摘要：對控制點方法和無控制點方法生成DEM的差別和DEM接邊差的來源進行了分析，比較了同一組航片數據的DEM接邊差的大小和精度，得出無控制表面匹配技術生成的DEM比轉刺控制點方法生成的DEM的接邊差精度高，為今后進一步研究無控制方法生成的DEM的精度奠定了基礎。
　　關鍵詞：無控制點；DEM；接邊差
　　
　　1 引言
　　歷史航空影像資料往往是獲取偏遠地區或危險地區的詳細地形表面信息的唯一可用的歷史數據源。這些多時相的航空攝影像片資料，使得重建某個領域過去的地形變化成為可能。由于不能建立有效的控制點，傳統的控制點絕對定向方法限制了對珍貴歷史航空影像資料的利用，以及攝影測量技術的自動化和其應用領域。新興發展的無控制表面匹配技術，直接利用參考DEM作為控制信息進行絕對定向，不需要建立長期穩定可靠的控制點，使得用不能建立有效控制點地區航空影像資料開展多時相DEM的地表差異探測等實際應用成為可能。
　　無控制點方法生成的DEM因為沒有足夠的控制點數據，不能按傳統方法得出DEM的精度。本文以成昆鐵路普雄工務段普歪溝泥石流區域為實驗區，收集了該地區的歷史航空像片，分別用傳統數字攝影測量方法和無控制點方法生成DEM，分析了數據生產過程的差別，并提出用DEM接邊差來衡量兩種方法生成的DEM的精度。試驗結果表明對無法建立穩定可靠控制點的航片，采用無控制點表面匹配差異探測技術進行DEM的絕對定向是一種有效的方法。
　　2 數字高程模型的生成
　　2.1 傳統方法DEM的生成
　　應用數字攝影測量系統生成DEM的過程一般包括預處理、影像匹配、匹配結果編輯以及DEM生成等步驟。本文以數字攝影測量工作站JX4-A為平臺，經過內定向、相對定向、絕對定向、等高線數據采集等過程，最終生成普歪溝的1987年和1957年的格網間距10m、比例尺為1：2000的DEM數據。由于試驗區域歷史上的地面觀測資料缺乏，地面控制資料的收集較為困難，故歷史航片采取實地測量和轉刺相結合的辦法獲得航片控制點坐標。轉刺控制點要考慮地形變化因素。通過實地考察普歪溝流域的泥石流侵蝕現狀，根據地形和當地環境氣候，選擇水土流失較小的位置，在1987年航片上選刺外控點。
　　2.2 無控制方法DEM的生成
　　相對定向建立起的立體模型，是相對于選取的某個坐標系，坐標系在地面坐標系中的方位是未知的，比例尺也是任意的。確定立體模型在地面坐標系中的方位和大小，要把模型坐標變換為地面坐標。這種坐標系的變換稱之為模型的絕對定向。求解絕對定向的七個參數（即絕對定向元素），通常是需要一定數量的地面控制點。不通過地面控制點來求解絕對定向元素的方法，即無控制點方法絕對定向。
　　無控制點獲取外方位元素的例子一般有以下三種情況：一種是用其他方法獲得精確的控制數據代替控制點數據，比如使用LIDAR數據作為控制信息或者研究利用控制線來代替控制點進行航空影像的絕對定向；一種是用低精度的控制點數據進行絕對定向，如用掃描現有地圖并數字化的方法獲取低精度的控制點坐標或用理論上地形變化不明顯的容易辨認的特征點代替地面控制點；一種是基于無控制DEM匹配算法直接解算兩個表面之間的七個轉換參數進行達到絕對定向的目的。本文提到的無控制點方法絕對定向，指的是利用無控制匹配算法進行立體模型的絕對定向。無控制點方法絕對定向的關鍵技術是無控制DEM匹配技術。
　　
　　3 DEM接邊差分析
　　3.1 DEM精度影響分析
　　無控制點絕對定向方法與控制點絕對定向方法生成DEM，最大的差別在于絕對定向的方法不同。因此，對同一組航片資料，兩種方法生成DEM的精度，影響最大的因素應該是絕對定向。一個區域生成DEM可以是單個模型進行，也可以由多個模型一起生成一個大范圍的整體DEMs。由單個模型生成大范圍的整體DEMs，需進行DEM的拼接。這就要先建立起全區域每個模型的DEM，并且相鄰模型必須互相有一定范圍的重疊。由于隨機誤差、絕對定向誤差等諸多因素的影響，相鄰DEM重疊區域在兩個DEM上的高程值并不不一致，這就是接邊差。它是影響DEM質量的一個重要因素。
　　根據航片的特點和生成DEM的整個工作流程來看，DEM接邊差的來源主要是以下四個方面：
　　航片質量因素。相鄰航片反差過大或云影遮蓋。
　　絕對定向因素。絕對定向造成的相鄰像對的同名點點位誤差過大。
　　編輯因素。邊緣部分無法編輯，生成的DEM在邊緣部分會有局部變形。
　　重疊度因素。高差大的地區，DEM必須增大重疊度，否則像對之間拼接有漏洞。重疊度大也是造成大面積影像模糊和輕度重影現象的主要原因之一。
　　根據控制點方法和無控制點方法生成DEM的流程，可采用同一作業人員等方法來減小編輯因素對DEM接邊差的影響。因此，同一組航片，用控制點和用無控制點方法生成DEM，接邊差的最大來源是絕對定向因素。通過統計分析比較兩種方法生成DEM的接邊差，便可間接得出無控制點方法生成的DEM的精度相對于控制點方法生成的DEM的關系。
　　3.2 DEM接邊差試驗
　　由轉刺控制點方法生成的DEM數據，存在7個大小不等的重疊區域。為了分析無控制點匹配方法對DEM接邊差的影響，對某一個重疊區域，取其中任意一個DEM作為基準DEM，另一個DEM作為待匹配DEM，采用無控制點匹配方法匹配之后即可得到無控制點DEM。通過比較控制點和無控制DEM的接邊差，得到7組試驗結果，結果顯示無控制點方法比控制點方法生成的DEM重疊區域同名點高程值較差均值大多有大幅減小，減小幅度為39.6%到90.5%；無控制點方法同名點高程值中誤差與前者相比較也有所減小，減小了5.4%到34.2%。從不同重疊區域的試驗結果來，無控制點DEM的接邊差比控制點DEM的接邊差無論是均值還是中誤差均改善很多，前者接邊差均值接近于0，中誤差較后者減少了78.8%到94.9%。
　　試驗結果表明，采用控制點方法生成的DEM，經無控制點方法匹配后，DEM接邊差的均值減少，精度提高。無控制點DEM比控制點DEM接邊差精度平均提高了35.9%，其中航向重疊區域接邊差精度平均提高了49.7%，旁向重疊區域接邊差精度平均提高了15.2%；當控制點DEM的高程中誤差較大時，無控制點匹配方法生成的DEM，將大大地提高DEM接邊差的精度；無控制DEM的接邊差精度的提高與基準DEM的精度有關，基準DEM精度比待匹配立體模型的精度越高，無控制匹配得到的DEM接邊差精度提高得越顯著；對難以建立穩定可靠控制點的歷史航片，可以通過無控制點表面匹配差異探測算法進行DEM獨立模型的絕對定向和連接，提高整體DEMs的精度。
　　在數字攝影測量方法生產DEM過程中，DEM接邊差的來源主要有航片質量因素、絕對定向因素、編輯因素、重疊度因素四個因素。同一組航片，若分別用控制點方法生成DEM和用無控制點方法生成DEM，兩種方法生成的DEM的接邊差的最大來源是絕對定向因素。