4D产品生产流程（详细）

4D产品生产流程
随着测绘技术和计算机技术的结合与不断发展，地图不再局限于以往的模式，现代数字地图主要由DOM（数字正射影像图）、DEM（数字高程模型）、DRG（数字栅格地图）、DLG（数字线划地图）以及复合模式组成，即所谓的4D 产品。
DOM 是利用航空相片、遥感影像，经象元纠正，按图幅范围裁切生成的影像数据。对于航空像片，可利用全数字摄影系统，恢复航摄时的摄影姿态，建立立体模型，在系统中对DEM 进行检测、编辑和生成，从而制作出精度较高的DOM；对于卫星影像数据，可利用已有DEM 数据，通过单片数字微分纠正生成DOM。DOM 的信息丰富直观，具有良好的可判读性和可量测性，可用作为背景控制信息，评价其他数据的精度、现实性和完整性，可从中撮自然资源和社会发展信息，为防止灾害和公共设施建设规划等提供可靠依据，还可从中提取和派生新的信息，实现地图的修测更新，在城市测绘领域被广泛应用于城市规划设计、交通规划设计、城市绿化覆盖率调查、城市建成区发展调查、风景名胜区规划、城市发展与生态环境调查与可持续发展研究等诸多方面，取得了显著的社会与经济效益。
DEM 是以高程表达地面起伏形态的数字集合。其数据的采集通常包括地面测量（利用自动记录的测距经纬仪进行野外实测）、现有地图数字化、空间传感器（全球定位系统GPS 结合雷达和激光测高仪等）、数字摄影测量（利用附有自动记录装置的立体测图仪或立体坐标仪、解析测图仪及数字摄影系统，进行人工、半自动或全自动的量测来获取数据）、LIDAR+CCD 相机等方法。通过计算机采用一定的算法，能够很方便地将DEM 数据转换为等高线、透视图、断面图、坡度图以及专题图等各种产品，或者按照用户的需求计算出体积、空间距离、表面覆盖面积等工程数据和统计数据以及进行通视分析、域特征地貌与地形自动分割等。
DLG 是现有地形图上基础地理要素分层存储的矢量数据集。其采集方法主要包括平板仪测量、全野外数字测量、GPS 测量、地图数字化、摄影测量等。DLG 满足地理信息系统进行各种空间分析要求，视为带有智能的数据。可随机地进行数据选取和显示，与其他几种产品叠加，便于分析、决策。
、4D 产品生产
3.1 Hammer 测区生产DEM、DOM
1）技术设计
①测区与资料分析：
测区分析：Hammer 测区地貌大致可概括为三部分：北部较平坦，分布着工业区和少量居民区，主要为海拔不高的丘陵地带，覆盖植被较多；中部是环形山地，分布着许多矿坑，山上植被较少，多为裸露的山地地貌，有明显的盘山公路，山势较陡；南部是丘陵地，无建筑物，分布着稀疏的植被。资料分析：航高为3000 米，摄影主距152.72mm，扫描影像像素大小为0.05mm，摄影比例尺为1：5000，有2 条航带，每条航带3 张航片，总共6 张航片航片的清晰度比较满意。
②对用户所要求的产品分析：
DEM 透视图图片一幅：比例尺为1：5000，要求精度：DEM 内定向拼接中误差小0.005mm，相对定向拼接中误差小于0.010mm，绝对定向点和高程拼接中误差均小于0.3m， DEM 拼接大于2 倍中误差的点所。占的比率应小于1％；DOM 图片一幅，比例尺为1：5000，检查每个模型的接边处，保证影像无或很少变形及扭曲等错误，附上图廓信息；TIN 三角网一副，选取任意模型，覆盖面积应为模型面积一半以上。生产期限为实习结束之前，由湖北省测绘局航摄遥感院老师验收。
③技术路线：使用全数字摄影测量工作站生产, 采用的软件程序为VirtuoZoEdu
④依照的技术规范与标准：②中有详述
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图3.1.1 Hammer 测区生产流程框图

①主要步骤
DEM 生成： a. 建立测区引入影像创建新模型检查（修改）影像参数建立相机参文件建立加密点文件设置成果输出参数内定向自动相对定向绝对定向生成核线影像
b. 影像匹配及匹配后的编辑自动影像匹配匹配结果的编辑
c. 生成单模型DEM生成数字高程模型DEM显示单模型DEM (检查DEM) DEM 修正生成等高线
d. 选择一个模型构建三角网（TIN）
e. 多模型的DEM 拼接设置多模型拼接区域及参数DEM 拼接及误差检查
生成的Hammer 测区DEM 透视图和5756 模型的TIN 编辑结果分别如图3.1.2、图3.1.3 所示。
图3.1.2 Hammer 测区DEM 透视图
图3.1.3 5756 模型TIN 编辑结果（AutoCAD 中显示）

