基于大比例尺无人机航测内业的地形建模与数字高程模型生成方法研究

基于大比例尺无人机航测内业的地形建模与数字高程模型生成方法研究

胡永敏

新疆地矿局测绘大队 乌鲁木齐 830017

摘要：随着无人机技术的快速发展，无人机航测在测绘领域的应用越来越广泛。本文旨在研究基于大比例尺无人机航测内业的地形建模与数字高程模型（DEM）生成方法。首先，对无人机航测内业数据处理流程进行概述，然后重点探讨地形建模和DEM生成的方法，包括数据预处理、特征提取、模型构建和精度评估等环节。通过实验验证，本文提出的方法能够快速、准确地获取高精度DEM，为地形分析和应用提供有力支持。

关键词：无人机航测；地形建模；数字高程模型；内业处理；精度评估

引言：

地形建模和数字高程模型（DEM）生成是地理信息科学领域的重要研究内容。传统的地形测量方法效率低下，难以满足现代测绘的需求。无人机航测技术的出现为地形建模和DEM生成提供了新的途径。本文将重点研究基于大比例尺无人机航测内业的地形建模与DEM生成方法，旨在提高地形数据的获取和处理效率，为相关领域的应用提供技术支持。

一、无人机航测内业数据处理流程

无人机航测内业数据处理是地形建模和DEM生成的关键环节。本文将数据处理流程分为以下几个步骤：数据预处理、特征提取、模型构建和精度评估。

1.数据预处理

数据预处理是无人机航测内业数据处理的第一步，包括影像校正、拼接和滤波等操作。通过数据预处理，可以消除无人机航拍过程中产生的畸变和噪声，提高影像质量和后续处理的精度。

2.特征提取

特征提取是利用计算机视觉和图像处理技术从预处理后的影像中提取地形特征的过程。本文采用SIFT算法进行特征提取，该算法能够稳定地提取出影像中的特征点，为后续的模型构建提供可靠的数据基础。

3.模型构建

模型构建是根据提取的特征，利用三维重建算法构建地形模型的过程。本文采用基于点云的重建方法，利用点云数据构建三维模型，再根据高程信息生成DEM。该方法能够快速、准确地构建高精度DEM，提高地形建模的效率。

4.精度评估

精度评估是对生成的地形模型和DEM进行质量检查和误差分析的过程。本文采用比较法和统计分析方法对DEM进行精度评估，通过与已知精度高的地形数据进行对比分析，评估DEM的精度水平。同时，对不同区域和地形类型的DEM进行统计分析，全面评估DEM的精度和可靠性。

二、 研究成果的实际应用

1.地质调查与矿产勘探

利用高精度的DEM，地质学家能够更准确地分析地形地貌特征，推断地质构造和岩层分布。这对于矿产勘探具有重要意义，可以帮助确定潜在的矿藏位置，提高矿产资源的开发效率。例如，通过分析DEM数据，可以识别出特定的地形特征，这些特征可能指示地下存在矿藏。此外，DEM数据还可以用于研究地质构造和板块运动，为地质学研究提供重要信息。

2.城市规划与建设

在城市规划中，DEM可以提供详细的地形信息，帮助规划者更好地了解地形特征，合理布局城市基础设施，如道路、桥梁、排水系统等。具体来说，通过DEM数据，城市规划师可以获取准确的地面高程信息，从而合理设计道路坡度和排水系统。此外，DEM还可用于城市景观设计、绿化规划等方面，提升城市的宜居性和生态环境。例如，通过分析DEM数据，可以确定适合种植植被的区域和种类，提高城市绿化覆盖率和生态效益。

3.土地利用与土地覆盖变化监测

通过对比不同时期的DEM数据，可以监测土地利用和土地覆盖的变化情况，分析其变化趋势和影响因素。这对于土地资源管理和可持续发展具有重要意义，可以帮助决策者制定合理的土地政策，保护生态环境。具体来说，DEM数据可以用于监测森林砍伐、城市化进程、农田扩张等现象对地形的影响。通过分析这些变化趋势，可以及时发现并解决土地利用中的问题，保护生态环境和土地资源的可持续利用。

