数字表面模型高程点的ArcGIS 提取方法-矿业114网 
首页 >> 文献频道 >> 矿业论文 >> 正文
数字表面模型高程点的ArcGIS 提取方法
2019-02-20
无人机航测快捷简便,容易得到海量数据。通过ArcGIS 软件中值提取至点功能,可 以实现数字表面模型的高程值快速提取,并通过修改文件格式在地形图绘制软件中实现地形图的 绘制。提出了一种基于ArcGIS 的数字表面模型高程点提取方法,并进行了实例验证和精度分析。 实例证明了该方法具有很好的测量精度。
Serial No. 597 January. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 597期 2019 年 1 月第 1 期 数字表面模型高程点的 ArcGIS 提取方法 张松浩ꢀ 吴长悦 华北理工大学矿业工程学院) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 无人机航测快捷简便,容易得到海量数据。 通过 ArcGIS 软件中值提取至点功能,可 以实现数字表面模型的高程值快速提取,并通过修改文件格式在地形图绘制软件中实现地形图的 绘制。 提出了一种基于 ArcGIS 的数字表面模型高程点提取方法,并进行了实例验证和精度分析。 实例证明了该方法具有很好的测量精度。 关键词ꢀ 航测ꢀ 数字表面模型ꢀ 高程ꢀ 值提取至点ꢀ 精度分析 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 01. 035 [ 6] ꢀ ꢀ 早期的数字地面模型(DTM) 是采用摄影的方 他软件的缺点和不足 。 由于 ArcGIS 操作简便,不 需要编程和二次开发,在设置上较简单,而且最主要 可以通过人工和自动相结合的方式进行高程值提 取,保证提取的高程值均为正确的点而不是分布在 建筑物、植被等上的点,并能较为准确地绘制地形 线,为数字成图软件绘制地形图做准备。 法测量地形数据,发展到现在,数字地面模型应用已 [ 1] 得到广泛的应用 。 利用点云提取 DTM 高程数据 是一种简单有效的方法,但由于地形的多样性和地 [ 2] 面物体的复杂性 ,点云原始数据不规律性导致自 动提取的高程点可能分布在建筑物以及植被上,若 自动生成点云覆盖在大片植被区其不连续性使得高 程点在植被和地面不均匀分布,此时进行高程值的 人工批量删减既增加工作量又必将影响实地地形, 不能准确绘制地形线。 如果测区范围较大,利用点 云提取数据成本较高。 1ꢀ 数字表面模型高程点提取 在软件中利用处理后的航测 DOM 和 DSM 数据 来提取高程点。 DOM 是在数字高程模型(DEM) 基 础上进行相应的定向操作,而定向操作可以分为内 定向、相对定向、绝对定向 3 种,然后再对相应的数 据信息进行正射纠正和影像镶嵌,经过检查形成 数字表面模型(DSM)具有丰富的高程信息,可 以通过精度较高的 DSM 数据,将现有基础地理信息 数据和 DSM 数据相结合,进而获取较为精确的高程 [ 7] DOM 成果 。 在 ArcMap 中 DSM 是以灰度值的形式表现的如 图 1,像素值数值越高地面点高程越高,而 DOM 以 RGB 形式表现如图 2,两者都包含高程信息但是 DSM 是在 DEM 基础上进一步涵盖了除地面以外的 建筑物、桥梁和树木等其他地表信息的高程,DSM 是最真实地表达地面起伏情况,所以在提取高程点 时要在 DSM 上提取点要素,以 DOM 图像为参考目 标。 [ 3] 信息 。 在 DSM 基础上提取高程值,由于地域限制 对于 其 应 用 有 限 且 需 通 过 二 次 开 发 接 口, 基 于 Google Earth 的高程信息提取,实现指定区域高程数 [ 4] 据提取 较为复杂。 ContextCapture 可以在 DSM 基 础上提取等高线,但是设置较多易于出错且价格非 常昂贵。 ArcGIS 作为目前最流行的地理信息系统平台 软件之一,主要用于创建和使用地图,编辑和管理地 理数据,分析、共享和显示地理信息,并在一系列应 [ 5] 用中使用地图和地理信息 ,其具有空间数据的编 辑和管理、制图表达及高级制图等功能可以弥补其 ꢀ ꢀ 张松浩(1992—),男,硕士研究生,063210 河北省唐山市曹妃甸 图 1ꢀ 数字表面模型 区唐山湾生态城渤海大道 21 号。 