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DOM 生成：数字正射影像是基于DEM 的数据，采用反解法进行数字微分纠正制作而成，其过程也是全自动化的。当DEM 建立后，在系统主菜单中，选择产品→生成正射影像项，自动制作当前模型的正射影像，屏幕显示计算提示界面，计算完毕后，自动生成当前模型的正射影像。多模型DEM 拼接后，才能在拼接区域内进行多张正射影像的镶嵌。每个模型的DOM 生产完成后对DOM 进行拼接，最后对修改后的DOM 按要求添加图廓，输出产品，如图3.1.4 所示。

图3.1.4 Hammer 测区部分DOM
②主要问题与解决方法
在实习过程中，由于作业量较大，之前也没有过此类经验，因此还是遭遇了不少问题，笔者查阅相关资料，询问指导老师，与同学交流探讨结合自身摸索给予了一定程度上的解决：
a.核线影像匹配完成后，发现房屋、树木等很多地物的匹配点并不位于地面而在地物表面，这就需要对匹配结果进行手动编辑，VirtuoZo 提供的编辑方法有平滑、内插、拟合、置平、断面编辑等，每种方法都有自己的特点，适用于不同的情况，应合理选择，利用3D 显示装置对等高线进行调节，尽量使其准确贴合于地面。
b.笔者的DEM 拼接精度不满足要求，大于两倍中误差的点所占比率达到了2%左右，结合系统提示对测区中部矿坑调节很久后并无较大改观，这让我不得不考虑是否之前的步骤出现了什么问题。万般无奈之下返工重做，在相对定向和绝对定向中使误差尽可能降低，再逐步往后进行，惊喜地发现DEM 拼接精度已经达到了1.1%，这相比之前精度有了很大提升，再对部分区域进行微调，最终达到0.82%，顺利达标。这让我感受到作业中的每个步骤都要耐心细致，追求精确，所谓失之毫厘谬以千里，之前的一点点误差可能
会对后面的结果产生灾难性的影响。
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c.TIN 编辑中没有实际生产所用的手轮脚盘，因此画起流线来一开始经常出现手抖的情况，导致流线不美观，操作地多了渐渐积累了经验，变得更加熟练。
d.DOM 拼接会造成接边处的明显边界线，应手动设置拼接线，原则是不留空白，选择地势相对平坦的地方，绕过房屋、高山等容易造成变形的地方。
③DEM 的三种生成方法比较：
a.利用核线影像生产DEM：根据影像匹配的视差数据、定向元素及用于建立DEM 的参数等，将匹配后的视差格网投影于地面坐标系，生成不规则的格网，然后进行插值等计算处理，建立规则（矩形）格网的数字高程模型。
b.利用已有矢量文件生成DEM：用已经有的数字线划图（DLG）中具有高程信息的地物层，例如首曲线、计曲线、一般高程点，插值计算建立DEM。
c.三角网（TIN）内插生成DEM：通过人工双目立体构建三角网（TIN），主要是用特征线和特征点描绘地表模型，最后用构建好的三角网生成三角高程模型。
3）质量分析
①质量控制方法作业之前的质量控制是保证控制点文件、航摄仪参数文件、项目参数文件和模型参数文件是数字摄影测量生产作业所必须的参数文件，首先做到文件命名的规范和统一，控制点的点号必须唯一，比例尺格网间距的地面分辨率等参数内容必须准确无误。
作业过程中的质量控制是对核线影像自动进行立体匹配，形成匹配点和等视差曲线；然后对模型匹配效果进行人工检查，根据需要进行编辑处理；最后将匹配点转为物方坐标，再内插物方由此可见，这一工序的质量控制内容主要是匹配效果的检查，重点检查的区域为影像模糊区、阴影区、大面积水域、森林密集区和建筑区，以及山谷、山脊、冲沟等地形。检查的策略就是实时的过程检查，每一个对象在编辑完成后，必须经检查员检查后，方可开始下一步的作业。
②产品质量评定
定向精度表：

DEM 拼接精度、DEM 控制点检查报告、DOM 控制点检查报告分别如图3.1.5、3.1.6、3.1.7 所示。

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图3.1.5 DEM 拼接精度
图3.1.6 DEM 控制点检查报告

