ENVI地形分析

第11章 地形分析

数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM），是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。DEM是数字地形模型（Digital Terrain Model，简称DTM）的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生，如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性。DEM还可以计算地形特征参数，包括山峰、山脊、平原、位面、河道和沟谷等。

建立DEM的方法有多种。按数据源及采集方式主要有：（1）直接从地面测量，例如用GPS、全站仪 、野外测量等；（2）根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取，如立体坐标量测仪观测及空三加密法、解析测图、数字摄影测量等；（3）从现有地形图上采集，如格网读点法、数字化仪手扶跟踪及扫描仪半自动采集，然后通过内插生成DEM等方法。DEM的内插方法很多，常用的有整体内插、分块内插和逐点内插三种。

下表对比了几种创建DEM的主要方法。

表11.1 几种DEM创建方法汇总i 方法 航空摄影测量 优点 成熟的方法，精度高，可获取大比例尺DEM。 缺点 成本高，周期长，且受航空管制。 受数据源限制大，很多地区无高程点或等高线数据。 受天气影响较大，目前可获取的比例尺较小。 目前获取大比例尺DEM较困难，随着德国高分辨率雷达卫星TanDEM-X的上天会有所突破。 起步阶段，技术门槛高。 高程点或者等高线差值 成本低，操作简单。 卫星遥感 干涉雷达技术 可以大范围获取DEM。 可以大范围获取DEM，不受天气影响。 精度高，可获取大比例尺DEM。 激光雷达技术 要想快速的获取大范围的DEM数据，卫星遥感是一种较好的方法。随着卫星传感器的飞速发展，获取的DEM精度越来越高。如目前商业卫星最高分辨率的0.41米GeoEye-1，在使用高质量控制资料时，垂直精度的中误差可达到0.5米，可满足1:5000的地图比例尺生产。可以立体成像的卫星主要有ASTER，ALOS PRISM，CARTOSAT-1，FORMOSAT-2，IKONOS，KOMPSAT-2， OrbView-3， QuickBird，RapidEye， GeoEye-1，WorldView-1/2，SPOT 5/6，Pleiades，以及国产的资源三号、资源一号02C星、天绘卫星等。

由于DEM描述的是地面高程信息，它在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、通讯、军事等国民经济和国防建设，以及人文和自然科学领域有着广泛的应用。例如在工程建设上，可用于土方量计算、通视分析等；在防洪减灾方面，DEM是进行水文分析，包括汇水区分析、水系网络分析、降雨分析、蓄洪计算、淹没分析等的基础；在无线通讯上，可用于蜂窝电话的基站分析等。DEM还广泛用于生产地图产品，如等高线地图、正射地图等。在遥感应用方面，DEM用于制图、正射校正和土地利用分类；还可用于高速公路和铁路的规划中。

11.1 地形建模

11.1.1 地形菜单

ENVI5.0的Topographic （地形）菜单可以对DEM数据进行打开、分析和输出等操作。

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图11.1 地形菜单 打开地形文件（Open Topographic File）：可以打开的格式有数字地形高程数据（DTED）、美国地质勘察数字高程模型（USGS DEM）、空间数据转换标准（SDTS）格式的 USGS 数字高程模型（USGS SDTS DEM）文件以及 Shuttle Radar Topography Mission即航天飞机雷达地形测绘的数字高程模型（SRTM DEM）格式ii。

地形建模（Topographic Modeling）：可以从地形数据中计算出一些地形模型，包括坡度、坡向、凸面和曲率等。

地形特征（Topographic Features）：可以生成一幅分类图像，其中显示河道、山脊、山峰、沟谷、水平面等。

DEM扩展模块（DEM Extraction）：它能够简单、快速地从扫描、数字航空影像或者沿轨道方向、垂直轨道方向的推扫式卫星传感器等影像上创建DEM。DEM Extraction模块除了DEM自动提取向导外，还包括三个DEM工具：DEM编辑工具（Edit DEM Results）、立体3D量测工具（Stereo 3D Measurement）和核线图像3D光标工具（Epipolar 3D Cursor）。

