测量中的4D指的是什么(摄影测量4d产品)

倾斜摄影是近年来国际测绘领域发展起来的高新技术。它颠覆了以往正投影图像只能从垂直角度拍摄的局限。通过在同一飞行平台上安装多个传感器，可以从五个不同的角度收集图像，例如一个垂直角度和四个倾斜角度。

其中，垂直摄影影像可以通过传统的航空摄影测量技术进行处理，生产4D产品。现在，让我们学习什么是4D产品以及如何制作它们。

1、DOM（数字正射影像图）

数字正射影像图(Digital Orthophoto Map，DOM)是以航空照片或遥感影像(单色/彩色)为基础，经过扫描、辐射校正、逐像素差分嵌入，并按地形图范围裁剪而成的影像数据。地形要素的信息以符号、线条画、注记、公里网格和轮廓(内/外)装饰的形式添加到图像平面上。它具有地形图的几何精度和影像特征。

1.图像特征

数字正射影像是一种兼具几何精度和影像特征的影像。DOM具有精度高、信息丰富、直观生动、访问快捷等优点。可作为地图分析的背景控制信息，也可提取自然资源和社会经济发展的历史信息或最新信息，为防灾和公共设施建设规划等应用提供可靠依据。还可以从中提取和衍生新的信息，实现地图的修订和更新。其他数据的准确性、真实性和完整性都非常好。

2.制造方法

由于数据源、技术条件和设备的不同，制作数字正射影像图的方法有很多种，包括以下三种方法:

1)全数字摄影测量方法。它是通过数字摄影测量系统实现的，即数字影像经过内定向、相对定向、绝对定向后，形成DEM，按照逆方法进行单元数字差分改正，镶嵌单张正射影像，最后根据影像的轮廓切割出一张数字正射影像，并标注地名、公里格网和轮廓。修改后绘制成DOM或者刻录成光盘保存。

2)单片数字差分校正。如果一个区域有DEM数据和像控成果，可以直接使用成果数据DOM。主要过程是对航空底片影像进行扫描，然后根据控制点坐标对数字影像进行定向，再利用DEM结果进行数字微分纠正。其余的后续过程与上述方法相同。

3)正射影像扫描。如果有光学投影产生的正射影像图，可以直接对光学正射影像图进行影像扫描和数字化，然后通过几何纠正得到数字正射影像图的数据。几何校正是直接对扫描变换的数字模拟，扫描图像的整体变形过程可以看作是平移、缩放、旋转、仿射、倾斜和弯曲等基本变形的综合结果。

2、DEM（数字高程模型）

数字高程模型(DEM)是一定范围内规则网格点的平面坐标(X，Y)和高程(z)的数据集。主要描述区域地貌的分布空，通过等高线或类似的立体模型进行数据采集(包括采样和测量)，然后进行数据插值而形成。

数字高程模型(DEM)是一种固体地面模型，它以一组有序的数字阵列的形式表示地面高程。它是数字地形模型(DTM)的一个分支，从中可以导出其他的地形特征值。一般来说，DTM是描述坡度、坡向、坡度变化率等包括高程在内的各种地貌要素的线性和非线性组合的空分布，其中DEM是零阶单一数字地貌模型，坡度、坡向、坡度变化率等其他地貌特征都可以从DEM中推导出来。

图片来源：河南省谷歌地球高程dem等高线图片来源:河南省Google Earth高程dem等高线

1.建立方法

建立DEM的方法有很多。就数据来源和收集方法而言，有:

1)从地面直接测量，涉及的仪器有水平导轨、测针、测针架、相对高程测量板等。也可以使用GPS、全站仪、野外测量等高端仪器；

2)根据航空空或空间影像，通过摄影测量获得，如立体坐标仪观测和空三重加密法、解析测图、数字摄影测量等。

3)从已有的地形图中采集，如格点读取法、数字化仪手动跟踪、扫描仪半自动采集，然后插值生成DEM。

DEM内插方法很多，主要有整体内插、分块内插和逐点内插:

