变分辨率数字高程模型

2015/12/22 |编辑|

     随着立体相机分辨率的提高,探测车影像可以获得更高分辨率的影像,提供更多的科学目标的细节信息。但是由于近景摄影测量的方式,使得探测车获取影像的分辨率处处不同,近处地物分辨率较高,远处地物分辨率较低。

     传统的规则格网DEM把数字高程模型的覆盖区域分成规则排列的正方形格网,难以确定合适的格网大小即分辨率表达各种地形地貌特征,由于全局采用同一分辨率,使得采用较高分辨率时远处地形容易产生大量的冗余数据,而较低分辨率不利于表达近处地形特征,损失了地形的精度。

     不规则三角网TIN能较好地估计地貌特征点线,逼真表达复杂地形的起伏特征,并能克服地形起伏变化不大地区产生冗余数据的问题。TIN包含大量的数据,但由于数据量大,数据结构复杂,只适宜于小范围大比例尺高精度的地形建模。

     针对地形测量精度随着距离的增加而精度降低的特点,在测图误差分析的基础上实现了变分辨率的DEM生成,保持了近景摄影测量各距离处高程的最高精度,消除常规DEM存储的数据冗余、减少存储量。

     1.变分辨率DEM的坐标系

     变分辨率DEM模型的坐标系采取极坐标形式,如下图所示,以东方向为X,北方向为Y,建立东—北—天右手坐标系,测站点中心O,以平行于X方向为极坐标起始零方向,逆时针方向为角度正方向(角度范围为0~360度),远离测站点方向为极坐标径向R方向。径向方向采样点为非均匀,近处精度较高分布点较密,远处精度较低采样点较疏,自适应的间距减小了数据冗余,综合可得变分辨率数字高程模型可视为以测站点 为中心的半径逐渐增大的一系列扇形格网点。

变分辨率DEM示意图


     采用极坐标存储变分辨率的DEM,具有以下特性:

     (1) 极坐标可以保证近处DEM位置的高分辨率的同时,兼顾远处DEM点的采样,使采样达到平衡。

     (2) DEM近处的分辨率高而远处的分辨率低,保持总体精度的同时降低了DEM的存储量,有利于数据的有效存储和算法的实时性。

     2.变分辨率DEM的存储格式

     变分辨率DEM不同于常规的DEM,分辨率与距离相关。为了便于变分辨率DEM有效的使用,设计了变分辨率DEM的存储格式。将极坐标的距离方向视为列,其角度方向对应于行,结合起始的距离值和角度方向相关参数按如下格式进行存储(Liu et al., 2014):

左:平地;中:丘陵;右:山地


左:平地;中:丘陵;右:山地


     变分辨率DEM的数据格式说明如下:

     (1) 测站点的坐标为平差后像片的外方位线元素值,若有多张像片则取各外方位元素的均值;

     (2) 起始角度和径向起始值分别根据密集匹配点坐标与测站点坐标计算得到;

     (3) 径向变化率与最高精度的小数点位数相同;

     (4) 起始方向为图 1中X方向;

     (5) 不在密集匹配点构成的三角网区域内的点高程用NODATA_VALUE表示。


     3.变分辨率DEM与格网DEM对比实验

(a) cvrDEM, (b) (a)中红框区域的放大图, (c) 格网DEM (d) (c) 中红框区域的放大图(Liu et al., 2014)


(a) cvrDEM, (b) (a)中红框区域的放大图, (c) 格网DEM (d) (c) 中红框区域的放大图(Liu et al., 2014)


 

附相关文章:


Liu, Z., M. Peng, K. Di, 2014. A continuative variable resolution digital elevation model for ground-based photogrammetry, Computers & Geosciences,61(1):71-79. http://dx.doi.org/10.1016/j.cageo.2013.10.001