使用菜单中的其它地形工具可以进行以下操作：生成山区阴影图像（Create Hill Shade Image）、替换数字高程数据中的坏值（Replace Bad Values）、不规则点栅格化（Rasterize Point Data）、将矢量地形图转化为栅格DEM（Convert Contours to DEM）及对地形数据进行3D曲面浏览（3D SurfaceView）等。

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11.1.2 地形建模

使用Topographic Modeling 选项可以对DEM数据进行处理，生成阴影地貌表面；计算地形模型参数信息，包括：坡度（Slope）、坡向（Aspect）、阴影地貌图像（Shaded Relief）、剖面曲率（Profile Convexity）、水平曲率（Plan Convexity）、纵向曲率（Longitudinal Convexity）、横向曲率（Cross Sectional Convexity）、最小曲率（Minimum Convexity）、最大曲率（Maximum Convexity）及均方根误差（DEM Error）iii。

➢ 坡度（Slope）：以“度”或者百分比为单位，在水平面上为0度；

➢ 坡向（Aspect）：以“度”为单位，ENVI将正北方向的坡向设为0度，角度按顺时针方向增加；

➢ 阴影地貌图像（Shaded Relief）：入射角的余弦；

➢ 剖面曲率（Profile Convexity）：剖面曲率（与z轴所在的平面和坡面相交）度量坡度沿剖面的变化速率；

➢ 水平曲率（Plan Convexity）：（与XY平面相交）度量坡向沿平面的变化速率； ➢ 纵向曲率（Longitudinal Convexity）：（相交于包含坡度法线和坡向方向平面）度量沿着下降坡面的表面曲率正交性；

➢ 横向曲率（Cross Sectional Convexity）：（与包含坡度法线和坡向垂线的平面相交）度量垂直下降坡面的表面曲率正交性；

➢ 最小曲率（Minimum Curvature）：计算得到整体曲率的最小值； ➢ 最大曲率（Maximum Curvature）：计算得到整体曲率的最大值；

➢ 均方根误差（RMS Error）：表示二次曲面与实际数字高程数据的拟合好坏。 ENVI地形模型工具使用图像格式的DEM文件，而不是原始的USGS格式的DEM数据。例如USGS DEM、USGS SDTS DEM、DTED、SRTM DEM等格式都需要通过File—Open External file—Digital Elevation或者Topographic—Open Topographic File选择一种格式打开，ENVI自动将原始格式的DEM转换为ENVI标准栅格文件。

具体地形建模步骤如下： （1）在ENVI主菜单中，选择Topographic—Topographic Modeling，在弹出的Topo Model Input DEM对话框中，选择一个DEM文件。打开一个新的DEM文件，选择File — Open New File。点击“OK”，打开Topo Model Parameters对话框（图11.2）。

（2）在Topo Model Parameters对话框中，选择地形核大小（Topographic Kernel Size）为5。更改地形核尺寸的目的是为了提取多尺度地形信息，可以使用不同的变化核提取多尺度地形信息。需要注意的是地形核越大，处理速度越慢。

（3）Select Topographic Measures to Compute列表中，选择要计算的地形模型信息，本实验选择了全部。

（4）单击Compute Sun Elevation and Azimuth按钮，在Compute Sun Elevation and

Azimuth对话框中（如图1l .3），输入日期和时间：GMT为16:45:14，Lat（纬度）为31度，Lon（经度）为110度。单击OK按钮，ENVI将自动计算出太阳高度角和方位角。

（5）选择输出路径及文件名，单击OK按钮，执行地形建模。

（6）得到的结果是一个多波段图像文件，每一个地形模型形成一个波段（如图1l .4）。

图11.3 Compute Sun Elevation and

Azimuth对话框

图11.2 Topo Model Parameters对话框

图11.4 地形模型图像

11.1.3 三维地形可视化

ENVI的三维可视化功能可以将DEM数据以网格结构（wire frame）、规则格网（ruled grid）或点的形式显示出来，或者将一幅图像叠加到DEM数据上构建简单的三维地形可视化场景。这两个文件的空间分辨率不必相同。若这两个文件都经过定位，它们的投影也可以不必相同，ENVI 将在飞行浏览中对DEM 进行重新投影，使其与图像投影相匹配iv。