1 47 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 2 ꢀ 操作流程 将处理得到的 DSM 与 DOM 导入到软件,两者 均为 TIF 格式。 在高程值提取时,首先创建点要素, 在目录中选择合适位置新建 Shape 文件名称自定为 GCD,要素类型为点,完成后在图层位置会有点图层 出现。 然后在编辑器下开始编辑,选择编辑窗口下 的创建要素选项,然后选择已命名 GCD,构造工具 为点,完成点要素的创建。 此时可在数字正射影像 图上进行取点操作。 DEM 和 shape 点文件,名称分 别为 zunhua1130 _mosaic_group1. tif 和 GCD。 将两 者叠加后每个点会落在栅格数据的某个像元中。 在 完成矢量点采集后如图 3,停止并保存编辑内容,打 开 GCD 属性表其中为所有采集的矢量点。 因为要 提取的是矢量点的高程,所以要在属性表内添加 X、 Y 字段,在添加其字段时类型应选择双精度字段,属 性中精度不能少于 8,小数位数 4 位或 5 位均可,然 后通过计算几何选项计算出矢量点的 X 和 Y 坐标 如图 4。 图 2ꢀ 数字正射影像 需要注意的是,在进行图上取点时要将点要素 点在明确的裸露地表面上,要在居民区路或者建筑 物周边的地上取点,不可在野外的树木、林区、水面 等取点。 在高程变化较大的地区或山上时高程点的 采集位置、密度、分布和精度都直接影响着等高线成 果的质量。 高程点的采集位置应选择在山顶、鞍部、 谷地、道路交叉口等关键地貌特征处,尽量保证在每 个山顶采集高程点。 对于独立的山包、凹地采集时 要保证地形的完整性,必须在该类地形周围和中心 [ 8] 最高点或最低点采集高程点 ;高程点呈“品”字形 [ 9] 均匀分布,尽量多采集高程点 。 高程点从山底到 山顶要尽量均匀且呈环状,在较为平坦地区高程点 可较为稀松但要保证均匀。 尤为重要的是在植被密 集地区,进行高程点的人工提取时必须注意地性线 的提取。 图 3ꢀ 高程点采集 图 4ꢀ 所有点的 XY 坐标 ꢀ ꢀ 要从 DSM 中提取矢量点的高程值,需通过空间 的保存位置。 操作完成后,在软件中自动生成提取 点的图层,打开属性表即可看到所对应矢量点的高 程值。 如果航测面积较大,值提取至点的过程较长, 可图像分幅进行分块提取,如只需要提取一部分可 分析工具中提取分析的值提取至点功能。 在提取时 需注意,输入点要素为 GCD 名称的矢量点文件,输 入栅格为 DSM 不是 DOM。 输出点要素为本次输出 1 48 ꢀ ꢀ 张松浩ꢀ 吴长悦:数字表面模型高程点的 ArcGIS 提取方法ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 对图像进行裁剪。 操作流程如图 5。 证的检查点,也应尽量避免布设在如上描述位置。 3 ꢀ 精度评定 目前, 对 于 DSM 精 度 的 要 求 并 没 有 国 家 标 [ 10] 准 。 做 DSM/ DEM 相关的算法精度的研究,最终 的定量实验通常是需要比较不同方法生成的 DSM/ DEM 的精度,主要存在 2 种比较方式,一种是已知 一定数量的控制点,直接取得要对比的 DSM/ DEM 相应平面坐标位置的高程值,然后统计精度即可;另 外一种常见的精度评价方法,是以高精度的 DSM/ DEM 作为参考,评价待比较的 DSM/ DEM 的精度, 这时每个格网点都参与评价。 第二种比较方式没有 必要也似乎不太合理,因为尤其对于 DSM 而言,许 多点的位置并不可靠,比如树林区域的点、落水点、 道路上移动物体的点等等。 更可取的方式其实是人 工采集一些可靠的检查点,然后统计这些检查点的 精度作为待比较 DSM/ DEM 精度。 本次选取的为人 工采集的像控点作为实地高程检查点来验证精度, 对比数据如表 1。 测量时一般采用中误差来衡量测 量结果的精度,假设进行 n 次观测,对应误差为 Δ1 , 图 5ꢀ 操作流程 保存的高程点文件类型为 dbf 格式,如需展高 程点还需要对文件类型进行转换。 新建 Excel 文 件,打开时需选择打开类型为 dBase 的文件,然后选 择保存的 dbf 格式的高程值文件。 