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数字摄影测量在GIS数据更新中的应用

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2018-05-21

  前言:地理信息系统GIS的广泛应用,使GIS数据的准确性和现势性问题凸显出来。数据更新的速度远远落后于我国经济建设发展的速度,因此无法满足交通、水利、运输、城市规划等发展的需要。全面推进数字摄影测量在GIS数据更新中的应用是摆在面前的现实性问题,及时、快速、高效地更新成为影响GIS发展的重要因素。利用全数字摄影测量方法进行数据更新方法的实验和研究,为今后的数据更新任务打下了较好的基础。

  一、GIS概述

  GIS 数据更新是数字摄影测量发展的一个重要方向。近年来,随着摄影测量和遥感的发展,空间信息数据的处理更加简单、方便、即时。数字摄影测量不仅能够快速的获取数据,而且能够检测数据的变化,为GIS 数据动态更新提供支持。本文在就数字摄影测量在GIS 数据更新中的应用做了相关探讨。

  1、 GIS 数据更新的意义

  (1)我国GIS 经过20 多年的发展,已广泛运用于道路导航、出行查询、数字城市、资源调查、灾害监测、交通运输、农林牧业等几乎关系国计民生的所有领域。而这些应用的基础都是空间数据,GIS数据实时更新,有助于各个行业的可持续应用和发展。

  (2)GIS 数据更新可推动空间数据共享和空间数据标准化建设。目前GIS 的数据格式各异,信息共享难度大,解决多格式数据源集成是关键。而要实现多源数据集成,应建立及制定统一的空间数据格式规范,包括投影、拓扑关系、属性数据、数据字典,及栅格格式和矢量格式等不同的空间数据格式的转换标准。而GIS 数据更新可推动这些格式和标准的形成和建立。

  2、GIS 数据更新的主要内容

  (1)国家基础地理信息数据,国家基础地理信息数据包括全国范围多种比例尺的地貌、水系、居民地、交通、地名等基础地理信息,包括栅格地图数据库、矢量地形要素数据库、数字高程模型数据库、地名数据库、地形数据库等。

  (2)面向具体应用的地理信息数据,如道路导航需要的道路网数据、灾害监测和变化监测需要的影像数据、“数字城市”建设需要的高分辨率影像数据和三维模型数据等。

  (3)局部空间要素更新,由于GIS 数据有局部变化的特征,通过变化监测或者需求进行局部的空间要素或者空间数据更新保证数据的现势性。

  (4)新数据的添加,如高空间分辨率影像数据、高光谱分辨率影像数据、机载和地面Lidar 数据、干涉雷达数据等,并与已有GIS数据进行集成,融合。

  二、数字摄影测量的原理

  数字摄影测量是以数字影像为基础,用电子计算机进行分析和处理,确定被摄物体的形状、大小、空间位置及性质的技术。它具有全数字的特点,数字影像的获取方式有两种:一是由数字式遥感器在摄影时直接获取;二是通过对像片的数字化扫描获取;对已获取的数字影像进行预处理,使之适于判读与量测。然后在数字摄影测量中进行影像匹配和摄影测量处理,便可以得到各种数字成果。

  这些成果可以输出成图形、图像,也可以直接应用。数字摄影测量适用性很强,能处理航空像片、航天相片和近景摄影相片等各种资料,能为地图数据库的建立与更新提供数据,能用于制作数字地形模型、数字地球,是地理信息系统获取地面数据的重要手段之一。随着科学技术的不断进步,通过更加科学有效的数字摄影测量技术能够更加有效的应用于GIS的数据更新中。


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  三、数字摄影测量的现状和优势

  1、数字摄影测量时代的数据产品

  摄影测量发展到现在,已经经历模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量。数据产品也已经从模拟摄影测量和解析摄影测量阶段的测图数据(主要是线画图数据)发展到现在数字摄影测量时代的4D产品甚至更多。数字摄影测量的产品主要有:数字高程模型DEM、数字正射影像模型DOM、数字线画图DLG、数字栅格地图DRG 以及数字表面模型DSM 和结合DOM,DEM 所产生的三维地表模型,这些数据产品基本上都是GIS 空间数据的主要来源。

  2、数字摄影测量相对其他GIS 数据获取手段的优势

  目前来讲, 获取GIS 数据的手段主要有: 野外数据采集、地图数字化、摄影测量、遥感、机载雷达和激光扫描等。野外数据采集的手段主要包括平板测量、全站仪测量和GPS 测量。地图数字化有两种作业方式: 手扶跟踪数字化和地图扫描数字化。同野外数据获取相比,数字摄影测量具有经济成本低、成图周期短、效率高、工作量小的特点;地图数字化虽然也具有很高的效率,且成本低廉,但是地图数字化具有明显的滞后性,同其相比,数字摄影测量具有明显的现势性;同机载雷达相和激光扫描相比,数字摄影测量无论理论和技术都已经相当成熟。

  三、数字摄影测量在GIS数据更新中的应用

  1、建立GIS 空间数据的动态更新机制

  在当今,遥感和摄影测量相互融合的情况下,数字摄影测量和遥感作为不同时期相同的学科,能够相互结合为GIS 空间数据建立动态的更新机制。数字摄影测量不仅能够快速、大面积的对GIS数据进行更新,而且能够为GIS 数据更新提供变化监测支持。在不断的变化检测中建立GIS 数据的动态更新机制。

  2、数字摄影测量可以充分利用已有数据对GIS 数据更新

  在GIS 数据更新的过程,可充分利用已有的数据产品结合新数据去进行数据更新,比如,利用已有的控制点数据,比如对于单张航空影像来说,如果已知该地区的数字地面模型DEM,就可以直接利用该数字影像的内、外方位元素、影像数据与DEM直接生成该地区的正射影像图,不需作任何处理。

  3、数字摄影测量可以为GIS 新型数添加据提供理论和技术支持

  伴随着GIS、RS、GPS 的迅速发展,不同的应用对GIS 数据的要求不同。对GIS 数据的尺度、分辨率等要求不同。有时候需要对新老数据、不同尺度或分辨率的数据进行集成或融合,这就需要将不同的数据置于同一空间坐标系下,并进行一定的处理,以进行综合分析。传统的GIS 理论缺乏对遥感影像处理的一系列关键理论,比如:遥感影像的校正、复原、增强、滤波、分类等。而数字摄影测量能够为遥感影像的处理提供理论支持。在新数据的加入过程中,比如高空间分辨率遥感影像、Lidar 数据,我们可以通过其与已有的数据进行集成融合,来进行综合分析,以达到对数据的统计和比较利用。

  4、数字摄影测量可以对GIS 数据更新进行大面的成果检验

  GIS 数据更新的关键是将新数据与已有数据进行叠合,或者将新数据添加到已有数据系统库中。在处理过程中,不同比例尺数据的配准情况,新老数据的差异,不同空间尺度、分辨率和不同遥感传感器数据的融合情况都有可能出现一定的误差。这些都可以通过数字摄影测量进行检验和校正。

  结语:综上所述,随着遥感科学的迅速发展,数字摄影测量会在GIS 数据动态更新中扮演更重要的角色。GIS 数据更新的常态和动态机制、多源、多尺度数据的集成和融合、如何将新的高空间、高光谱、高辐射、Lidar 数据和已有的GIS 数据集成、融合、应用等都需要数字摄影测量理论和技术的支持。


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