三维地形场景的生成步骤如下。

（1）分别将SPOT数据和DEM数据文件打开。

（2）在Toolbox中，选择Topographic—3D Surface View。选择SPOT图像文件的RGB三个波段，之后在Associated DEM Input File对话框中选择对应的DEM文件（图11.5）。

图11.5 Associated DEM Input File对话框

（3）在3D Surface View Input Parameters对话框中（图11.6），需要设置以下参数： ➢ DEM分辨率（DEM Resolution）：使用较高DEM分辨率将会减慢可视化的速度。可以选择多个不同的DEM分辨率，在三维场景可视化时根据实际需求来回切换。通常，当确定最佳飞行路线时，可以选择最低的分辨率（64）；然后，在显示最终三维曲面飞行时，再选择较高的分辨率。

➢ 重采样方法（Resampling）：最邻近重采样（Nearest Neighbor）法和象元聚合重采样（Aggregate）法。

➢ DEM最大/最小绘制值范围（DEM min plot value和DEM max plot value）：可选项。这些值可从DEM数据中选取（用来去除背景像素值，或限制DEM高程范围）。需要注意的是低于最小值或者高于最大值的DEM值将不会绘制在三维场景中。

➢ 垂直夸张系数（Vertical Exaggeration）：作用于垂直方向的比例放大系数。值越大，夸张程度越高。

➢ 图像纹理分辨率（Image Resolution）：原始大小（Full）和设定值（Other）。 （4）单击OK按钮，创建三维场景（图11.7）。

图11.6 3D Surface View Input Parameters对话框

图11.7 三维场景图

（5）在3D Surface View窗口中，交互浏览三维场景。

➢ 单击鼠标左键，并沿着水平方向拖动鼠标，这将使得三维曲面绕着Z轴旋转。点击鼠标左键，并沿着垂直方向拖动鼠标，这将会使三维曲面绕着X轴旋转。

➢ 单击鼠标中键，并拖动鼠标，可以在相应的方向平移（漫游）图像。

➢ 单击鼠标右键，并向右拖动鼠标，可以增大缩放比例系数。点击鼠标右键，并向左拖动鼠标，可以减小缩放比例系数。

11.2 地形特征提取

ENVI能够从DEM中提取地形特征，包括山峰（Peak）、山脊（Ridge）、平原（Pass）、水平面（Plane）、山沟（Channel）和沟谷（Pit）。

提取地形特征的具体操作如下： （1）在ENVI主菜单中，选择Topographic—Topographic Features；在弹出的Topographic Feature Input DEM对话框中，选择DEM文件，点击OK按钮。打开Topographic Features Parameters对话框（图11.8）。

图11.8 Topographic Features Parameters对话框

（2）坡度容差（Slope Tolerance）：设置为1；曲率容差（Curvature Tolerance）：设为0.l。这两个容差用来区分像元是山峰、沟谷、平原还是河道、山脊。被区分为山峰、沟谷或平原的像元，其对应坡度值必需小于坡度容差，并且垂直方向曲率必须大于曲率容差。增加坡度容差及减少曲率容差将导致分类输出图像中的山峰、沟谷和平原的数量增多。

（3）地形核大小（Topographic Kernel Size）：7。可以使用不同的核尺寸提取多尺度地形信息。核尺寸越大，处理速度越慢。

（4）在Select Feature to Classify列表中，选择所有的地形特征。 （5）选择输出路径及文件名，单击OK按钮，执行地形特征提取。 （6）得到分类图像（图11.9）。

图11.9 输出的分类图像

11.3 立体像对DEM自动提取

在ENVI中，利用立体像对自动提取DEM时，首先需要确认是否拥有DEM Extraction扩展模块的使用许可。

它的流程总体上分为六步。如下所示： 一、输入立体像对

需要两个具有重叠区的黑白影像，带有RPC文件。 RPC文件用来产生Tie点（连接点）和计算立体图像之间的关系。

二、定义地面控制点

如果没有地面控制点信息，DEM自动提取向导执行的结果是以卫星默认的地势面作为基准面的相对DEM；在有地面控制点信息情况下，可以得到绝对DEM。

三、定义连接点

采用手动或者自动的方式在两个影像上寻找同名点。 四、设定DEM提取参数

参数包括坐标投影、像元大小、插值算法和参数等。 五、输出DEM并检查结果 六、编辑DEM

获取的DEM属于DSM（数字表面模型)，根据需要可去除如树高、房子高度等信息，将DSM变成真正的DEM。如果影像上有厚云，这部分区域的DEM实际上是云的高度，也需要进行局部的修改。

