CN1149916A - 地理数据的收集，分析，测量和存储方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地理信息的收集、分析、测量和存储，其目的是提供根据实际需要的数据处理，使数据可以简单的方式被大、中、小规模的用户中心使用，并通过对以数字方式收集的地形、规划、地产数据或土地登记图的交互式的叠加、适配、复制，并结合补充字母数字信息，在数字立体工作站中完成对现有信息的优化。本发明中，被测区域1通过飞机2被摄影，飞机的空间位置通过卫得3及其信号来确定(DGPS)；接着，在第4步后通过数据分析导出或计算出数字高度模型4，由被测区域1和数字高度模型4，以及飞机2在摄影时间的投影中心的已知位置，通过模拟空中图像或数字空中图像的数字变换建立正投影图5，该正投影图通过数据存储体供可能的用户使用。这样，该可能的用户可以根据他作为委托人所规定的任务和所需做出的决定，为数字正投影图5附加一矢量或折线图6。并进行相应的分析利用。
Description
本发明涉及地理数据的收集、分析、测量和存储方法，政府的计划和决策部门、公共利益规划团体、私人规划者、建筑师和工程师等在采取以空间排列为主的不同的措施时，可使用本方法。例如，城市规划、地面规划、尤其是全国范围内的土地登册、交通基建规划等(街道、铁路、水路、土地登册、区域规划、农业规划、林业经济和环境保护)。
目前，人们依靠称为地理信息***中的光栅图像、CAD、光栅图形以及所属字母数字信息(属性)领域的广泛的发展来完成测量技术任务。模拟图像以高的分辨率被数字化。一种相应的计算技术可用于处理由此产生的大量的数据。专利文献DE3219032公开了一种方案，按照该方法，获取飞越一地域的摄影机的定位数据，以及数字高度模型(Hoehenmodell)。这里，使用与飞行方向垂直或成一定角度的三个探测器行及所属光学***。通过连续的行式扫描，可以产生三个以不同视角录制的地域的影片。应该采取这样的措施：最好在中间影片中规定网状分布的像点，通过表面相关性在其他两影片中确定相应的像点及其所属的行号，根据近似已知的每点的飞行运动确定摄影机的近似定位参数，通过空间正向剖面图(Vorwaetsschnitt)近似地确定上述像点的区域座标，确定属于一点的三条射线的投射条件，并通过误差方程和一补偿过程确定定位参数和点-区域座标的最佳终值。
此外，专利文献EP0237601公开了一种方案，按照这种方案，借助于在一大图像篇幅上方的光电固体平面探测器，将对象收集到部分图像中，这里，探测器在图像平面的位置通过栅网(Reseau)确定。这可通过在探测器图像中绘制至少一个栅网格来实现。在测定部分图像的座标***中的栅网点并转换到栅网***中的实际值之后，可得到平面探测器的位置，以及栅网网格内所有像点的转换参数。这里，为使栅网网格的码号能确切地识别栅网点，必须足够精确地知道探测器的近似位置。
根据专利文献DE3802541公开的方法，使用勘测摄影机(2)和用于细节录制的电视摄影机(3)，在距地面大约150m至500m的高度，从由勘测摄影机(2)所覆盖的区域获得连续的空中图像。通过定位确定出这些连续空中图像在自然空间中的位置，并且使用摄影测量学的方法对其进行分析。测得的某一结构的自然空间数据被指定给该结构在自然空间的座标，并可有选择地加以利用。
根据专利文献DE3830577，通过对先前的平行模拟信号的扫描周期Δty和其在(M)存储器中的存储的数字控制构成目标像素信号，通过由存储器中顺序读出这些数据构成一模拟行信号s(t)，该信号被以(n个)常数周期Δtx扫描，并由此构成相应于目标像素(B)的最终信号，这里，扫描周期Δty和Δtx分别为扫描距离(E)，即飞行高度(h)，和扫描角度(w)的函数。
专利文献DD237211涉及的是用于摄影测量的摄影装置的自动操作的电路布置。这种电路可应用于空中图像的摄制，能有助于克服手动操作摄影装置时出现的缺点，并能最大限度地降低操作人员的劳动强度。对控制摄影测量的摄影装置所必需的参量，如速度一高度比、偏移和曝光时间，可通过适当的相关确定来得到。两个与飞行方向相垂直地安置的分立的摄影机行，每隔一定的时间间隔对相应的飞越区域提供相关信息，用以确定控制参数的大小。
专利文献DE3612674公开了一种利用速度、航线和高度稳定的飞机从空中测量重力的方法，该飞机带有具有相应灵敏度的重力测量仪。测量信号和其他信号以高的扫描速率记录于磁带上。这样，根据卫星定位***或地基的高精度地针对已知点的导航***，总能得到飞机的位置，所述导航***提供多个诸如方位或距离的导航参数。
