盛志鹏，吴 迪，朱 萍

(浙江省第二测绘院，浙江 杭州 310012)

一、引 言

点云是三维点数据的集合，是一种地表形态的三维直观表现形式，利用点云滤波分类后得到的地面点就可以提取DEM和DLG中的高程点和等高线要素。目前，采用非接触的方法获取高密度地表点云的一种常见方法就是使用激光雷达扫描系统直接获取，如徕卡的ALS60、天宝的Harrier 68i等都是目前国内较常使用的机载激光雷达设备，该方法的优势是获取的点云精度高，且可以部分穿透植被获取。在传统的数码航摄获取影像并构建立体像对制作DLG的作业体系中，若使用激光雷达获取的高精度点云来进行高程点和等高线的提取，则可以大大减少内业立体采集的工作量，但同时也会增加额外的激光雷达数据获取和处理费用。

另外一种方法是采用已获得准确外方位元素的数码航片，采取同名点匹配的方法来获取点云[1-4]。由于影像数据是必须获取的，所以在这个生产环节中不会产生额外的费用。目前，Inpho、ERDAS等软件都能实现此功能，但是采用这种方式的缺点是，在植被覆盖区域匹配的点云全都位于树冠上，若要采用匹配的点云数据进行等高线的制作，就必须消除植被高的影像。本文基于浙江省湖州市1∶2000比例尺数码航片数据，研究了在TerraSolid软件下进行匹配点云的高程校正和植被高改正，以及提取等高线的方法。

二、利用Inpho生成匹配点云

点云匹配所使用的为2012年浙江省湖州市的1∶2000数字地形图制作项目数码航摄数据，其使用的设备为UltraCam Lprime，相机焦距为70.4 mm，影幅大小47.520 mm×70.224 mm，飞行平台为运-5，其他航飞参数如表1所示。匹配点云过程如图1所示。

表1 航飞参数

图1 通过数码航片匹配生成点云

匹配点云所需要的数据包括真彩色原始影像和经过空三解算的影像内外方位元素，选择的试验区包含相片13张，覆盖面积约为6 km2，采用的匹配软件为Inpho摄影测量工作站的Match-T模块，匹配格网大小为默认值1.8 m。为了匹配到较多的点云，匹配设置中禁用有关点云平滑的相关设置，并使用了较大的容差值。匹配后输出的成果为LAS格式的点云，数据量为143 MB。

三、基于Terrasolid的匹配点云处理

该方法为：首先利用立体条件下采集的少量地表特征点线，并结合激光雷达数据处理软件TerraSolid中的高程拟合功能，对点云植被高进行消除；然后再进行适当的滤波修饰，即可以用于高程点和等高线的提取。利用影像匹配点云进行DLG等高线制作流程如图2所示。

图2 利用影像匹配点云进行DLG等高线制作流程图

1. 三维特征点线采集

在进行三维特征点线采集之前，需要由对点云滤波处理有经验的人员对原始点云先进行初步的滤波分类，检查点云所构建的三维模型对地表的特征描述数否正确，并在需要采集的地方做记号；再由立体采集人员在立体像对下进行采集。由于特征线的采集精度直接关系到点云的高程修正精度，因此一般需采集特征点线的位置包括山脊、山谷、植被类型变化区域的特征线和特征点(如图3所示)。本试验的特征线采集在JX-4摄影测量工作站中完成。具体采集要求如下：

1) 植被覆盖地区需采集山脊线、山谷线、山顶点来进行植被高改正。

2) 在无植被覆盖区域的边与有植被覆盖区域相接的地方适当采集特征点，以保证无植被区域高程不变。

3) 植被高度变化剧烈且无法反映地表形态的区域，如竹林覆盖区域，应采集几条特征线以描述植被底部地形。

图3 点云模型与采集好的特征点线的套合

2. 拟合网高程改正

利用特征点线分析植被高情况，构建高程异常修正拟合网，进行点云高程改正。具体方法是将采集的特征线离散成点(本试验采取的点间隔为2 m)并与采集的特征点一起构成检查点文件，再利用TerraSolid软件计算点云模型在每个检查点处的高程差。检查高程差文件，将粗差和点云模型异常处的值剔除，再使用误差文件制作植被高改正文件，构建高程修正拟合网，并对点云的高程进行改正，进而修正植被高。

