4D産品

4D産品

時間和空間相結合的技術成果
随着測繪技術和計算機技術的結合與不斷發展,地圖不再局限于以往的模式,現代數字地圖主要由DOM(數字正射影像圖)、DEM(數字高程模型)、DRG(數字栅格地圖)、DLG(數字線劃地圖)以及複合模式組成。[1]
  • 中文名:4D
  • 外文名:4D film

簡介

DOM (數字正射影像圖)

利用航空相片、遙感影像,經象元糾正,按圖幅範圍裁切生成的影像數據。 它的信息豐富直觀,具有良好的可判讀性和可量測性,從中可直接提取自然地理和社會經濟信息。

DEM (數字高程模型)

數字高程模型是以高程表達地面起伏形态的數字集合。可制作透視圖、斷面圖,進行工程土石方計算、表面覆蓋面積統計,用于與高程有關的地貌形态分析、通視條件分析、洪水淹沒區分析。

DRG (數字栅格地圖)

數字栅格地圖是紙制地形圖的栅格形式的數字化産品。 可作為背景與其他空間信息相關,用于數據采集、評價與更新,與DOM、DEM集成派生出新的可視信息。

DLG (數字線劃地圖)

現有地形圖上基礎地理要素分層存儲的矢量數據集。數字線劃圖既包括空間信息也包括屬性信息,可用于建設規劃、資源管理、投資環境分析等各個方面以及作為人口、資源、環境、交通、治安等各專業信息系統的空間定位基礎。

采集方法

數字高程模型

(DEM)

數字高程模型的數據采集通常包括以下幾種方法:

地面測量

利用自動記錄的測距經緯儀(常用電子速測經緯儀或全速經緯儀)的野外實測。這種速測經緯儀一般都有微處理器,可以自動記錄和顯示有關數據,還能進行多種測站上的計算工作。其記錄的數據可以通過串行通訊,輸入計算機中進行處理。

現有地圖數字化

利用數字化儀對已有地圖上的信息(如等高線)進行數字化的方法,目前常用字數字化儀有手扶跟蹤數字化儀和掃描數字化。

空間傳感器

利用全球定位系統GPS,結合雷達和激光測高儀等進行數據采集。早在2000年,美國“奮進”号航天飛機在結束了9天的繞地飛行後,采用星載成像雷達和合成孔徑雷達等高新技術,采集了地球上人類所能正常活動地區(約占地表總面積的80%)的地面高程信息,經處理可制成數字高程模型和三維地形圖。此次計劃所取得的測繪成果,覆蓋面大、精度高、有統一的基準,不但在民用方面應用廣泛,而且在導彈發射、戰場管理、後勤規劃等軍事活動中具有重要價值,因此引起了各國軍界和傳媒的廣泛關注。

數字攝影測量方法

這是DEM數據采集最常用最有效的方法之一。利用附有的自動記錄裝置(接口)的立體測圖儀或立體坐标儀、解析測圖儀及數字攝影系統,進行人工、半自動或全自動的量測來獲取數據。

LIDAR +CCD相機

LIDAR也叫機載激光雷達,是一種安裝在飛機上的機載激光探測和測距系統,是由GPS(全球衛星定位系統)、INS(慣性導航系統)和激光測距三大技術的集成應用系統。如加拿大OPTECH公司生産的ALTM3100系統和德國 IGI公司生産的LiteMapper5600系統,ALTM3100和LiteMapper5600機載激光掃描遙感系統同時還集成了CCD相機,它與激光探測與測距系統協同作業,同步紀錄探測點位的影像信息,因此它可直接獲取一個地區高精度的數字高程模型(DEM)、數字地表模型(DTM)、數字正射影像圖(DOM), 由于這種方法可以直接獲取高精度的正射影像數據,免去了影像處理的環節,它的成果可以廣泛應用于城市測繪、規劃、林業、交通、電力、災害等部門。

數字栅格地圖

(DRG)

數字栅格地圖是通過一張紙質或其他質地的模拟地形圖,由掃描儀掃描生成一維陣列影像,同時對每一系統的灰度(或分色)進行量化,再經二值處理、圖形定向、幾何校正即形成一幅數字栅格地圖,需要經過以下幾個步驟:

(1)圖形掃描:采用掃描分辨率不低于500dpi的單色或彩色掃描儀掃描。

(2)圖幅定向:将栅格圖幅由掃描儀人材變換為高斯投影平面直角坐标。

(3)幾何校正:消除圖底及掃描産生的幾何畸變。可以采用相關軟件對栅格圖像的畸變進行糾正,糾正時要按公裡格網進行,通過仿射變換及雙線性變換,實現圖幅糾正。

(4)色彩糾正:用PHOTOSHOP等軟件進行栅格圖編輯轟動單色圖按要素人工設色,對彩色圖作色彩校正,為使色彩統一,應按規定的RGB比例選擇所用的幾種色調。

數字正射影圖

(DOM)

數字正射影像圖是利用數字高程模型(DEM)對經掃描處理的數字化航空像片或高空采集的衛星影像數據,逐像元進行投影差改正、鑲嵌,按國家基本比例尺地形圖圖幅範圍剪裁生成的數字正射影數據集。

對于航空像片,利用全數字攝影系統,恢複航攝時的攝影姿态,建立立體模型,在系統中對DEM進行檢測、編輯和生成,最後制作出精度較高的DOM。

對于衛星影像數據,可利用已有DEM數據,通過單片數字微分糾正生成DOM數據。

數字線劃地圖

(DLG)

數字線劃地圖是基礎地理信息系統的核心數字産品,它采集方法很多,主要包括以下幾個方面:

(1)平闆儀測量:平闆儀測量采集的是非數字産品,它最終生成的成果是紙質或薄膜地圖。它要生成DLG還需要經過内業數字化、編輯處理。目前,平闆儀測量已經不是GIS野外數據采集的主要手段,它正逐漸被全野外數字測量所取代。

(2)全野外數字測量:利用電子手簿、便攜機或掌上電腦與全站儀相連,測量結果直接以數字形式存儲,不需要經過内業數字化處理。

(3)GPS測量:采用實時動态GPS測量系統,用兩台或更多台GPS接收機來協同工作,将一台接收機作為基站,放在已知點上,其他接收機對空間目标測量,采集的數據存放便攜電腦或掌上電腦中。

(4)地圖數字化:地圖數字化有兩種作業方式:手扶跟蹤數字化和掃描矢量化。手扶跟蹤數字化是使用數字化儀進行地圖數字化,掃描矢量化是通過專用軟件對掃描處理後的數字栅格地圖進行屏幕跟蹤矢量化。

(5)攝影測量:攝影測量經曆了模拟攝影測量和解析攝影測量階段,随着計算機技術及其應用的發展以及數字圖像處理、模式識别、計算機視覺等學科的發展,現已進入數字攝影測量階段。長期以來,攝影測量在基本比例圖生産中占據着非常重要的位置,特别是發展到今天的數字攝影量階段,攝影測量以其高效快速、生成數據産品齊全而發揮着着其他測量手段無法比拟的作用。

表示方法

數字高程模型(DEM)

數學方法

用數學方法來表達,可以采用整體拟合方法即根據區域所有的高程點數據,用傅立葉級數和高次多項式拟合地面高程曲面。也是用局部拟合方法,将地表複雜表面正方形規則區域或面積大緻相關的不規則區域,根據有限個點拟合形成高程曲面。

圖形方法

線模式

等高線是表示地形最常見的形式。其他的地形特征線也是表達地面高程的重要信息源,如山脊線、谷底線、海線及坡度變換線等。

點模式

用離散采樣數據點建立DEM是常用的方法之一。數據采樣可以按規則格網采樣,可以是密度一緻的或不一緻的;可以是不規則采樣,如不規則三角網、鄰近網模型等;也可以有選擇性采樣,采集山峰、窪坑、隘口、邊界等重要特征點。

數字栅格地圖(DRG)

數字栅格地圖的表示方法一般用數學矩陣表示,以簡單的文件格式存儲在計算機中。栅格地圖每一位置點應矩陣中的一個元素,栅格地圖的最終産品以LZW壓縮存儲。

數字正射影像圖(DOM)