1)利用研究区所有采样点的观测值建立全局插值的拟合模型；

2)块内插是将reference 空分成几个大小相同的块，对每个块使用不同的函数；

3)逐点插值是定义一个局部函数，以要插入的点为中心拟合周围的数据点。数据点的范围随着要插入位置的变化而变化，所以也叫移动拟合法。

2.计算方法

计算方法包括规则网络结构和不规则三角网(TIN)。目前常用的算法是TIN，通过等高线和高程点构建不规则三角网(TIN)，然后在TIN的基础上通过线性和双线性插值构建DEM。

1)利用规则格网高程数据记录地表起伏的优点是:(x，y)位置信息可以隐含，不需要全部存储为原始数据。由于是规则的格网高程数据，以后更容易处理数据。缺点:数据采集麻烦，因为网格点不是特征点，有些微地形可能记录不到。

TIN结构数据的优点:可以用不同层次的分辨率描述表面形貌。与格网数据模型相比，TIN模型可以在一定分辨率下用更少的空时间更准确地表示更复杂的地表，特别是当地形包含大量断裂线、构造线等特征时，TIN模型可以更好地考虑这些特征。

3.数据源

数字高程模型的数据来源主要有以下几种方式:

摄影、地面勘测、现有地形图的数字化以及从现有DEM数据库中提取。对于局部土方计算，用摄影测量的方法获取数据(除非使用原始数据)显然是不经济的，现有的DEM数据库由于网格间距较大也不适合。因此，在实际工作中，主要采用现有的大比例尺地形图扫描矢量化，或者用全站仪、测距仪、电子平板直接测量测点的三维坐标。

4.重要指标

DEM的分辨率是DEM刻画地形精度的重要指标，也是决定其应用范围的主要因素。DEM的分辨率是指DEM最小像元的长度。因为DEM是离散数据，所以(x，y)坐标实际上是小方块，每个方块的高程都有标注。这个小方块的长度就是DEM的分辨率。分辨率越小，分辨率越高，地形越精确，数据量呈几何级数增长。因此，在制作和选择DEM时，应根据需要在精度和数据量之间做出平衡选择。目前，我国已经完成了1: 50000地形图DEM数据库的建设。

图片来源：黑龙江省谷歌地球高程dem等高线图片来源:黑龙江省Google Earth高程dem等高线

5.使用

由于DEM描述的是地面高程信息，因此广泛应用于测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、通信、军事等国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域。例如，在工程施工中，可用于土方计算、通视分析等。在防洪减灾方面，DEM是流域分析、水网分析、降雨分析、蓄洪计算、淹没分析等水文分析的基础。在无线通信中，可用于手机等的基站分析。

3、DRG（数字栅格地图）

数字栅格地图(DRG)是将现有的纸质地形图用计算机处理后得到的栅格数据文件。数字栅格地图一般是由矢量数字线划图直接转换而来，因此在内容、几何精度和颜色上与基本比例尺地形图一致。

1.技术特性表

数字栅格地图(DRG)的技术特点是:地图的地理内容和视觉风格与同比例尺地形图相同，平面坐标系以1980年Xi坐标系大地基准为准；地图采用高斯-克鲁格投影；高程系统采用1985年国家高程基准。图像的分辨率大于400dpi；输出大于250dpi。

2.制造方法

1)彩色底图

原图必须平整，无褶皱，虚线清晰，颜色规范；图纸的原始情况应符合标准要求。

一张纸质的模拟地图经过扫描仪，在扫描仪中，CCD线性传感器对图形进行分割，生成二维阵列系统，同时对各个系统的灰度(或分色)进行量化，再经过二值化、图形定向、几何校正，形成数字栅格地图。