4.自然灾害预警与应急响应

DEM在自然灾害预警和应急响应中具有重要作用。通过分析DEM数据，可以识别潜在的滑坡、泥石流等灾害风险区域，及时发出预警，减少灾害造成的损失。具体来说，通过分析DEM数据中的地形特征和地貌信息，可以识别出容易发生滑坡、泥石流等自然灾害的区域。在此基础上，建立自然灾害预警系统，及时向相关部门发出预警信息，提高应急响应的效率和速度。同时，DEM数据还可用于灾后重建和恢复工作，为应急响应提供重要的决策支持。例如，在灾后重建中，DEM数据可用于评估重建区域的地理条件和环境因素，为制定合理的重建计划提供依据。

5.农业管理与土地改良

在农业领域，DEM可以提供农田地形信息，帮助农民了解农田的微地形特征，合理规划作物布局、灌溉系统和排水系统。具体来说，通过分析DEM数据中的地形起伏和坡度信息，可以评估农田的水土保持能力和排水能力。在此基础上，农民可以合理规划作物布局和灌溉系统，提高农田的产量和经济效益。此外，DEM还可用于土壤质量评估和土地改良，提高农田的生产力和经济效益。例如，通过分析DEM数据中的地形特征和土壤类型信息，可以评估土壤的质量和肥力状况。在此基础上，采取适当的土地改良措施，提高农田的生产力和经济效益。

6.环境保护与生态修复

通过无人机航测技术获取的DEM数据可以为环境保护和生态修复提供重要的决策依据。具体来说，通过分析DEM数据中的地形特征和地貌信息，可以评估生态环境中的地形变化和对生态系统的影响。在此基础上，采取相应的保护和修复措施，促进生态环境的可持续发展。例如，在湿地保护中，通过分析DEM数据中的地形特征和水文信息，可以评估湿地的生态环境状况和变化趋势。在此基础上，采取相应的保护措施和维护方案，促进湿地的生态平衡和可持续发展。

三、实验验证与分析

为了验证本文提出的地形建模与DEM生成方法的可行性和有效性，我们进行了实验验证与分析。实验分为以下几个步骤：

1.数据准备

选取某地区的无人机航测数据作为实验数据源，该数据包括无人机拍摄的彩色和灰度图像，以及相应的地面高程数据。我们选择了一个具有不同地形特征的区域进行实验，以检验方法的适应性和可靠性。

2.实验设置

我们将本文提出的地形建模与DEM生成方法应用于实验数据，使用大比例尺无人机航测内业数据处理流程进行数据处理和分析。为了对比和评估，我们还使用了传统的地形测量方法获得的地形数据作为参照。

3.实验过程

首先，我们对无人机航测数据进行预处理，包括辐射校正和几何校正，以消除畸变和噪声。然后，利用SIFT算法进行特征提取，提取出与地形相关的特征点。接下来，我们利用三维重建算法构建地形模型，并根据高程信息生成DEM。最后，我们对生成的地形模型和DEM进行精度评估和分析。

4.结果分析

通过与已知精度高的地形数据进行对比分析，我们发现本文方法生成的DEM精度较高，能够满足大比例尺地形建模的需求。同时，对不同区域和地形类型的DEM进行统计分析，发现本文方法在不同地形条件下均具有较好的稳定性和可靠性。与传统的地形测量方法相比，本文方法在效率、精度和自动化方面具有显著优势。

三、总结

随着科技的不断发展，无人机技术在测绘领域的应用越来越广泛。大比例尺无人机航测内业的地形建模与数字高程模型（DEM）生成是其中的重要研究方向。本文重点研究了基于大比例尺无人机航测内业的地形建模与DEM生成方法，旨在提高地形数据的获取和处理效率，为相关领域的应用提供技术支持。本文基于大比例尺无人机航测内业的地形建模与数字高程模型生成方法研究具有重要的理论和实践意义。通过该方法的应用，可以快速获取高精度地形数据，提高地理信息数据的获取和处理效率，为相关领域的发展提供有力支持。

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