11.3.1 DEM自动提取操作步骤

本节内容采用文献4中以CARTOSAT-1（P5）数据为例介绍从立体像对中提取DEM的详细操作步骤。表11.3是数据文件的详细说明。

表11.3 CARTOSAT-1（P5）数据v 文件 说明 BANDA.TIF BANDA_MET.TXT BANDA_RPC.TXT BANDF.TIF BANDF_MET.TXT BANDF_RPC.TXT Tie.pts P5GEOTIFF.DOC

第一步 输入立体像对

（1）在主菜单中，选择File—Open Image选择BANDA.TIF和BANDF.TIF文件打开。 （2）在主菜单中，选择Topographic—DEM Extraction打开DEM Extraction模块功能命令，菜单命令及其功能说明如下表所示。

表11.2 DEM Extraction模块菜单命令及其功能说明vi 菜单命令 DEM Extraction Wizard 功能说明 DEM自动提取向导 左影像图像文件 左影像元数据文件 左影像RCP文件 右影像图像文件 右影像元数据文件 右影像RCP文件 连接点文件 数据格式说明文件

NEW USE Previous File Select Stereo GCPs Select Stereo Tie Points Build Epipolar Images Extract DEM Edit DEM Result Stereo 3D Measurement Epipolar 3D Cursor 新建DEM自动提取向导工程 打开DEM自动提取向导工程文件 选择立体像对的地面控制点（GCP） 选择立体像对的连接点（Tie） 创建核线图像 提取DEM，需要控制点文件、连接点文件等外部辅助文件。 编辑DEM结果 立体3D量测工具 核线图像3D光标工具 （3）选择DEM Extraction Wizard—New，打开DEM Extraction Wizard对话框（图11.10），包括9个小步骤。

（4）单击Select Stereo Images按钮，选择BANDA.TIF作为左视图像（Left image）， BANDF.TIF作为右视图像（Right image）。一般推荐垂直获取图像（nadir- viewing）或者观测角度小的影像作为左视图，非垂直方向（off-nadir viewing）获取图像作为右视图。也可以通过简单对比立体像对两幅影像的地面分辨率，分辨率高的作为左视图。

（5）系统自动根据自带的星历参数文件获得图像区域的最大高程和最小高程，也可以根据已知信息手动输入。

（6）单击Next按钮，进入Step2操作。

图11.10 DEM Extraction Wizard Step1对话框

第二步 定义地面控制点

DEM Extraction Wizard 的Step2共有三种控制点定义方法（图11.11）。 （1）No GCPS（relative DEM value only）

无控制点，选择这个选项得到的DEM是相对高程。 （2）Define GCPS Interactively

交互式选择控制点。选择这个选项后，单击Next按钮，打开交互定义地面控制点界面。控制点的选择过程与几何校正相似。

（3）Read GCPs From File

从外部文件（.pts）中读取控制点。

由于缺少地面控制点数据，故本实验中选择No GCPs（relative DEM value only），单击Next按钮，进入Step4操作。

图11.11 Step2选择定义地面控制点方式

第三步 定义连接点

Step3提供了三种定义连接点的方法。 （1）Generate Tie Points Automatically

基于区域灰度匹配法自动寻找重叠区的连接点，如图11.12所示。 以下是几个参数的说明：

➢ 连接点数目（Number of Tie Point）：60。需要寻找连接点的数量。

➢ 搜索窗口大小（Search Windows size）：481。大于或等于21的任意整数，并且必须比移动窗口大。该参数的值越大，找到匹配点的可能性也越大，但同时要耗费更多的计算时间。大致确定搜索窗口大小的方法是：在立体像对（带有粗略地理坐标）的两个图像上找到一个同名点，量测这两个图像上同名点间的距离D（像素单位），搜索窗口大小可设置为(D+1)x2。