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图3.1.7 DOM 控制点检查报告

③质量分析
内定向：中误差均小于0.005mm，精度满足要求；
相对定向：中误差均小于0.01mm，精度满足要求；
绝对定向：每点平面及高程残差均小于0.3m，平面及高程中误差小于0.3m，精度满足要求；
DEM 拼接精度：中误差1.38mm，满足小于2mm 的要求；当中误差差限设置为2mm 时，大于2 倍中误差的点占百分比为0.82%，满足小于1%的要求；
DEM 控制点检查：均方根误差为0.052m，满足精度要求；
DOM 控制点检查：各检查点DX、DY、DZ 及均方根误差均满足精度要求。
3.2 Color 测区生产DEM、DOM
1）技术设计
①测区与资料分析：
测区分析：Color 测区地形有稍微起伏，有几座较矮的山坡，上面部分为丘陵地带，为灌木所覆盖；中间有一条河流横穿整个测区，中部另分布大量水稻田；测区下面部分为大片半荒地，植被稀少。资料分析：航高为3000 米，摄影主距152.72mm，扫描影像像素大小为0.05mm，摄影比例尺为1：5000，总共2 张航片，一个模型，航片的清晰度较满意。
②对用户所要求的产品分析：
DEM 透视图图片一幅：比例尺为1：5000，相对定向拼接中误差小于0.010mm ，绝对定向点和高程拼接中误差均小于0.3m， DOM 图片一幅，比例尺为1：5000。
③技术路线：与Hammer 测区作业相同
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④依照的技术规范与标准：②中有详述
⑤生产流程框图：与Hammer 测区作业类似
3）实施过程
总体与Hammer 测区类似，只是该测区仅有一个模型，因此生成DEM 和DOM 后不需要拼接，此外不需要对模型进行TIN 编辑。生成的DEM 透视图、部分DOM 分别如图3.2.1、3.2.2 所示。
图3.2.1 Color 测区DEM 透视图

图3.2.2 Color 测区部分DOM

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3）质量分析
与Hammer 测区采用类似的方法。
定向精度表：

3.3 广东练习数据和咸宁数据生产DLG
1）技术设计
①测区与资料分析：
测区分析：广东测区中间部分较平坦，主要是居民地，四周为山林地带，北部有一个湖，南部水库下游分布大片水稻田。咸宁测区较为平坦，地物较复杂，有较多的田地、陡坎，房屋、道路等。
资料分析：广东和咸宁测区都只有一个模型，控制点是在影像上直接点出来的，精度不高。
②对用户所要求的产品分析：
要求产品是广东测区和咸宁测区DLG 各一副，比例尺为1：1000，生产期限是实习结束之前。
③技术路线使用全数字摄影测量工作站生产, 采用的软件程序为VirtuoZoEdu
④依照的技术规范与标准：1：1000 的图廓整饰
⑤生产流程框图：如图3.3.1 所示

2）实施过程
①主要步骤
新建一个测图文件，设置图廓范围，载入立体模型，熟悉工作窗口内的各种工具，测绘地物，最后进行地物编辑。测绘的具体步骤是：输入地物属性码→进入量测状态→根据需要选择线型或辅助测图功能→对地物进行量测。生成的广东测区和咸宁测区DLG 分别如3.3.2 和3.3.3 所示。