但是，至今为止，上述方案尚未作为完整的技术而用于地理数据的收集、分析、测量和存储，而只是分散的解决方案，因而到目前为止尚未出现一种完善的、可广泛应用的***，用于地理数据的收集、分析、测量和存储。
为弥补现有技术的上述缺陷，本发明研制一种用于地理数据的收集、分析、测量和存储的方法，使用这种方法，可以保证满足实际要求的数据处理，简化大、中、小用户中心对数据的使用，并可以在数字立体工作站中通过对以数字方式收集的地形、规划、地产数据或土地登记图的交互式的叠加、适配、复制，并结合补充字母数字信息，完成对现有信息的优化。
工程师、执行或操作人员应该能够在屏幕上观察到两维的，或视设备结构的不同，观察到三维的，即空间的，规划空间。他也能够调出数字图像信息，作为正投影，并与数字规划或地图数据相叠加，而且能确定到局部情况。
按照本发明，该任务通过权利要求1和2的特征所完成。本发明的优点是，对地理数据的收集、分析、测量和存储十分省钱省时，而且上述野外工作可主要地在办公室完成。
通过运用卫星全球定位***(GPS，DGPS)，通过使用高精度的连续摄影机对测量区域的飞机摄影，并通过航空摄影测量技术的三角测量方法(应用卫星支持的航空导航方法)的设备技术支持，摄取的数据相对于投影中心具有高的精确度。
此外，使用本方法还可共同管理数字图像数据、图形数据和字母数字数据。存在用于各种数据库或数据格式的接口。同时，本方案还具有一个现今市场上常见的GPS接收器的接口，可用于测绘或测量。此外，在需要时可通过遥测的方法在GPS和工作站之间传输座标。另一个优点是，经校正的最新数字图像数据可记录在CD或其他数据存储体上，从而对CD加工者来说飞机支持的数据获取、空中三角测量和校正是不必要的，而且可以更新其已有的数据存量。
可对现有的土地登记图进行扫描和数字化，对土地登记线(Katasterlinien)进行CAD设计，并可进行基于统一测地参考系的混合光栅矢量加工。
可根据工作条件逐渐调整设备的设置，直到工作站的工作效率达到最佳。该方法中安置有可接至市场上常见的绘图仪和扫描仪的接口。
下面结合附图详细说明本发明。
图1表示本发明方法的流程。
图2表示仪器的配置。
图3表示本发明方法的示意图。
本发明的实施例中描述了如何用本发明的方法对一地形测量区域进行数据收集、分析、测量和存储。
图1和图2所描述的用于地理信息的收集、分析、测量和存储的方法包括步骤目标限定、数据获取、数据整理、数据分析、数据转换，该方法的基础是空中图像、卫星摄影、测地信息和其他规划数据是短的、与空间有关的信息，在现代化的计算机和数据处理设备中，这些信息在物空间彼此相联，并被加工处理。在此，首先对所要求的规划和对地理信息***的应用来说，下列工序是必需的：
1.利用现有的地图、模拟或数字信息，或者根据位置说明对要测绘和处理的目标地域进行地理限定。
2.按照在国内或国际网格确定的位置获取地理座标或笛卡尔座标(kartesischen Koordinaten)。在不存在这样信息的情况，利用卫星全球定位***建立相应的网络，并在有些情况下通过空中三角测量将该网络加密。
3.从飞机中用高效高精度连续摄影机对目标区域进行摄影，所拍摄的图像完全覆盖整个区域，并必须保证可进行立体的观察。在有些情况下，为目标区域中的地理连接必须选定观测点(Passpunkt)。
4.在提供质量可取的卫星图像摄制，以及绘制比例尺使卫星图像可以利用的情况下，可通过观测点(x，y，z)确定卫星图像摄制的地理编码(Geokoderung)。
5.在该方法的飞行摄影中，进行对摄影机的克服惯性的DGPS定位，从而可降低第2步中描述的功率。
6.在将模拟图像底片冲洗后，对其进行高分辨率的扫描，并由此转换为数字信息，并且使用的精度必须在亚微米范围与任务所需的分辨率相适应。
7.在位置和高度(x，y，z)对卫星图摄制或空中三角测量的地理编码使得对每个单独的空中图像或卫星图像的测量成为可能。这一过程对测地或地理网络中图像的合并是一个重要的措施，并由此为进一步的高质量的测量和整理提供了基础。
8.基于第6步后获取的数据测量或自动计算出一数字高度模型，该模型又是对空中图像进行微分校正的前提条件。通过对数字空中图像的微分校正，每一像素作为平行投影而存在，并从而使其数字图像值同一数字正射投影图相联。
9.通过步骤1-7，目标区域作为在测量实验室(工作站)中的数字模型可供用户使用。根据所用硬软件的不同，用户可对该区域进行平行投影式的或空间的(可塑的)观察，并进行测量和规划。