➢ 移动窗口大小（Moving Window size）：41。在搜索窗口中进行检查，寻找地形特征匹配的小区域。移动窗口大小必须是奇数。最小的移动窗口大小是5，即为5x5像素。使用较大的移动窗口将会获得更加可靠的匹配结果，但也需要更多的处理时间。移动窗口的大

小跟图像空间分辨率有关系，参照如下设置：

 大于等于10m分辨率图像，设置值的范围是9~15；  5~l0m分辨率图像，设置值的范围是11~21；  1~5m分辨率图像，设置值的范围是15~41；

 小于1m分辨率图像，设置值的范围是21~81或者更高。

➢ 平均高程（Region Elevation）：自动从图像读取，根据提供的RPC文件计算得到。 ➢ 是否检查连接点（Examine and Edit Tie Point）：Yes。如果选择“Yes”，单击Next按钮，进入查看/添加/编辑连接点步骤（Step5）；选择No，直接跳过查看/添加/编辑连接点步骤（Step5）。

图11.12 Step4自动寻找重叠区的匹配点

（2）Define Tie Point Interactively

人工交互式定义连接点（至少需要定义9个连接点）。选择此选项单击Next按钮进入查看/添加/编辑连接点步骤（Step5）（图11. 12）。

（3）Read Tie Points From File 读取外部连接点文件（.pts）。Examine and Edit Tie Points项如果选择“Yes”，单击Next按钮，进入查看/添加/编辑连接点步骤（Step5）；选择No，直接跳过查看/添加/编辑连接点步骤（Step5）（图11. 12）。

本例中选择的是Generate Tie Points Automatically。按照上述内容设置好参数后单击Next按钮，进入查看/添加/编辑连接点步骤step5（图11.13）。利用这个对话框上的功能按钮手动添加新的连接点，编辑已选择的连接点。每个按钮命令的功能说明如表11.4所示。当连接点数量大于9个，且最大Y方向视差（Maximum Y Parallax）的值小于10（以像素为单位）时，单击Next按钮，进入Step6。

图11.13 Step5查看/添加/编辑连接点

注：

1．如果最大Y方向视差大于10，需要编辑自动寻找的Tie点。单击Show Table，选择Sort Table By Error，误差大的点排在前面，逐个选择Tie点查看精度，将偏离较大的点进行微调或者直接删除。

2．自动寻找的Tie点分布有间隙，可以手动增加一些点，充分利用Predict Left（或Right）预测功能可以提高效率。

3．可先单击Delete ALL删除所有点，再单击Restore加载提供的Tie.pts文件。

表11. 4 查看/添加/编辑连接点界面按钮命令及功能说明

按钮名称 Go to Add Update 功能 定位到当前选择的连接点 将左右图像的光标定位到同一位置，单击此按钮新增连接点。 选择一个需要编辑的连接点，移动左右图像的Zoom窗口的十字光标重新定位一个新位置。单击此按钮，用当前位置更新连接点的位置。 重设当前选择的连接点回到最初位置，取消之前对该点的所有编辑。 删除当前选择的连接点 删除所有连接点 打开/关闭连接点列表 将定义的连接点保存为外部文件 打开外部连接点文件 在右图像定位一个连接点后，利用此按钮可在左图像上预测大概位置。 在左图像定位一个连接点后，利用此按钮可在右图像上预测大概Reset Delete Delete All Show/Hide Table Save Restore Predict Left Predict Right

位置。 Params 设置预测点参数，包括搜索窗口和移动窗口的大小。 在Step6中（图11.14），利用连接点计算生成核线图像（Epipolar Image ）。核线图像描述了立体像对之间的像素关系，可以利用立体眼镜浏览3D效果。

图11.14 Step6输出核线图像

该模块包括：

（1）分别为左、右核线图像选择保存路径及文件名。

（2）核线图像缩放系数（Epipolar Reduction Factor），默认值为1（不缩放）。

（3）单击RGB=Left、Right、Right或者RGB=Right、Left、Left按钮，在Display窗口中显示核线图像（图11.15），可以利用立体眼镜浏览3D效果。