图3.3.2 广东测区练习数据生成DLG

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图3.3.3 咸宁测区数据生成DLG
②主要问题与解决方法
a. DLG 的绘制最难的部分是等高线绘制，一方面是对立体观测能力的考验，另一方面要不受房屋和
树木的干扰，需要在不断尝试中积累经验，力求既精确又美观。
b. 高低房屋边角贴合要使用咬合工具，选中最近点，适当调节识别精度。
c. 打高程点时注意要严格贴准地面，高程尽量在上下两条等高线之间，道路交叉点等地区。
3）质量分析
①质量控制方法
采用数字摄影测量生产DLG，除进行上述参数文件、定向和匹配结果的检查之外，重点要进行以下内容的检查：第一：要素采集是否正确，是否有漏绘或重复；第二：分层、要素分类及属性结构是否正确，属性值是否准确无误；第三：检查接边是否正确，接边精度是否达到要求等。
②产品质量分析
根据测绘员老师检查指出，我的DLG 等高线、高程点较贴合，地物也都绘画的比较完整部分小区域不够精确。
基于MAPGIS系统的DRG生产流程
DRG是各种比例尺的地形图经扫描、几何纠正及色彩校正后，形成的在内容、几何精度和色彩上与原图保持一致的栅格数据文件。MAPGIS系统根据DRG数据生产的特点提供了高精度的几何校正算法，完善的质量检查功能，便捷的操作和有效的数据共享方法，有效地解决了高精度DRG数据生产的问题。
基于MAPGIS系统的DRG生产流程如下：
1.图幅生成控制点。
该选项利用用户设置的标准图幅信息，自动计算公里格网交点作为控制点。选取主界面菜单->镶嵌融合->DRG生产->图幅生成控制点，弹出下图所示对话框：
在生成图幅控制点前，需要先设置图幅信息，指定内图廓点，其步骤如下：
1)设置图幅信息，点击输入图幅信息，弹出下图所示对话框:
参数说明：
图幅号：地图的标准图幅号，如I-46-131，I-50-99-(37)等。
格网间距：标准图幅的格网间距,其值应与校正图的格网间距保持一致。注意如果该值输入0,则在逐格网校正时会出现错误。
坐标系：地图采用的坐标系统，系统提供54坐标系和80坐标系进行选择。
采用大地坐标：生成的标准图幅是否采用大地坐标,若选择,则采用大地坐标(单位:米),否则采用图幅坐标。
2)设置生成图幅控制点信息,其对话框如下所示:
参数说明：图幅坐标：通过在影像上选择图幅坐标点,定位内图廓点。
最小间隔：生成控制点时舍弃控制点的最小间距，在生成控制点时，在地图边缘部分可能出现两点相距很近的情况，会影响修正时的判断，通过设置最小间隔即可使得在生成控制点时，对小于该距离的两个点按一定规则舍弃其中的一个。
选择四个内图廓点计算：生成控制点时是否采用四个点定位,若选上则为四点定位,否则为两点定位,两点定位的精度相对较差,不推荐使用。
3)定位内图廓点。
利用放大，缩小，移动等基本操作在图像上确定四个内图廓点的位置。以定位左上角的内图廓点为例：
利用放大，缩小，移动等操作找到左上角的内图廓点的精确位置后，点击上图对话框中的左上角按钮，然后再点击图像上左上角的内图廓点即完成该点的设置。
完成参数设置和内图廓点信息的输入后，点击生成GCP，将自动计算出控制点的理论坐标，并根据理论坐标反算出控制点的图像坐标。
2.顺序修改控制点。
图幅生成控制点中缺省生成的控制点的图像坐标是根据相应的公里格网交点理论坐标反算出的图像坐标，但由于原始图像存在一定的扭曲变形，因此该值和原图上对应的公里格网交点的坐标值并不一定相同，这就需要对点位进行修正。利用顺序修改控制点可依次修改原图上的所有控制点，相对于单个更新控制点的方法，具有更高的效率及精度。
顺序修改控制点提供了两种操作方法:
1)选取主界面菜单->镶嵌配准->DRG生产->顺序修改控制点,则弹出控制点修改窗口,如下图所示:
窗口中显示有当前修改的控制点的点号,用户通过点击鼠标左键可改变该点的位置,当对当前点的位置确认时按下空格键即可，同时窗口中自动显示下一点；若当前点的精确位置难以确定，可通过按ESC键选择放弃，窗口中将自动显示下一点，而对于放弃的点将不参加校正处理。注意通过此方法操作时,始终是从第一个点开始修改。
2)在控制点信息显示栏中,点击鼠标右键，在右键菜单中选择顺序修改控制点,则从控制点信息栏中当前选择的控制点开始修改。利用该方法可以从原始图的任意控制点开始进行顺序修改。
在顺序修改控制点过程中,可随时中止当前修改。方法是: 在控制点修改窗口外点击右键,消去该窗口,然后选取主界面菜单->镶嵌配准->保存控制点数据，则当前已修改的数据得到保存,下次修改时从未修改过的点开始操作即可。
控制点修改的具体操作过程可参照镶嵌融合一节中控制点编辑部分中的更新控制点。
