摘要：對(duì)控制點(diǎn)方法和無控制點(diǎn)方法生成DEM的差別和DEM接邊差的來源進(jìn)行了分析，比較了同一組航片數(shù)據(jù)的DEM接邊差的大小和精度，得出無控制表面匹配技術(shù)生成的DEM比轉(zhuǎn)刺控制點(diǎn)方法生成的DEM的接邊差精度高，為今后進(jìn)一步研究無控制方法生成的DEM的精度奠定了基礎(chǔ)。
　　關(guān)鍵詞：無控制點(diǎn)；DEM；接邊差
　　
　　1 引言
　　歷史航空影像資料往往是獲取偏遠(yuǎn)地區(qū)或危險(xiǎn)地區(qū)的詳細(xì)地形表面信息的唯一可用的歷史數(shù)據(jù)源。這些多時(shí)相的航空攝影像片資料，使得重建某個(gè)領(lǐng)域過去的地形變化成為可能。由于不能建立有效的控制點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制點(diǎn)絕對(duì)定向方法限制了對(duì)珍貴歷史航空影像資料的利用，以及攝影測量技術(shù)的自動(dòng)化和其應(yīng)用領(lǐng)域。新興發(fā)展的無控制表面匹配技術(shù)，直接利用參考DEM作為控制信息進(jìn)行絕對(duì)定向，不需要建立長期穩(wěn)定可靠的控制點(diǎn)，使得用不能建立有效控制點(diǎn)地區(qū)航空影像資料開展多時(shí)相DEM的地表差異探測等實(shí)際應(yīng)用成為可能。
　　無控制點(diǎn)方法生成的DEM因?yàn)闆]有足夠的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，不能按傳統(tǒng)方法得出DEM的精度。本文以成昆鐵路普雄工務(wù)段普歪溝泥石流區(qū)域?yàn)閷?shí)驗(yàn)區(qū)，收集了該地區(qū)的歷史航空像片，分別用傳統(tǒng)數(shù)字?jǐn)z影測量方法和無控制點(diǎn)方法生成DEM，分析了數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程的差別，并提出用DEM接邊差來衡量兩種方法生成的DEM的精度。試驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)無法建立穩(wěn)定可靠控制點(diǎn)的航片，采用無控制點(diǎn)表面匹配差異探測技術(shù)進(jìn)行DEM的絕對(duì)定向是一種有效的方法。
　　2 數(shù)字高程模型的生成
　　2.1 傳統(tǒng)方法DEM的生成
　　應(yīng)用數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)生成DEM的過程一般包括預(yù)處理、影像匹配、匹配結(jié)果編輯以及DEM生成等步驟。本文以數(shù)字?jǐn)z影測量工作站JX4-A為平臺(tái)，經(jīng)過內(nèi)定向、相對(duì)定向、絕對(duì)定向、等高線數(shù)據(jù)采集等過程，最終生成普歪溝的1987年和1957年的格網(wǎng)間距10m、比例尺為1：2000的DEM數(shù)據(jù)。由于試驗(yàn)區(qū)域歷史上的地面觀測資料缺乏，地面控制資料的收集較為困難，故歷史航片采取實(shí)地測量和轉(zhuǎn)刺相結(jié)合的辦法獲得航片控制點(diǎn)坐標(biāo)。轉(zhuǎn)刺控制點(diǎn)要考慮地形變化因素。通過實(shí)地考察普歪溝流域的泥石流侵蝕現(xiàn)狀，根據(jù)地形和當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候，選擇水土流失較小的位置，在1987年航片上選刺外控點(diǎn)。
　　2.2 無控制方法DEM的生成
　　相對(duì)定向建立起的立體模型，是相對(duì)于選取的某個(gè)坐標(biāo)系，坐標(biāo)系在地面坐標(biāo)系中的方位是未知的，比例尺也是任意的。確定立體模型在地面坐標(biāo)系中的方位和大小，要把模型坐標(biāo)變換為地面坐標(biāo)。這種坐標(biāo)系的變換稱之為模型的絕對(duì)定向。求解絕對(duì)定向的七個(gè)參數(shù)（即絕對(duì)定向元素），通常是需要一定數(shù)量的地面控制點(diǎn)。不通過地面控制點(diǎn)來求解絕對(duì)定向元素的方法，即無控制點(diǎn)方法絕對(duì)定向。
　　無控制點(diǎn)獲取外方位元素的例子一般有以下三種情況：一種是用其他方法獲得精確的控制數(shù)據(jù)代替控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，比如使用LIDAR數(shù)據(jù)作為控制信息或者研究利用控制線來代替控制點(diǎn)進(jìn)行航空影像的絕對(duì)定向；一種是用低精度的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行絕對(duì)定向，如用掃描現(xiàn)有地圖并數(shù)字化的方法獲取低精度的控制點(diǎn)坐標(biāo)或用理論上地形變化不明顯的容易辨認(rèn)的特征點(diǎn)代替地面控制點(diǎn)；一種是基于無控制DEM匹配算法直接解算兩個(gè)表面之間的七個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行達(dá)到絕對(duì)定向的目的。本文提到的無控制點(diǎn)方法絕對(duì)定向，指的是利用無控制匹配算法進(jìn)行立體模型的絕對(duì)定向。無控制點(diǎn)方法絕對(duì)定向的關(guān)鍵技術(shù)是無控制DEM匹配技術(shù)。