图11.15 显示核线图像

（4）单击Next按钮。进入设定输出参数步骤Step7。 第四步 设定输出参数

Step7可设定输出DEM的投影参数、像元大小和范围（图11.16）。单击Next按钮，进入Step8。

图11.16 Step7设定输出DEM的投影参数、像元大小和范围

Step8可以设定DEM输出参数（图11.17）。 （1）需要设定如下参数：

➢ 最小相关系数阈值（Minimum Correlation）：范围为0~1，用以评价两个点匹配好坏。阈值越大，匹配精度越高，能得到的匹配点越少。一般设定为0.65~0.85。

➢ 背景值（Background Value）：DEM的背景像素值。

➢ 外边界清理焊缝（Edge Trimming）：范围为0.0~0.6。设定输出DEM外边界清理焊缝宽度，用占整个DEM的百分比来表示。

➢ 移动窗口大小（Moving Window Size）：定义计算两图像相关性的范围大小，用来执行图像匹配，值越大越可靠，精确的匹配结果越少，计算量越大。

➢ 地形地貌（Terrain Relief）：分为Low、Moderate和High三个级别。Low用于覆盖区域地形平坦；Moderate用于大多数地形；High用于山区，地形、地貌变化明显的区域。

➢ 地形细部（Terrain Detail）：设置DEM地形细节等级。等级越高，生成的DEM越精细，处理时间越长。

➢ 数据输出类型（Output Data Type）：16位的Integer和32位的Floating Point。 （2）选择DEM输出路径及文件名。

（3）单击Next按钮，执行DEM生成过程，进入Step9（图11.18）。 第五步 输出DEM及检查结果

Step9已经产生了DEM结果（图11.18），单击Load DEM Result to Display按钮，可将产生的DEM结果显示在Display窗口中（图11.19）。

图11.17 Step8设定生成DEM参数

图11.18 Step9产生DEM结果

图11.19 生成的DEM

第六步 编辑DEM

在Step9（图11.18）中，单击Load DEM Result to Display with Editing Tools按钮，出现编辑窗口，对生成的DEM可以进行编辑（具体操作见下一节）。

单击Save按钮，将整个操作流程保存为工程文件；单击Finish按钮，完成整个DEM的提取流程。

11.3.3 编辑DEM

在ENVI5.0中编辑DEM有两种方法，一种是在DEM自动提取向导的Step9中，单击Load DEM Result to Display with Editing Tools按钮，可以打开DEM编辑工具并将DEM数据显示在Display中。另一种是在主菜单中，选择Topographic—DEM Extraction—Edit DEM Result，打开DEM编辑工具。DEM编辑工具提供如下表所列的7种DEM数据高程值编辑方法。

表11.5 编辑DEM高程值的7种方法vii 方法 Replace with value Replace with mean Smooth Median Filter Noise Removal Triangulate Thin Plate Spline 说明 用指定的值替换感兴趣区内的高程值，需要设定一个替代常量。 用感兴趣区内原来的平均高程值替换整个感兴趣区内的高程值。 对感兴趣区内做低通卷积滤波，需要设定一个卷积核，默认为3x3。 对感兴趣区内做中值卷积滤波，需要设定一个卷积核，默认为3x3。 如果感兴趣区内原高程值大于其周围高程值的标准差，则用周围高程值的中值代替。 用三角内插算法对感兴趣区内的高程值重新插值。 用薄板样条插值算法对感兴趣区内的高程值重新插值。 编辑DEM的具体操作步骤如下：

（1）在主菜单中，选择Topographic—DEM Extraction—Edit DEM Result，在文件选择框中选择需要编辑的DEM数据，打开DEM编辑工具（图11. 20）。

（2）选择ROI定义窗口（Window）：本实验中选择Image。 （3）选择ROI定义类型（Type）：选择Polygon。

（4）选择像素值编辑方法（Method）：选择Replace with mean。

（5）在Image窗口单击鼠标左键绘制多边形，单击鼠标右键闭合多边形。

（6）在DEM Editing Tool对话框中，单击Apply to Region of Interest按钮，执行编辑。 （7）在Image窗口中，单击鼠标中键删除已绘制的ROI区域，重复上述5-6步骤继续编辑其它区域的DEM。

