UAV城市高质量DOM制作流程与方法探讨

UAV城市高质量DOM制作流程与方法探讨

马骏

天津市测绘院天津300381

摘要：现阶段，利用传统的方法通过匹配点内插生成的DEM质量不高、粗差现象严重，无法准确的表达地表，特别是在城市地区，匹配点内插生成的主要是DSM，所以DSM进行微分纠正生成的正射影像DOM中建筑物严重倾斜和扭曲，而且只能通过人工选取拼接线的走势进行DOM的镶嵌，对于片数多达万张的小像幅UAV影像，其效率是极其低下的。作为无人机低空遥感系统主要生产成果的DOM的生产效率和精度的提高，是现今摄影测量实际作业中需要解决的问题。文章重点就UAV城市高质量DOM制作流程与方法进行研究分析，以供参考和借鉴。

关键字：UAV；DOM；制作流程；方法

引言

无人飞行器低空航测系统，即利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术，具有自动化、智能化、专用化，快速获取国土、资源、环境等空间遥感信息，完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术，具有机动、快速、经济等优势。其系统组成具体包括无人驾驶飞行平台，包括军用无人机、平流层无人机和无人飞艇、低空固定翼无人机，无人直升机和低空无人氦气飞艇等、3S技术在系统中的集成应用、遥感传感器及其控制、面阵CCD数码相机精确检校和定标、多相机组合宽角摄影、小幅面高分辨率遥感影像数据的处理技术以及系统集成等。

1．DOM制作研究现状

DOM是由DEM进行微分纠正获取的，DEM的精度直接影响着DOM最终成果的精度。建立DEM的方法有多种，从数据点采集方式来讲有以下几种：第一，地面量测。用GPS、全站仪、野外测量等；第二，现有地图数字化。例如格网读点法、数字化仪手扶跟踪及扫描仪半自动采集法等；第三，数字摄影测量的方法。航空或航天影像，通过摄影测量处理获取；第四，空间传感器。利用雷达和激光测高仪进行数据采集。

2．UAV城市高质量DOM制作流程与方法

2.1DSM匹配方法研究

DOM制作的基础数据是DEM，它是由立体像对自动匹配生成的。而影像中难免会有建筑物等高出地面的地物，大量的匹配点不可避免地位于建筑物等地物顶部，由此获得的是DSM。DSM作为生产DEM的中间数据，对其正确提取是制作高质量DEM的基础。影像匹配方法主要分为基于灰度匹配和基于特征匹配，通过对两种算法的比较分析，并基于UAV城区影像特点和分频道相关方法的启示，本文的思路是采用高斯金字塔影像匹配策略，在低级别影像层上采用相关系数匹配算法，作为高级别影像层的初始值，并在高级别影像层上采用最小二乘影像匹配算法，提高匹配精度。对特征贫乏或影像边缘区域，存在匹配点个数少或者匹配点不均匀的问题，采用铅垂线轨迹法进一步增加模型中同名点的密度，从而获得密集点云DSM。

2.2基于城市建筑物特征线约束TIN的构建

DSM中大量的匹配点位于建筑物的顶部，微分纠正后得到的DOM在建筑物处会产生扭曲变形，因此必须从DSM检测和剔除建筑物等高出地面的地物，获得真实地形DEM。

2.2.1DSM的传统处理方法

传统的方法是通过手工逐点编辑获取比较准确的地面点，可这在实际生产中显得非常繁琐和低效，特别是对于UAV成千计的小像幅影像更是不切合实际。另一种思路是采用滤波的方法对DSM进行优化，基于LiDAR点云处理原理，对点云的滤波较多采用的是数学形态学滤波方法。滤波后的DSM消除了大部分非地形的影响，降低了噪声。但是滤波方法并不能完全消除建筑物等地物上高程点的影响，以此生成的正射影像仍存在扭曲现象。

2.2.2建筑物特征线获取和约束构TIN

根据UAV影像特点以及考虑滤波方法存在的问题，本文获取DEM的思路是根据城市地区地形一般比较平坦的特点，在线划图上叠加DSM，对线划图中大片建筑物可以直接利用周围地形的高程代替，从而获取建筑物底座高程，即建筑物的矢量特征线，然后通过检查线划图，对地物发生变化的区域采用立体量测的方式进行修改，最后利用建筑物的矢量特征线约束DSM构建TIN。其基本原理是删除建筑物矢量线内的点，建筑物边界的高程值参与TIN的构建，消除建筑物顶部高程点的影响，以得到真正的地面起伏DEM，图1以获取的建筑物底座边界为例，具体描述了基于建筑物特征线的TIN构建。

图1基于建筑物特征线的TIN构建

首先，根据建筑物的二维底座或底座凸包的范围可以确定其覆盖的地形表面的范围，即影响的地形三角面，如图1中由1、2、3、4、5、6各顶点围成的多边形区域；其次，根据点在多边形内的算法，判断原始TIN三角网中落在该底座或凸包之内的点，这些点（如图1中的点7）不参与局部三角网的重构，对于这些落在建筑模型底座或凸包之内的点予以删除，同时删除与此顶点相关联的所有三角形；最后，以建筑物的底座基准高度为准，根据Delaunay三角剖分法则，对建筑物底座或凸包的边界点和建筑物的地形影响边界点1、2、3、4、5、6重新剖分，根据内边界的保界处理算法使边界内部不参加TIN的构建，如图1所示，最后将新生成的三角形加入到地形TIN中。

2.3DOM镶嵌方法研究

2.3.1DOM边界自动裁切

UAV影像具有重叠度大的特点，可以增强空中三角测量中构网强度，保障空三结果的精度。但UAV平台飞行低，旋偏角大，获取的影像投影差大，影像中心周围可以看作垂直摄影，但越往边界影像越模糊，建筑物变形或倾斜现象也越严重。由于影像边界处DEM匹配较差，或者没有DEM，导致纠正的DOM边界存在黑边。本文采用的方法是利用UAV影像重叠度大的特点，采用多视原理，对正射影像进行边界裁切，保留影像中心一定区域；DOM边界的裁切减少了DOM镶嵌时拼接线路径的搜索时间，提高了计算效率。通过试验分析，边界裁切20％左右时，其效果最好，兼顾了正射影像的质量和重叠区地物的完整性，可以减少一半的镶嵌时间，提高镶嵌效率。

2.3.2DOM镶嵌线生成方法研究

正射影像镶嵌过程中，对拼接线的要求是必须避开建筑物、桥梁等地物以保证结果影像上地物的完整性，因此在重叠区域上进行拼接线路径的选择是进行镶嵌操作的一个重要步骤和关键技术。

结束语

综上所述，本文根据利用先进的无人飞行器低空航测系统获取城市地区的影像数据，探讨了一套制作高精度DOM的操作流程，并重点论述了DOM制作中的关键技术。通过试验表明，利用本文方法进行UAV城市地区DOM的生产能够达到相应精度要求，其作业效率优于传统作业方式。

参考文献：

[1]章俐鑫.以生为本以微见大——浅谈制作小学科学高质量微课的方法[J].中国科技教育，2016（01）：64-66.

[2]刘宇容.浅谈高质量PPT课件制作模式[J].广东农工商职业技术学院学报，2012，28（01）：25-30.

[3]王玉贤，姜东方.基于JX4的高质量DOM快速制作技术[J].测绘技术装备，2008（02）：15-17.