打开后需要修改 文件内容格式,删除第一行,对第一列进行编号,在 第一列与第二列之间插入空白一列。 完成之后另存 为 csv 格式文件,直接将 csv 后缀改为 dat。 在软件 中展高程点,通过获取的高程点进而构建 TIN 网,并 绘制等高线如图 6 所示,在绘制完等高线后即可根 据实地情况进行等高线的修饰和加工。 [ 11] : Δ2 ,…,Δn,则观测精度可用下式来表达 [ ΔΔ] , m + ± (1) n 1 2 2 式中,[ΔΔ] =Δ +Δ +…+Δn ;m 为观测值的中误差。 1 2 表 1ꢀ 高程对比及差值 m 提取 高程 实地 高程 提取 高程 实地 高程 点号 差值 点号 差值 1 2 3 4 5 6 7 77. 315 77. 247 0. 068 63. 142 63. 204 ꢁ0. 062 8 9 113. 952 115. 081 ꢁ1. 129 79. 220 79. 322 ꢁ0. 102 66. 296 66. 835 ꢁ0. 539 10 80. 878 80. 929 ꢁ0. 051 图 6ꢀ 等高线绘制 75. 604 75. 522 0. 082 61. 301 61. 286 0. 015 11 94. 006 93. 848 0. 158 12 71. 855 71. 690 0. 165 基于 ArcGIS 存在以下问题:目视提取高程点过 程中,针对林区、绿植覆盖密集等地区需要精确的人 工判读,由此可能会造成提取工作量变大。 在植被 茂盛的季节基于 ArcGIS 的高程点提取较为困难而 且不能保证数据质量,因此在春夏季节不能进行基 于 ArcGIS 的数字表面模型高程点提取。 在 DOM 上 山谷区呈现为阴影时,无法判断是否植被覆盖,不能 盲目选取高程点,此时需要人工实地堪选高程点。 进行高程点选取时需要 DOM 为辅助,为保证 提取的高程点的正确性应明确保证选取点为地面 点,应注意在居民区不应在能明显看出为房角、平台 角、楼梯角、花坛角等的位置选取高程点。 在山区树 干不易辨识树影为黑色容易辨识,所以不应在树影 及其延长位置选取高程点。 像控点若要作为精度验 72. 410 72. 531 ꢁ0. 121 13 61. 882 61. 871 0. 011 100. 560 100. 697 ꢁ 0. 137 ꢀ ꢀ 基本等高距按平地、丘陵地、山地、高山地分 4 类,分别对应图幅内绝大部分地面倾角 <3°、3° ~ 1 0°、10° ~ 25°、≥25°。 其类型对应的基本等高距依 比例尺如表 2。 表 2ꢀ 基本等高距 m 基本等高距 ∶500 1 ∶1 000 ∶2 000 平地 0. 5 丘陵 山地 高山地 1 1. 0(0. 5) 1. 0 1. 0 1. 0 2. 0 0. 5(1. 0) 1. 0 1. 0 1 1. 0(2. 0) 2. 0(2. 5) 2. 0(2. 5) ꢀ ꢀ 以 1 ∶ 500 作 为 测 图 比 例 尺, 1 / 3 等 高 距 约 # # 为 0. 17 m,由表 1 可知,除 3 、8 点外差值均小于 1 / 1 49 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 # 3 等高距;3 点位于乒乓球台东北角,在图中提取时 能节省大量人力物力缩短外业时间,还能在保证精 度的基础上快速完成外业任务。 而对于一些无法到 达或者地势险要地区,基于软件的高程提取比实地 高程点采集更易于实现地形的绘制。 不易确定位置,可能使得点位于球台上导致差距增 # # 大,8 点位于一坎西南角误差情况同 3 点。 在剔除 # # 3 、8 点以后根据中误差计算公式得出高程中误差 m 为 0. 102 m,满足 1 ∶500 比例尺测图精度要求。 种高程数据可生成折线统计图来粗略分析两 者的相关性如图 7 所示。 由图 7 可以看出实地高程 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 2 [ [ 1]ꢀ 杨赞华. 数字地面模型及其在路线设计中的应用[J]. 交通建 设与管理,2014(18):229-231. # # 值与提取高程值几乎重合,在 3 和 8 点高程差值较 大。 说明为明确保证选取点的高程正确性,不应在 能明显看出为房角、平台角、楼梯角、花坛角等的位 置选取高程点。 