3. 点云重滤波和点云修饰

经过植被高改正的点云在山脊、山谷和植被高程突变的地方会存在对地表细节描述不完整或高程错误的情况，为了突出地形特征，需要将采集的特征点线作为点云添加到改正后的点云中做一次重滤波。由于TerraSolid采用的滤波方式是由下到上的渐进式滤波，因此在点云高程改正不彻底的地方，重滤波可以使特征点线周围高程错误的点云被滤除掉。滤波过后再将特征点线的点云作为地表点添加到重滤波的点云中，以保证特征点线参与最后DEM模型的构TIN。

重滤波后的点云还需进行必要的修饰，才能用来自动生成等高线。点云修饰应尽量保持地形特征完整，并使其较为光滑，避免在非地形变化区域出现模型的剧烈变化。

4. 等高线自动生成和人工修饰

为了保证等高线的平滑和美观，笔者将修饰好的点云采样成格网大小为8 m×8 m的DEM，再进行等高线的自动生成。生成后的等高线若平滑程度不够，可在ArcGIS软件中采取指数核的多项式近似算法进行进一步的平滑，在1∶2000等高线的制作中平滑参数一般设置为5～10 m。自动生成的等高线如图4所示。

图4 自动生成等高线

为了保证等高线的精度和美观，对自动生成的等高线需要在摄影测量工作站中进行必要的修饰，修饰中应主要注意的是：① 平缓地区等高线的走向；② V字形山脊山谷的朝向是否一致；③ 有无因单颗植被未滤除干净造成的等高线突变。

四、精度评价和效率统计

1. 自动生成等高线精度评价

按照1∶2000数字地形图制作的相关标准和本项目的技术设计，等高线的精度要求见表2。

表2 等高线精度指标 m

等高线的高程精度检查是由经验丰富的立体测图人员将自动生成的等高线导入JX-4立体测图工作站并在立体像对环境下进行检查的。通过检查，自动生成的等高线在绝大多数地区都能够紧贴地表，特别是在裸露和覆盖植被高度较均匀地区有着较好的效果。

2. 效率统计

在本次试验中，共处理了4幅1∶2000的DLG数据，总面积为4 km2，所花费的工作量统计见表3。

表3 效率统计 d

若采用传统方法，对于一幅1∶2000的DLG，在JX-4摄影测量工作站环境下平均需要3天的时间。若采用新方法，一幅图花费约1天的时间，与传统方法相比，效率是原来的3倍。

五、结束语

利用影像匹配的点云数据自动生成的等高线在精度上大体能够满足相关要求，但是从图面的美观程度上比较，与以前作业方法的成果还是有一定区别，主要体现在：一是在大致等倾斜的区域曲线分布不太均匀，二是曲线走向不统一使得山形不美观，这也导致了后期修测花费了较多的工作量。从效率上分析，该方法具有较为明显的优势，在浙江省“十二五”期间全面实施“313”计划和全省1∶2000地形图测图全面铺开的背景下，也急需一些新的作业方式来提高工作效率。在下一步的试验中，将考虑使用自动的方式来提取特征线和改进滤波分类方式，以减少人工干预的工作量。

参考文献：

[1] 张祖勋,张剑清. 数字摄影测量学[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社, 1997.

[2] 陈鹰.遥感影像的数字摄影测量[M].上海: 同济大学出版社, 2003：91.

[3] 范永弘.立体影像匹配和DTM自动生成技术的研究与实践[D]. 郑州：信息工程大学，2000：41.

[4] 明冬萍，骆剑承，沈占锋，等.高分辨率遥感影像信息提取与目标识别技术研究[J].测绘科学,2005,30(3)：18-20.

[5] 韩王涛,毋河海. 一种从格网DEM中提取等高线的算法[C]∥全国地图学与GIS学术会议论文集.福州：[s.n.]，2004.

[6] 王涛,毋河海. 一种从高程格网中提取等高线的算法[J]. 测绘科学，2006，31(2)：108-110.

[7] 郭明武,吴凡. 对一种基于规则格网DEM自动提取地性线算法的改进[J]. 测绘通报，2006(7)：49-51.

[8] 曹颖,赵牡丹. DLG内插等高线算法实现[J]. 测绘科学，2007，32(2)：67-68.

[9] 陈学工,刘凯敏. 一种基于格网法快速生成等值线的算法[J]. 电脑与信息技术，2007，15(3)：4-6,47.

[10] 边淑莉,柳佳佳,王海龙,等. 基于规则格网DEM的等高线提取算法的优化与实现[J]. 测绘科学，2008，33(6)：151-153.

[11] 姚鑫,宋伟东. AutoCAD环境下数字高程模型的建立和等高线的自动绘制[J]. 测绘通报，2003(4)：29-31.