数字区域信息(参见步骤1-8)存储在适当的存储体上，该记录的信息能够满足规划区域或规划打算的要求。作为适当的存储体可以考虑如CD等的存储体。如果涉及的不是特定规划区域，可将这些数据以通常的地理关系提供给例如州、省、县或镇级的可能用户。这样，每个用户可按照其经验、指令进行交互的规划，或者指派任务。这样，可通过线、点、测量数据和数学数值对地面进行协和的设计(例如定线)。此外，同时还可以通过整理识别使用类型、建筑结构、生态状况、异常情况等，并加入已建立的交互的数据中。本发明方法的进一步扩展还包括例如对街道、桥梁、高层建筑等设计的三维连接。
10.在CAD工作站上使用地面模型的交互设计或规划包括对其他外部图形或非图形信息的应用。为此，上述与规划有关的信息必须具有相同的测地或地理网络，正如其与地面模型的联系一样。
11.第10步中所述的信息也可看作该方法的组成部分，因为必须根据处理方法的不同建立或获取这些信息。此外，可在交互工作站中使用地面模型与区域摄制的现有测量结果进行数学计算值的加工处理。光栅和矢量信息的连接前提是统一的测地参照系。
12.数据准备的仪器部分包括安置有高分辨率的连续摄影机的高效摄影飞机，GPS导航***，在有些情况下为INS-DGPS导航***，并由此使对卫星数据或飞机机载的传感器的返回存取成为可能，以获取地理信息。如果飞机的摄制的规划区域的数据没有在后的时间数字化，则必须考虑对其进行通常条件下的、高质量的光电处理，以进行进一步的处理加工。用适当的扫描仪对全色的图像信息进行高分辨率的数字化。使用高效的图像处理设备进行空中三角测量或其他完整的测地控制点加密，以及数字高度模型的建立。按照在第9步中所提及的空间关系进行校正的数字地面模型的存储。
13.同时，本方法还考虑到工业上常用的交换格式，保证数字图像数据、矢量数据和字母数字信息与不同的数据库和数据格式兼容。此外，根据需要可以以合理的费用通过遥测学方法，电子信件，ISDN等实现数据或部分数据的传输。
14.本方法旨在开拓潜在市场的经济产品战略，并能经常加以改进，从而与技术的发展相适应。同时还提供了用于观察信息的基本软件。
图3是本发明方法的示意图，图中的被测区域1通过飞机2被摄影，飞机的空间位置通过卫星3及其信号来确定(DGPS)；接着，在第4步后通过数据分析导出或计算出数字高度模型4，由被测地区(区域1)和数字高度模型4，以及飞机2在摄影时间的投影中心的已知位置，通过模拟空中图像或数字空中图像的数学变换建立正投影图5，该正投影图通过数据存储体供可能的用户使用，这样，该可能的用户可以根据他作为委托人所规定的任务和所需做出的决定，为数字正投影图5附加一矢量或折线图6，并进行相应的分析利用。
所用标记
1 被测区域
2 飞机
3 卫星
4 数字高度模型
5 数字正投影图
6 矢量/折线图
Claims (2)
1.地理信息的收集、分析、测量和存储的方法，其中与空间有关的数据通过计算机和数据处理设备组件在目标空间连接并被处理加工，包括步骤：
(1)进行目标限定，该目标限定由例如数字数据、位置数据、地形数据和测地或地理座标组成；
(2)数据获取，通过连续的飞机垂直摄影或卫星摄影的方式进行，这些连续的摄影可连接成图像块(Block)，并且包括卫星导航数据而且/或者使用地图材料信息，其他信息包括高度信息、以扫描仪数据形式的卫星和飞机摄影，在进行立体观测时，还包括地面信息(测量)，规划和设计数据，以及以不同偏振的多频微波的形式进行的雷达摄影；
(3)数据准备，该步中进行卫星扫描摄影的地理编码(Geo-Codierung)，计算投影中心，确定摄影时传感器的位置，并考虑空中三角测量；
(4)数据分析，以微米区域的几何精度，使用合适的分辨率对所得到的模拟空中图像进行数字化，以及对数字高度模型的测量和计算，数字图像的微分校正，空中图像的连接(镶嵌)以及光栅数据的说明信息的建立，以获得类似于地图的等价物，作为地貌的瞬时摄影；
(5)地理信息被准备成不同的工业通用的光栅数据的交换格式，可使用不同分辨率在黑白或彩色光栅绘图仪上输出，并可以数字形式存储在数字存储体上，如CD，DAT，STREAMER，数字可交换硬盘等；
(6)可能的用户将所述输出信息同其他与空间有关的信息一起使用。
2.地理信息的收集、分析、测量和存储的方法，其中与空间有关的数据通过计算机和数据处理设备组件在目标空间连接并被处理和加工，被测区域1通过飞机2被摄影，飞机的空间位置通过卫星3及其信号来确定(DGPS)；接着，在第4步后通过数据分析导出或计算出数字高度模型4，由被测区域1和数字高度模型4，以及飞机2在摄影时间的投影中心的已知位置，通过模拟空中图像或数字空中图像的数学变换建立正投影图5，该正投影图通过数据存储体供可能的用户使用，这样，该可能的用户可以根据他作为委托人所规定的任务和所需做出的决定，为数字正投影图5附加一矢量或折线图6，并进行相应的分析利用。
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