2]ꢀ 李瑞林,李ꢀ 涛. 一种从 LIDAR 点云数据中提取 DTM 的方法 [ J]. 铁道勘察,2007,33(5):53-54. [3]ꢀ 王ꢀ 莉,马ꢀ 红,周智勇,等. 基于高精度 DSM 的建筑物高程 信息提取[J]. 城市勘测,2014(3):10-13. [ [ [ [ 4]ꢀ 唐胜军,张立东,王少杰. 浅谈 Google 地球高程数据的提取 J]. 河南水利与南水北调,2012(8):105-106. [ 5]ꢀ 赵ꢀ 焱. 基于 ArcGIS 10. 0 的河道地形高程数据处理方法[J]. 电子制作,2015(S):72-73. 6]ꢀ 段建刚. 结合 ArcGIS 技术改进南方 CASS 功能[J]. 测绘与空 间地理信息,2015(10):104-105. 7]ꢀ 王光明,丛联宇. 无人机航空摄影测量在地形图测绘中的应用 [J]. 测绘与空间地理信息,2017(6):220-221. 图 7ꢀ 高程折线统计 — — — —实地高程;ꢁꢁꢁ—提取高程 [8]ꢀ 董北平,张之孔. 基于 GPSRTK 技术在 CASS 中自动生成等高 线的方法[J]. 地理空间信息,2014(1):108-109. 折线统计图表明两者高程值几乎完全重合,又 由差值小于 1 / 3 等高距,说明两者的吻合程度很高。 可以表明基于软件的高程值提取能保证等高线绘制 的测量任务较好地完成。 [ 9]ꢀ 哈长亮,王ꢀ 睿,梁ꢀ 金,等. 浅谈高山地区等高线采集特点与 经验[J]. 测绘与空间地理信息,2018(1):220-221. 10]ꢀ 张东林,郭慧宇,关ꢀ 雷,等. 基于资源三号卫星影像的数字 表面模型快速生产及精度分析[ J]. 测绘与空间地理信息, 2016,39(4):153-155. [ 4 ꢀ 结ꢀ 语 通过基于 ArcGIS 软件进行高程点值的提取可 [11]ꢀ 许元红,崔文刚,张玉彪,等. GPS 高程与光电测距三角高程 精度对比分析———以松桃县孟溪镇龙头山供水工程为例[J]. 贵州科学,2018(1):81-85. 以得出,相对于传统的高程测量,无人机低空航空测 量的优势逐渐显现出来。 基于软件的高程提取不仅 ( 收稿日期 2018-08-08ꢀ 责任编辑ꢀ 徐志宏) ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ( 上接第 135 页) 各浮选药剂的消耗仅占再磨再选 率 30% 氧化矿选别系统的强磁精矿指标是可行的。 (3)通过试验,在磨矿细度为ꢁ0. 074 mm 98% 、 磁场强度为 398. 09 kA/ m 的最佳条件下,强磁选再 磨再选可将铁品位为 17. 30% 的原矿铁品位提高至 34. 50% ,精矿铁回收率可达到 60. 26% 。 前的 26. 43% ;由此可见,强磁精矿再磨再选后不仅 对品位稳定及提高有了很大的帮助,也可在一定程 度上节省药剂用量,减少药剂浪费,降低选矿成本。 4 ꢀ 结ꢀ 语 ( 1)研山铁矿现阶段随着开采深度的增加矿石 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 性质正处于由表层赤铁矿到磁铁矿的过渡阶段,在 选别过程中由于磁性率的变化,强磁精矿性质发生 变化,强磁精矿大部分主要以贫连生体的状态存在, 影响浮选选别,进而影响金属回收率。 [ [ 1]ꢀ 魏焕民,赵振兴,刘桂林. 研山铁矿地表矿石细粒铁矿物回收 实践[J]. 现代矿业,2012(8):152-154 2]ꢀ 刘丽娜,韩秀丽,李志民,等. 司家营贫铁矿石工艺性质及优化 配矿试验研究[J]. 中国矿业,2014(3):114-117. ( 2)研山铁矿强磁精矿经再磨再选后可将强磁 [3]ꢀ 韩秀丽,姚俊元,张ꢀ 韩,等. 司家营二期铁矿石工艺性质[J]. 华北理工大学学报(自然科学版),2014(2):4-8. 精矿浮选品位由 29. 38% 提高至 63. 11% ,且可大幅 降低浮选药剂消耗,利用再磨再选提高现阶段磁性 ( 收稿日期 2018-12-02ꢀ 责任编辑ꢀ 袁风香) 1 50
  • 中矿传媒与您共建矿业文档分享平台下载改文章所需积分:  5
  • 现在注册会员立即赠送 10 积分


皖公网安备 34050402000107号