3.逐格网校正。
选取主界面菜单->镶嵌配准->DRG生产->逐格网校正，弹出文件对话框,输入结果影像文件名后，将弹出如图所示影像校正对话框:
参数说明：
影像范围：校正影像的逻辑坐标范围。
输出分辨率：缺省显示为当前影像数据的原始分辨率,可根据实际输出要求进行修改,其值将影响校正影像。
影像外廓：该值为校正时相对内图廓的外扩距离，单位与图幅坐标一致。通过设置外廓距离，可以使得图幅内廓边界以外的一定距离内的影像不会在影像校正过程中发生变形。
注意: 采用逐格网校正法生产DRG数据时，对于一些索引影像，其中类似等高线的部分可能在校正后出现断裂的情况，此时将索引影像转换成RGB影像处理便可消除。
二.DRG生产质量评估。
为了使得用户能对校正生成的DRG质量进行评估，系统提供了相应的DRG质量评估功能，包括对原始图质量评估的图幅质量评价，对校正生成的DRG的质量评估以及标准图框套合检查。
1.原始图质量评估。
该项是对DRG生产的原始数据进行质量评价，主要反映的是原始图是否有折皱，扫描时是否置平等。若原始图质量不好，则校正出的DRG肯定会受到一定的影响。
要对原始图进行质量评价，首先需要完成顺序修改控制点，当所有的控制点修改完毕后，选取主界面菜单->镶嵌配准->DRG生产->生成图幅质量文件,系统将生成与当前文件同名的质量检查文件,该文件中的数值反映了原始地图影像的质量情况，其文件格式如下：
图像纠正前：
最大残差：第475号点，残差7.064406
中误差：2.884690
其中的中误差值反映了原始图的整体质量，数值越大则质量越差；最大残差值反映了原始图中偏差最大的控制点的点号及偏差值。
2.校正图质量评估。
该项用来检查校正生成的DRG数据的质量。进行完逐格网校正后，打开校正生成的新影像文件，选取主界面菜单->DRG生产->镶嵌配准->生成质量评估文件，弹出下图所示对话框：首先输入图幅信息，然后按照图幅生成控制点部分中添加内图廓点的方法定位影像的四个内图廓点，点击生成质量报告即可生成对反映影像校正情况的质量评估文件，其文件格式如下：图像纠正后：
中误差：3.076610
图廓边长及对角线尺寸检查(单位：米)：
上边Δa=1.965236
下边Δb=2.042295
左边Δc=2.561805
右边Δd=-4.991234
对角Δe=1.655182
对角Δf=0.068367
其中的中误差值反映了校正后影像的整体质量，图廓边长及对角线尺寸检查则是通过对图幅图廊边长的检测值与理论值进行比较,检验图廊边长、对角线各条边长是否符合精度要求，差值在计算时均已转换为实际大地坐标，单位为米。
3.图框套合检查。
在检查校正生成的DRG数据质量时，还可以用生成的理论格网与校正图上公里网进行套合比较的方法检验公里格网精度是否在规定的限差之内。
进行图框套合检查时，首先打开校正生成的DRG数据，选取主界面菜单->镶嵌融合->打开参照文件->自动生成图框，弹出下图所示对话框：
参数说明：
图幅号：地图的标准图幅号。
格网间距：图幅的格网间距,其值应与原图的格网间距保持一致,如输入值为0,则可能在逐格网校正时弹出错误信息。
坐标系：地图采用的坐标系统，系统提供54坐标系和80坐标系进行选择。
采用大地坐标：生成的标准图幅是否采用大地坐标,若选择,则采用大地坐标(单位:米),否则采用图幅坐标。
设置完相关参数，点击确定后将相继弹出一系列标准图框信息设置对话框，一般情况下对这些对话框中的信息设置使用默认值即可。进行完相关操作后，系统将自动在校正显示窗口中显示标准图框，这时选择主界面菜单->镶嵌融合->校正预览，则可在校正显示窗口中预览校正生成的DRG数据与标准图框套合的情况，通过检查其套合情况可以来判断校正生成的DRG数据的质量。
三.数据输出。
对校正好的影像还需对其进行图廓整饰的工作，为了保证影像数据在其它软件中进行整饰时不会丢掉空间信息，系统提供了空间信息输出的功能，利用其生成的空间信息文件可以恢复影像数据的空间信息。
输出数据时，可选取主界面菜单->镶嵌融合->DRG生产->输出Tiff及信息文件,弹出如下所示对话框:
参数说明：
信息头文件:输出的空间信息头文件，缺省为与输出影像同目录下的同名信息头文件。
TIFF文件名: 输出的TIFF文件名，缺省为与输出影像同目录下的同名TIFF文件。
输出分辨率: 输出TIFF文件的分辨率，缺省为影像输入时的分辨率。
设置相关参数后，点击确定将生成TIFF文件和空间信息文件。
输入数据时，选取主界面菜单->镶嵌融合->DRG生产->输入Tiff信息文件，

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