　　
　　3 DEM接邊差分析
　　3.1 DEM精度影響分析
　　無控制點(diǎn)絕對(duì)定向方法與控制點(diǎn)絕對(duì)定向方法生成DEM，最大的差別在于絕對(duì)定向的方法不同。因此，對(duì)同一組航片資料，兩種方法生成DEM的精度，影響最大的因素應(yīng)該是絕對(duì)定向。一個(gè)區(qū)域生成DEM可以是單個(gè)模型進(jìn)行，也可以由多個(gè)模型一起生成一個(gè)大范圍的整體DEMs。由單個(gè)模型生成大范圍的整體DEMs，需進(jìn)行DEM的拼接。這就要先建立起全區(qū)域每個(gè)模型的DEM，并且相鄰模型必須互相有一定范圍的重疊。由于隨機(jī)誤差、絕對(duì)定向誤差等諸多因素的影響，相鄰DEM重疊區(qū)域在兩個(gè)DEM上的高程值并不不一致，這就是接邊差。它是影響DEM質(zhì)量的一個(gè)重要因素。
　　根據(jù)航片的特點(diǎn)和生成DEM的整個(gè)工作流程來看，DEM接邊差的來源主要是以下四個(gè)方面：
　　航片質(zhì)量因素。相鄰航片反差過大或云影遮蓋。
　　絕對(duì)定向因素。絕對(duì)定向造成的相鄰像對(duì)的同名點(diǎn)點(diǎn)位誤差過大。
　　編輯因素。邊緣部分無法編輯，生成的DEM在邊緣部分會(huì)有局部變形。
　　重疊度因素。高差大的地區(qū)，DEM必須增大重疊度，否則像對(duì)之間拼接有漏洞。重疊度大也是造成大面積影像模糊和輕度重影現(xiàn)象的主要原因之一。
　　根據(jù)控制點(diǎn)方法和無控制點(diǎn)方法生成DEM的流程，可采用同一作業(yè)人員等方法來減小編輯因素對(duì)DEM接邊差的影響。因此，同一組航片，用控制點(diǎn)和用無控制點(diǎn)方法生成DEM，接邊差的最大來源是絕對(duì)定向因素。通過統(tǒng)計(jì)分析比較兩種方法生成DEM的接邊差，便可間接得出無控制點(diǎn)方法生成的DEM的精度相對(duì)于控制點(diǎn)方法生成的DEM的關(guān)系。
　　3.2 DEM接邊差試驗(yàn)
　　由轉(zhuǎn)刺控制點(diǎn)方法生成的DEM數(shù)據(jù)，存在7個(gè)大小不等的重疊區(qū)域。為了分析無控制點(diǎn)匹配方法對(duì)DEM接邊差的影響，對(duì)某一個(gè)重疊區(qū)域，取其中任意一個(gè)DEM作為基準(zhǔn)DEM，另一個(gè)DEM作為待匹配DEM，采用無控制點(diǎn)匹配方法匹配之后即可得到無控制點(diǎn)DEM。通過比較控制點(diǎn)和無控制DEM的接邊差，得到7組試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果顯示無控制點(diǎn)方法比控制點(diǎn)方法生成的DEM重疊區(qū)域同名點(diǎn)高程值較差均值大多有大幅減小，減小幅度為39.6%到90.5%；無控制點(diǎn)方法同名點(diǎn)高程值中誤差與前者相比較也有所減小，減小了5.4%到34.2%。從不同重疊區(qū)域的試驗(yàn)結(jié)果來，無控制點(diǎn)DEM的接邊差比控制點(diǎn)DEM的接邊差無論是均值還是中誤差均改善很多，前者接邊差均值接近于0，中誤差較后者減少了78.8%到94.9%。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明，采用控制點(diǎn)方法生成的DEM，經(jīng)無控制點(diǎn)方法匹配后，DEM接邊差的均值減少，精度提高。無控制點(diǎn)DEM比控制點(diǎn)DEM接邊差精度平均提高了35.9%，其中航向重疊區(qū)域接邊差精度平均提高了49.7%，旁向重疊區(qū)域接邊差精度平均提高了15.2%；當(dāng)控制點(diǎn)DEM的高程中誤差較大時(shí)，無控制點(diǎn)匹配方法生成的DEM，將大大地提高DEM接邊差的精度；無控制DEM的接邊差精度的提高與基準(zhǔn)DEM的精度有關(guān)，基準(zhǔn)DEM精度比待匹配立體模型的精度越高，無控制匹配得到的DEM接邊差精度提高得越顯著；對(duì)難以建立穩(wěn)定可靠控制點(diǎn)的歷史航片，可以通過無控制點(diǎn)表面匹配差異探測算法進(jìn)行DEM獨(dú)立模型的絕對(duì)定向和連接，提高整體DEMs的精度。
　　在數(shù)字?jǐn)z影測量方法生產(chǎn)DEM過程中，DEM接邊差的來源主要有航片質(zhì)量因素、絕對(duì)定向因素、編輯因素、重疊度因素四個(gè)因素。同一組航片，若分別用控制點(diǎn)方法生成DEM和用無控制點(diǎn)方法生成DEM，兩種方法生成的DEM的接邊差的最大來源是絕對(duì)定向因素。