摘 ?要：選取棲霞周邊某地區(qū)作為研究區(qū)，本文研究了利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法（RTK）對(duì)研究區(qū)內(nèi)地形進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，建立了三維數(shù)字地面模型的過程：首先利用RTK對(duì)研究區(qū)進(jìn)行控制測(cè)量和碎步測(cè)量，然后對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，使其與航空正攝影像相匹配，利用Delaunay三角網(wǎng)生成算法建立研究區(qū)的不規(guī)則三角網(wǎng)，再對(duì)三角網(wǎng)進(jìn)行插值生成研究區(qū)的規(guī)則格網(wǎng)模型，與正攝影像相疊加后生成研究區(qū)的數(shù)字三維地形。從而建立了一種三維數(shù)字化展示的方式。

關(guān)鍵詞：Delaunay;RTK測(cè)量;三維數(shù)字地形

溝蝕是一種常見的土壤侵蝕類型，它是指匯集在一起的地表徑流沖刷破壞土壤及其母質(zhì)，形成切入地表以下溝壑的土壤侵蝕形式[1]。溝蝕是由面蝕發(fā)展而來的，但其一旦形成，其發(fā)育強(qiáng)烈，不僅侵蝕量很大而且侵蝕速度也很快，對(duì)區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞[2]。過去幾十年來，由于技術(shù)條件的限制，對(duì)溝蝕的研究主要集中在小區(qū)尺度上的面蝕及細(xì)溝侵蝕。近年來，隨著科技的進(jìn)步，對(duì)溝蝕地貌的定量和數(shù)字化重建研究才逐漸成為研究熱點(diǎn)[3]。本文利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法（RTK）對(duì)棲霞地區(qū)某溝蝕地貌進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，再建立溝蝕地貌的三維數(shù)字化模型。不僅為沖蝕溝的研究提供了另一種視角，而且為進(jìn)一步定量和三維分析提供了數(shù)據(jù)支持。

1建模方法

野外測(cè)量結(jié)束后，將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)中，對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行編輯，刪除測(cè)量過程中錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)點(diǎn)。利用逐步生長(zhǎng)法可建立Delaunay三角網(wǎng)，由此生成地面的不規(guī)則三角網(wǎng)模型。Delaunay三角網(wǎng)具有以下特征：1、凸多邊形性質(zhì)：將三角網(wǎng)的各個(gè)頂點(diǎn)連接起來構(gòu)成凸多邊形。2、空外接圓性質(zhì)：在三角網(wǎng)當(dāng)中，其中任意一個(gè)三角形的外接圓內(nèi)不包含任何已知點(diǎn)。3、最小角最大性質(zhì)：三角網(wǎng)中任何一個(gè)三角形的最小的一個(gè)角的度說盡量取最大值，即三角形盡量接近于等邊三角形 [4]。

逐步生長(zhǎng)法是一種生成Delaunay三角網(wǎng)中最常見的算法，這種算法比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度較快。基本思路為：首先選擇實(shí)地測(cè)量點(diǎn)中距離最短的兩點(diǎn)，用這兩點(diǎn)間的連線作為一條Delaunay邊，然后用三角網(wǎng)的判別方法找出包含此邊和這兩點(diǎn)的三角形的第三點(diǎn)，再以該三角形的三邊為基礎(chǔ)，按同樣的判別準(zhǔn)則生成另外三個(gè)三角形，該算法實(shí)際上是一個(gè)迭代的過程，其生成的關(guān)鍵是如何搜尋“第三點(diǎn)”。

2數(shù)據(jù)獲取及處理

本次測(cè)量使用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法（RTK）的高精度GPS測(cè)量，在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不足一秒鐘。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài);可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理。利用該方法，具有精度高、速度快、經(jīng)濟(jì)、測(cè)量點(diǎn)間無需通視等優(yōu)點(diǎn)。

