无人机低空航拍生成等高线的方法与探讨
2019年12月16日 信息来源:贾英杰 目前浏览:532次


等高线一直对考古研究尤其是空间分布上有着重要的意义,近年来轻小型无人机航测越来越普及,通过无人机航拍获取数字表面模型,再从地表模型获取高程值信息,进而生成等高线逐渐成为最简单易行的方式,但南方地区地表多有植被覆盖,由数字表面模型直接生成的等高线往往过于复杂,不利于考古研究,本文介绍如何在无人机生成的数字表面模型基础上获取高程点,从而生成等高线。

一、 概念

等高线指的是地形图上高程相等的相邻各点所连成的闭合曲线。把地面上海拔高度相同的点连成的闭合曲线,并垂直投影到一个水平面上,并按比例缩绘在图纸上,就得到等高线。

等高线的大致可分两种生成方式:

1、由离散点生成等高线:其生成的等高线精度取决于离散点的密度,离散点可以通过实地实测或者网上下载高程获取,其中实地实测是最为精确的,但是却是最耗时,若是碰到山林等植被覆盖较大的区域,可能还要砍树测量,非常不便;而网上能免费下载的高程精度往往比较低,无法满足小区域范围的等高线生成,这种数据比较适合于很大范围的地形图分析(图一)。


图一  利用网上下载高程生成澧阳平原小范围的等高线


2、利用数字表面/高程模型由GIS软件直接生成等高线,由于无人机航测可获取区域内大量高程信息,此方法可以非常精确的生成等高线,但由于南方地区多有植被覆盖,地表高程较难获得,表面模型上包含大量地物信息,生成的等高线非常复杂,如图二:


 

图二  苗儿岗遗址直接由DSM生成等高线(等高距2米)


那么,在数字表面模型上提取地表裸露区域的高程点,再利用这些点生成的等高线,既满足精度要求,也基本不含地物信息。

二、方法步骤

1、 无人机低空拍摄

根据摄影测量的原理,在拍摄时应该遵循同航向相邻影像75%左右重叠率,以及相邻航向影像50%左右重叠率,采用航线扫描拍摄的模式拍摄照片,若需要高精度的测绘成果,则需要在地面上做好控制点,控制点应当均匀分布在测区内,或者精度无太大要求,则可以用飞机自带的GPS数据进行空三解算。


图三  无人机低空航拍遗址


2、 生成数字表面模型

利用photoscan,pix4d等软件将无人机拍摄的照片组建模,进行空三解算,这里以photoscan为例,在有控制点数据的条件下(或者照片的GPS数据),可以由软件生成数字表面模型DSM,可以看到表面模型上有明显的房屋和植被干扰(图四)。


图四  贺家岭遗址数字表面模型


3、 提取高程点

将DSM导入ARCGIS软件,同时拖入DOM,新建一个点文件,在没有植被及房屋覆盖的地面添加点,利用“值提取至点”的工具,提取DSM上的高程值,而被植被覆盖的区域,我们尽量在实地测量几个高程点,若植被过于茂密很难测量,可以实地估计一下植被的高度,再在DSM提取的高程值上减去植被高度,就得到一组高程点(图五)。


图五  裸露的地表添加点


4、 生成等高线

将得到的高程点文件导入至南方CASS等软件,即可建立三角网,再生成等高线,可以看到,生成的等高线符合地形趋势,且更简单平滑。


  

图六  离散点生成三角网进而生成等高线(等高距2米)


三、总结

利用无人机低空航拍提取高程点生成等高线,相对于人工测量碎部点,更加简单高效,能够节省大量外业时间,最终结果能得到一副符合地形走势的等高线图,非常适合中小型遗址的地形图绘制(图七)。


图七  DSM直接生成等高线与提取高程点后生成等高线对比(等高距2米)

主办单位:湖南省文物考古研究所 地址:湖南省长沙市东风2村巷18号 邮箱:hnkgs0731@126.com  湘ICP备08104019号  设计:红苹果网络