Inpho在实景三维中国地形建模中的应用

1.高精度地形模型生产及技术路线

1.1建设内容 

地形级实景三维建设，构建地形级地理场景、基础地理实体，获取其他实体、物联感知数据，组装生成地形级实景三维产品，用于三维可视化与空间量算，服务宏观规划。实景三维中国建设按照统一的时空基准进行数据获取与处理、建库与服务。

1.2高精度数字表面/高程模型生产 

      利用inpho区域网平差精确求解的影像成像模型参数构建立体几何模型，采用密集匹配算法获取高精度的表达地表起伏形态的三维点数据集。根据自动匹配后的结果，人工检查和编辑因云、雾和大面积水域等造成的匹配异常区域，对于本次提供的影像无法替换异常匹配的区域，利用收集的全球12.5米DEM进行替换；对编辑成果进行镶嵌分幅，成果接边处理，生成分幅数字地表模型成果。

图1  卫片数字表面模型生产技术路线

2. 基于卫片的地形级建模项目生产

2.1 资料收集与分析

 资料收集包括卫星影像、检查点、DEM数据与EGM2008模型。

u影像资料：本次测试采用影像数据共包含3种卫星传感器类型，具体数据情况为：

40个高分7号卫星影像立体像对，共80景影像，全色影像分辨率约为0.7m。

12个北京3号卫星影像立体像对，共24景影像。全色影像分辨率约为0.5m。

50个worldview3卫星影像立体像对，共100景影像。全色影像分辨率约为0.5m。

u检查点：为加密过程中的连接点，通过适当的取舍后可以用于DSM精度检测。

uDEM：全球12.5米的DEM数据，可以用于修补大面积云雪覆盖、冰川、缺少立体像对等无法匹配得到DSM的区域。

uEGM2008：地球重力场模型Earth Gravitational Model 2008，2.5′×2.5′格网，用于改正全球12.5米的DEM数据。

2.2 数据生产流程

先基于全色立体像对影像进行空三加密，对空三结果进行质检分析，确保空三成果满足精度要求。然后确定匹配策略，进行DSM和DTM提取，对匹配的DSM/DTM进行质检和编辑，最后生成需要的高精度地形模型成果。

2.3 工程创建

进入inpho 主模块或卫星模块，选择卫星传感器进行工程创建，选择坐标系信息，选择卫星影像的传感器类型，导入对应的RPC影像数据，建立测区场景，对工程创建进行检查，最后保存。

图2 卫片工程创建

2.4空三加密

选择菜单栏“地理参照”里的“Match-AT卫星三角测量”选项。进入空三测量界面，有控制点的情况下点击工具栏“测量”工具，对选择的每一个像控点进行控制点量测，然后点击保存，之后选择对应连接点提取等级进行空三加密。检查提取后的连接点，对于标准差过大连接点进行调整或删除，再次进行RPC优化处理。

图3  卫片空三加密

2.5数字表面/高程模型生产

      数字表面模型生产是利用区域网平差精确求解的遥感影像成像模型参数构建立体几何模型，采用密集匹配算法获取高精度的表达地表起伏形态的三维点数据集；根据自动匹配后的结果，人工检查和编辑因雪、云、雾和大面积水域等造成的匹配异常区域，对于无法替换的匹配的区域，利用改正为大地高的12.5米SRTM数据进行替换；对编辑成果进行镶嵌分幅，成果接边处理，生成分幅数字表面模型成果。

图4  数字表面模型生产技术流程

2.5.1 数字表面模型DSM自动提取

     启动Inpho Match-T DSM模块，根据事先分析的工程中的地形地貌（山地、平地、起伏、极端），选择相应的提取策略，进行数字表面模型DSM提取。

图5 Inpho数字表面模型自动提取

2.5.2数字表面模型DSM编辑

对已创建好的数字表面模型通过Inpho  DTMaster模块或DTM工具包或SCOP++进行DSM质量检查与编辑。

? 粗差剔除

      DSM成果编辑主要消除自动匹配出现的错误区域，保证编辑后的DSM地貌趋势表达与立体套合，地貌晕渲状态正常。Inpho中可以采用平面和立体相结合的方式进行DSM编辑，在平面模式下，利用正射影像，将DSM以等高线的方式进行叠加显示，能够快速发现匹配的粗差区域，并对粗差进行编辑。对于通过影像不能确定是否是粗差的区域能够快速切换至立体模式下核实编辑，采用此方式编辑效率高、编辑一遍后漏编、错编的少，整体质量能很好控制。

（a）

（b）

图6  Inpho DTMaster编辑（图（a）为二维平面环境，图（b）为三维立体环境）

? 水域处理

     处理大面积水域时，借助水面矢量范围，对DSM进行置平操作。

图7水域处理前后效果对比（图（a）为处理前效果，图（b）为处理后效果）

? 云雪、漏洞替换

小面积的云雪覆盖在Inpho DTMaster中通过局部内插、拟合等编辑达到较好效果的，直接编辑处理。

对于大面积云及云影，通过将地球重力场模型EGM2008数据和全球12.5米DEM进行运算，对12.5米的DEM数据进行高程改正，得到基于WGS84椭球的大地高程DEM数据，并对接边处进行平滑过渡。

2.6 成果创建

对采用不同卫星传感器进行DSM提取，其局部截图如下。

（1）高分7号卫星数据

（2）北京3号卫星数据

（3）worldview 3号卫星数据 

4. 总结

      Inpho软件在实景三维中国建设中能实现高精度地形级建模的生产，产品成果质量符合项目规范要求。

（1）生产流程方面

      在整个实景三维中国地形级建模生产流程中，Inpho软件满足数字表面模型DSM的生产与编辑，分布式集群运算处理速度快、自动化程度高，不需太多第三方软件介入。

（2）模型匹配质量方面

     针对卫星影像（如北京3号、高分7号、worldview3、GeoEye等），Inpho软件提供基于多种地形地貌（山地、平地、起伏等）的匹配策略。无论是山地区域、平地区域，或地形起伏区域，Inpho均能准确进行地形描述，道路等特征地物均能匹配清晰，对房屋、独立树木等表现的更加锐利，同时在噪声处理上，Inpho匹配的DSM噪声极少。

（3）模型编辑方面

 Inpho软件可采用DTM Toolkit进行点云数据的分类处理，DTMaster是一个强大的DSM编辑模块，可进行快速而准确的地形编辑，支持二维和三维模式下的编辑工作，拥有极好的平面或立体显示效果，具备可视化数据检查与浏览。