（8）在Undo功能区内显示了编辑次数，利用Undo Last Edit或者Undo All Edit按钮可以取消之前或所有的编辑操作。

（9）完成所有的DEM编辑区域后，单击Save Changes按钮，保存修改结果。

图11. 20 DEM编辑窗口

11.3.4 立体3D量测工具

立体3D量测工具（The Stereo Pair 3D Measurement Tool），可以从两幅立体像对中量测一个点的高程信息，并可以输出为ASCII文件、EVF矢量文件和ArcView 3D shapefi1e文件。

具体操作过程如下：

（1）在主菜单中，选择File—Open Image选择BANDA.TIF和BANDF.TIF文件打开。 （2）在主菜单中，选择Topographic—DEM Extraction—Stereo 3D Measurement，选择BANDA.TIF作为左视图像（Left Stereo Pair Image），选择BANDF.TIF作为右视图像（Right Stereo Pair Image）。打开Stereo 3D Measurement Tool对话框（图11.21）。

（3）在左图像或右图像窗口中，用Zoom的十字光标定位到需要收集的点位。单击Pre- dict Right或者Predict left按钮可以预测另外一个图像上对应位置。如果预测精度太差，单击Params按钮，将Search Window size的值调大一些，或者手动进行调整。

（4）单击Get Map Location按钮，获取当前位置坐标。

（5）单击Export Location按钮，导出坐标信息（图11. 22）。

（6）在ENVI Point Collection对话框中，可以查看所有收集的点坐标信息。选择File—Save Point As选择一种保存格式。

图11.22 导出的坐标信息

图11.21 Stereo 3D Measurement Tool对话

框

11.3.5 核线图像3D光标工具

核线图像3D光标工具（Epipolar 3D Cursor），可以在3D立体视图环境中，基于已存在的核线立体图像作3D量测，并可以输出为ASCII文件、EVF矢量文件和ArcView 3D shapefi1e文件。

使用这个工具之前，必须确保有核线图像构成立体像对。生成核线图像的方法有两种，一是可以在DEM自动提取向导的Step6（图11.14）中的Generating Epipolar Image中生成，也可以利用主菜单—Topographic—DEM Extraction—Build Epipolar Images生成。

（1）在主菜单中，选择Topographic—DEM Extraction—Epipolar 3D Cursor。分别选择已生成的左右核线图像。单击OK按钮，则左核线图像作为红色波段、右核线图像作为蓝色波段显示在Display中，同时打开Epipolar 3D Cursor对话框（图11.23）。

图11.23 Epipolar 3D Cursor对话框

（2）在主图像窗口中，鼠标显示为红色和蓝色指针。当用立体眼镜观察时，两个指针合并为一个指针。指针的控制是通过鼠标和键盘来完成的。

➢ 鼠标移动：移动3D指针

➢ 鼠标左键：使3D指针吸住（Snap）地面

➢ 鼠标中键：将当前点的（x，y，z）坐标导入ENVI Point Collection Table中 ➢ 向上箭头（键盘）：向上移动3D指针一个像素单位 ➢ 向下箭头（键盘）：向下移动3D指针一个像素单位 ➢ 向右键头（键盘）：向右移动3D指针一个像素单位 ➢ 向左箭头（键盘）：向左移动3D指针一个像素单位 ➢ 加号（+）（键盘）：增加3D指针表观高程 ➢ 减号（-）（键盘）：减少3D指针表观高程

（3）在主图像窗口中，移动鼠标到需要收集的位置，单击鼠标左键使得3D指针吸住（Snap）地面。

（4）如果对3D指针定位位置满意，单击鼠标中键可以将当前点的（x，y，z）坐标导入ENVI Point Collection Table中。

11.4 等值线插值生成DEM

11.4.1 矢量等高线插值DEM

等值线（Contour）是DEM 的一种表达方式，是由数值相同的点依次连接而成的曲线。等值线插值法是比较常用的DEM生成算法，它根据局部等值线上的高程点，通过插值公式计算各点的高程，得到DEM。ENVI的Convert Contours to DEM工具采用线性（Linear）或五次多项式内插（Quintic）插值算法，对矢量等高线进行插值，输出一个连续的栅格DEM文件。