2)图形扫描

用单色或彩色扫描仪扫描，扫描分辨率不低于400dpi。

3)地图定向

光栅地图从扫描仪坐标转换到高斯投影平面直角坐标。

坐标转换方式:大地测量中几种常见的坐标和转换方式

4)几何校正

消除底部和扫描造成的几何失真。光栅图像的畸变可通过相关软件进行校正，校正应按千米格网进行。通过仿射变换和双线性变换，可以实现地图校正。

5)颜色校正

使用PHOTOSHOP等图像软件编辑网格，根据元素手动设置单色图像的颜色，校正彩色图像的颜色。为了使颜色均匀，我们应该根据指定的R.G.B比率选择几种色调。

6)最终产品

这是一个无损压缩的TIFF文件。

3.使用

DRG可作为数据参考或修改和拟合其他地理相关信息的背景，用于数字线划图(DLG)的数据采集、评估和更新，以及与数字正射影像图(DOM)、数字高程模型(DEM)和其他数据信息的集成使用。获取新的视觉信息，以提取和更新地图数据并绘制纸质地图。

4、DLG（数字线划地图）

DLG (Digital Line Map)是在现有地形图上分层存储基本地理要素的矢量数据集。DLG既包括空信息，也包括属性信息，可用于建设规划、资源管理、投资环境分析等多个方面。，并可作为人口、资源、环境、交通、公安等专业信息系统的空定位依据。

1.特征

数字线划图是动态的，其内容和表现可以实时修改，补充和更新内容非常方便。数字线划图的内容组织灵活，可按图层、分类、等级提供，可快速搜索查询。显示数字线路图时，可以漫游、打开窗口、放大缩小。数字线划图提供的信息可用于统计分析和决策。

常见的数字线划图格式有Ac/Info的E00格式、MapInfo的MIF格式、MapGIs格式等。

2.数据组织方法和数据格式

数字线划图的数据是按照图幅组织的。每个数字线划图由三种类型的数据文件组成，即元数据文件、属性数据文件和坐标数据文件。每张图片的图号作为所有数据文件的前缀，后缀用于标识不同类型的数据文件。

元数据是每个地图一个，是数字地图的存档信息，包含很多内容。根据描述的内容不同，用字符型、整数型、双精度型、浮点型等表示。，并详细规定了其长度和表示方法。这些内容主要包括数字地图生产单位、生产日期、地图名称、地图编号、图幅垂直间隔、地图比例尺、地图轮廓点坐标、地球椭球参数、大地坐标系、地图投影方式、坐标尺寸、高程基准、主要数据、边缘连接、地图要素更新方法和更新日期等属性数据文件。每个元素层都有一个。

属性文件主要用于记录编码名称、各种属性描述、地图图形特征、地图要素的拓扑关系等。某一元素层中的点、线、面元素。文件的格式首先是要素级的属性项结构，然后是地图要素的图形特征，是实心点、有向点还是节点、折线还是曲线、特殊面(有嵌套关系的面)还是一般面，然后是地理数据的数据源，最后是地图要素的拓扑关系，如链的起止节点号、链的左右面号等。通过搜索和排序，可以建立起起点、线、面要素之间的内在联系。

每个元素层也有一个坐标文件，每个元素层的坐标文件格式相同。坐标数据文件主要用于记录点状和线状要素在要素图层上的具体坐标位置，因此不同要素图层的坐标数据文件长度不同。

各类数据文件的组织形式见国家测绘局制定的《1: 5万矢量地形数据生产技术规程(DLG)》、《1: 5万DIG产品检查与评价》等标准。

3.主要生产技术和方法

1)解析或计算机辅助数字制图。这种方法是通过解析测绘仪器或模拟仪器对航片进行三维测绘，然后通过一些图形处理软件(如AutoCAD等)得到所需的DG数据。)对得到的数据进行编辑，最终生成结果数据。

2)人机交互的矢量化和映射。对已有的地形图进行扫描，利用矢量化软件(如Geoscan、Mapscan)对扫描图像进行矢量化，然后传输到相应的系统中，对数据进行编辑处理，生成线状图。

3)在数字正射影像地图上，手动跟踪框架的元素被数字化。该方法利用AutoCAD等软件工具，将已有的数字正射影像图按一定比例插入工作空间，在屏幕上跟踪采集所需的相应要素，最终生成线划图。此外，还可以在数字化板上跟踪数字正射影像地图，以提取有用的元素。

4)数字摄影测量、三维跟踪和垂直测量。目前国内的数字摄影测量软件V irtuoZo系统和X-4ADPW系统都有相应的矢量图系统，精度指标都较高。

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