利用RTK高精度GPS測(cè)量的精度在厘米級(jí)，但是在植被茂盛或者高大地形遮擋地區(qū)，由于地形或植被遮擋，將無法進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)流動(dòng)站和基準(zhǔn)站之間距離較遠(yuǎn)或者通訊信號(hào)受干擾時(shí)會(huì)影響定位的精度，但總體誤差還是在厘米級(jí)，在測(cè)量誤差允許范圍之內(nèi)。當(dāng)?shù)匦尾皇苷趽?，和基?zhǔn)站通訊信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，獲得測(cè)量點(diǎn)精度較高的Fixed修正解，在地形遮擋，信號(hào)干擾強(qiáng)烈的地區(qū)，獲得精度稍低的Float浮點(diǎn)解。

首先對(duì)研究區(qū)進(jìn)行總體調(diào)查，選擇控制點(diǎn)和基準(zhǔn)站的架設(shè)點(diǎn)，然后進(jìn)行控制測(cè)量和碎步測(cè)量，獲取控制點(diǎn)和碎步點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程三維坐標(biāo)，然后利用控制點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)的航空正攝影像進(jìn)行幾何校正，使測(cè)量點(diǎn)和圖像上相應(yīng)的點(diǎn)匹配起來。導(dǎo)出碎步點(diǎn)以后，利用Delaunay算法建立區(qū)域的不規(guī)則三角網(wǎng)模型（TIN），然后插值生成該區(qū)域的數(shù)字高程模型（DEM），以DEM為基礎(chǔ)進(jìn)，以匹配好的航空正攝影像為貼圖，建立區(qū)域地貌的三維數(shù)字模型。

3三維數(shù)字地面模型的建立

野外測(cè)量結(jié)束后，將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)中，對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行編輯，刪除測(cè)量過程中錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后利用逐步生長(zhǎng)法建立研究區(qū)的不規(guī)則三角網(wǎng)模型，在建立的Delaunay不規(guī)則三角網(wǎng)上，利用普通Kriging插值方法，插值生成研究區(qū)的數(shù)字高程模型。建立好地貌DEM數(shù)據(jù)以后，將該區(qū)域匹配好的航空正攝影像疊加在DEM上，以貼圖的形式模擬三維地形表面。實(shí)際是為柵格航空正攝影像的每個(gè)柵格賦予高程信息，當(dāng)航空正攝影像和DEM相疊加以后，影像和DEM所處的空間位置完全一致，對(duì)航空正攝影像的每一個(gè)像素點(diǎn)，求出其在DEM上的位置，在DEM格網(wǎng)上，用插值的方法獲得該點(diǎn)的高程，再將此值賦給影像像元，在航空正攝影像數(shù)字顯示時(shí)，在三維空間中，像素點(diǎn)的平面位置由像素的位置所決定，而z軸坐標(biāo)由實(shí)測(cè)的像素點(diǎn)的高程決定，由此即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字地面模型的逼真顯示。

4結(jié)語

本文所介紹的三維地形建立的成果，由于只有表面信息，實(shí)際上只相當(dāng)于一種2.5維模型。同時(shí)模型的精度還受多種因素的影響：測(cè)量?jī)x器的精度、測(cè)量過程中的失誤和測(cè)量人員熟練程度、數(shù)據(jù)源的精度、數(shù)據(jù)輸入和處理時(shí)的誤差、數(shù)據(jù)建模和插值的誤差、數(shù)據(jù)輸出時(shí)的誤差等。

雖然在建模過程中存在各種誤差的影響，模型也不是一種真正意義上的全三維結(jié)構(gòu)，但模型已能滿足對(duì)于地貌的數(shù)字模擬和顯示以及基于模型的三維分析計(jì)算，建立了小區(qū)域沖蝕溝地貌的一種三維數(shù)字化展示的方式，為定量研究沖溝侵蝕地貌提供數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1] ?李智廣，曹煒等.我國水土流失現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)研究[J].中國水土保 ? ?持，2008，6（1）：57-62.

[2] ?張鵬，鄭粉莉等.利用高精度GPS 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)溝蝕發(fā)育過程[J].熱帶地理.2009，4（29）：368-373.

[3] （美）張康聰（Chang，K.T.）著;陳建飛等譯.地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論（第3版）[M].北京：清華 ? ? ? 大學(xué)出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：楊鵬森（1975-），男，研究方向：測(cè)繪、地理信息技術(shù)。