矢量数据必须是ENVI矢量格式数据（. evf）。如果矢量数据是其它格式（如Shapefile），在ENVI中打开该格式的文件ENVI会自动将该格式的矢量数据转换成ENVI矢量格式。EVF文件必须包含用于指定每个矢量等高线的高程属性文件，即.dbf文件。图11.24为本节实验所需的矢量等高线文件。该等高线是在ArcGIS中利用已有的DEM数据提取获得的。

图11.24 矢量等高线文件

启动Convert Contours to DEM工具有两种方式：可以通过主菜单选择Topographic—Convert Contours to DEM；也可以选择vector—Convert Contours to DEM。

选择矢量等高线数据，打开Convert Vector Elevation Contours to Raster DEM对话框（图11.25），需要定义如下参数。

（1）高程属性字段（Elevation Attribute Column）：选择存储高程信息的字段。

（2）设置有效高程范围（Va1id Elevation Range）：可选项，设置用于插值的高程值。 （3）输出像元大小（Output pixel Size）：根据矢量信息自动计算一个值，如重新设置一个值，要适当大于矢量节点的采样距离。

（4）输出数据类型（Type）：根据高程值覆盖范围选择一个数据类型，本例中选择Integer。

（5）插值算法（Gridding Interpolation Method）：线性（linear）或者五次多项式内插（Quintic）。

（6）是否外推图像边沿（the Extrapolate Edge of Image）：Yes或No。

（7）选择空间子集（Spatially Subset Output DEM）：基于地图坐标范围（Map）或者文件（File）。

（8）定义输出投影参考（Select Output Projections）：WGS-84，Zone49。

（9）单击OK按钮，打开DEM Output Parameters对话框，选择DEM输出路径及文件名，单击OK按钮，执行操作。得到DEM图像（图11.26）。

图11.25 Convert Vector Elevation Contours to Raster DEM对话框

图11.26 等值线插值生成的DEM图像 图11.27 原DEM图像

图11.28 由等值线插值生成的DEM 3D图像

图11.29 由原DEM生成的3D图像

11.4.2 高程点文件插值DEM

ENVI的Rasterize Point Data工具，基于Delaunay三角测量原理，用线性（Linear）或五次多项式内插（Quintic）内插算法，将ASCII文本类型的不规则点数据内插为一幅栅格图像（DEM）。

本例中所用DEM数据来自SRTM 90m DEM数据viii ，高程点文件是通过ArcGIS软件利用该DEM数据获取的。

高程点文件插值生成DEM具体步骤如下：

启动Rasterize Point Data工具有两种方式：可以通过主菜单选择Topographic—Rasterize Point Data，也可以选择vector—Rasterize Point Data。

（1）在Enter ASCII Grid Points Filename对话框中选择需要输入的高程点文件。 （2）在Input Irregular Grid Points对话框中（图11.30），使用增减箭头按钮输入包含X、Y位置和Z数据值的列数，从列表中选择输入点的投影类型，单击OK按钮，打开Gridding Output Parameters对话框（图11.31）。

图11.30 Input Irregular Grid Points对话框

（3）在Gridding Output Parameter对话框（图11.31）中，设置相应参数（如图所示）：输出投影类型。输出像元大小（Output Pixel Size）。插值算法（Interpolation）：线性（Linear）。是否外推图像边沿（Extrapolate Edge）：No。输出数据类型（Type）：Integer。

（4）选择DEM数据路径及文件名。

（5）单击OK按钮，执行插值，生成DEM图像（图11.32）。

图11.31 Gridding Output Parameters对话框

图11.32 由高程点插值生成的DEM图像

图11.33 原DEM图像

i 【遥感专题系列】影像信息提取之—DEM提取[EB/OL]. http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e 9d01017lty.html.

ii 北京星图环宇科技有限公司. ENVI遥感影像处理实用手册[M]. 2005：496. iii 邓书斌. ENVI遥感图像处理方法[M]. 北京：科学出版社，2011：248. iv 【ENVI入门系列】20.地形分析与可视化[EB/OL].http：

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Jarvis A., H.I. Reuter, A. Nelson, E. Guevara. Hole-filled seamless SRTM data V4. International Center for Tropical Agriculture（CIAT）, 2008, available from http://srtm.csi.cgiar.org.

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