于影像匹配技术获取等高线方法,在开展立体采集修改工作之前,需要进行数据前期处理工作。

本次实验所选4幅样图处于一个加密区域网,总共541个相对,覆盖64幅1∶10000比例尺图幅。

实验安排1名作业人员进行区域网影像匹配,4幅样图DSM数据处理和初始等高线处理工作,共耗时5工日,平均每幅样图不到1.25工日。

经采集效率统计比对,原常规航测内业方法采集一幅等高线需要10至16工日。

采用基于影像匹配技术获取等高线,可在10至7工日完成(表2),节省30%以上的作业工时,充分提高了工作效率。

表2 效率比对统计表样图常规航测内业方法/工日基于影像匹配技术/工日图幅1169+1.25图幅2137+1.25图幅3106+1.25图幅4148+1.25
4 结束语
社会经济的快速发展,对国家基础测绘成果更新提出了更高需求,快速、精准、高效已成为测绘服务发展的必然趋势。

通过基于影像匹配技术优化后的等高线生产工艺,是一种行之有效的生产技术方案。

在提高作业人员的工作效率、改善作业强度的基础上,缩短了成图周期、节约了生产成本,进而有利于测绘服务品质的提升。

参考文献
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