DOM是利用數字化的航空像片影像或數字遙感影像,經幾何改正和鑲嵌,按一定圖幅範圍生成的數字正射影像集。DOM包含三個數據層:注記層、格網修飾層、正射影像數據層,其中前兩層為矢量數據、最後一層為栅格數據。正射影像地圖使用的是一中矢量——栅格混合數據模型表示,這使得它既具有矢量格式數據的高精可量測特征,又具有景仰數據直觀、信息豐富等特征。

數字線劃地圖(DLG)

數字線劃地圖采用矢量模型表示,矢量模型有兩種:面片(Spaghetti)數據模型和拓撲數據模型。

面片模型中點用空間坐标(x,y,z)表示,線用組空間坐标表示,而面有由封閉的線(即多邊形)來表示。矢量數據的屬性信息在計算機中利用附加不同的編碼來區分在表現号來描繪;面可以用不同圖案、不同顔色來表示。

在拓撲模型中,多邊形的被分割成一系列的弧和節點,節點、弧及多邊形之間空間關系在屬性表中定義。各種空間要素的拓撲關系包括點—點、點—線、點—面、線—線、線—面、面—面等多種形式。

GIS應用

DEM的應用,在于通過計算機采用一定的算法,能夠很方便地将DEM數據轉換為等高線、透視圖、斷面圖、坡度圖以及專題圖等各種釁解産品,或者按照用戶的需求計算出體積、空間距離、表面覆蓋面積等工程數據和統計數據以及進行通視分析、域特征地貌與地形自動分割等。

DRG可作為背景用于數據參照或修測其他地理相關信息,用于數字線劃地圖(DLG)的數據采集、評價和更新,還可與數字高程模型(DEM)、數字正射影像圖(DOM)等數據信息集成使用,派生出新的可視信息,從而提取、更新地圖數據,繪制紙質地圖。

DOM具有精度高、信息豐富、直觀真實等優點,可用作為背景控制信息,評價其他數據的精度、現實性和完整性;可從中撮自然資源和社會發展信息,為防止災害和公共設施建設規劃等提供可靠依據;還可從中提取和派生新的信息,實現地圖的修測更新。在城市測繪領域,DOM被廣泛應用于城市規劃設計、交通規劃設計、城市綠化覆蓋率調查、城市建成區發展調查、風景名勝區規劃、城市發展與生态環境調查與可持續發展研究等諸多方面,取得了顯著的社會與經濟效益。

DLG滿足地理信息系統進行各種空間分析要求,視為帶有智能的數據。可随機地進行數據選取和顯示,與其他幾種産品疊加,便于分析、決策。

4D産品構成了地理信息系統的基礎數據框架,是其他信息空間載體,用戶可依據自身的要求,選擇适合自己的基礎數據産品,研制各種專題地理信息系統。如在電力管理信息系統中引入适當的GIS系統,可以為電力管理提供行之有效的輔助決策方法;地理信息系統應用于地名數據庫管理,提高人們對城市的監控能力;地理信息系統應用于房地産管理,将空間數據與大量的非空間數據(屬性數據)結合起來,為維護主地産市場正常、高效運行發揮重要作用;地理信息系統應用于規劃管理,提高辦事效率,而且利用矢量數據(DLG)與栅格數據(DOM)相結合,使GIS的信息表達更加豐富,形象生動,而且為系統交通、管線、通信、銀行、土地等部門。

随着國家将基礎測繪列入國民經濟和社會發展計劃,全國許多省市政府把基礎地理數據産品建設作為省級基礎測繪的重點,目前,全國1:5萬基礎地理數據的更新和建庫已經完成,1:1萬基礎地理數據的更新和建庫正在建設中。

做為城市測繪部門,在不斷完善大比例尺基礎地理數據産品的更新和建庫,建立一個良性數據更新,維護體系的同時,應建立基于中小比例尺數字産品的基礎地理産品庫,并在此基礎上做深層次的開發應用,最終納入到基礎地理信息系統的管理中。目前數字城市作為城市建設的一個熱點,已得到各級政府的廣泛重視,有些地區已進入前期的實施階段,基礎地理信息數據庫作為數字城市的基礎框架,在數字城市的建設中發揮着重要作用。

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