1、1基于 DSM 和 DOM 特征的城市变化检测摘要：本文论述了城市地表模型（DSM）获取的几种途径、数据处理的过程，探讨了利用不同时期的 DOM、DSM 对比产生的色差、高差，特别是 DSM 的高差来发现变化，为城市规划和国土资源管理，研究城市变迁，规划土地利用提供服务。 关键词： 地表模型（DSM） ；DOM；变化检测 中图分类号：F291.1 文献标识码：A 文章编号： 0 引言 城市是地球上人类活动最为集中的区域，是人类社会、经济、文化、政治等活动的中心。随着城市化的发展，特别是进入上世纪 90 年代，我国城市化进程高速发展，城市发展和变化日新月异。如何及时掌握和发现城市的变迁和土地利用
2、现状变化、控制城市土地和房产有效利用和合理开发，控制产业合理发展，是各级城市规划、国土管理等政府部门和相关研究机构十分关心的问题。 近年来，在影像自动化对比发现变化方面也有许多研究成果，这种方式存在效率低、强度大、误差大、漏检率高等问题。随着航测、遥感技术的不断发展，利用不同时期的遥感影像生成的正射影像数据（DOM，Digital OrthophotoMap）和包含城市建（构）筑物、植被的数字表面模型（DSM，Digital Sueface Model） ，采用相应对比和发现变化的计算机软件能够大大提高变化检测的效率和质量。DOM 已经是一种成熟2的产品，本文着重从 DSM 的获取、DOM 和
3、 DSM 的应用加以研究。 1 DSM 获取 目前采用遥感方法获取城市高分辨率 DSM 有两种途径，一种是基于数码航测手段，通过数码航测、定向建模、生成核线影像、生成 DSM；另一种是通过激光雷达（Lidar，Light Detection And Ranging）手段，Lidar 直接获取三维激光点云，经过滤波和坐标转换就形成了 DSM。 基于数码航测手段 目前专业数码航空摄影仪主要有美国 Z/I 公司的 DMC、奥地利Vexcel 公司的 UCD、瑞士 Leica 的 ADS40/80、国产的 JXDC 等。航空摄影获得航摄影像后，可利用数字摄影测量工作站如VirtuoZo、SSK、Map
4、Matrix，或遥感影像自动化处理系统如 DpGrid、像素工厂（Pixel Factory） 、Realscape 等。 基于数码航测手段在获得数码影像后利用摄影测量工作站或遥感影像自动化处理系统主要依赖于图像处理和特征匹配获取城市三维信息。通过定向、建模，生成核线影像，核线影像经自动和密集匹配后，得到粗略的数字表面模型。城市 DSM 有其自身的特点，城市的建设和发展，大量建（构）筑物的建造，造成城市的地形地貌相比他地区相比较为破碎，通常建（构）筑物的光滑表面和水面会干扰自动密集匹配成果，形成噪声，所以，自动影像匹配所形成的粗略 DSM 还需利用各种现有的基础地理信息，或在立体观测条件下，对
5、噪声进行压制和处理，以其正确反映城市地表的地形地貌的特征。 1.2 基于机载 Lidar 手段 3机载 Lidar 技术是一项自动化生成数字地形模型和数字表面模型的新技术。机载 Lidar 已经成为提取空间高精度三维信息的有效手段。该技术具有高效、高精度、全天候、低成本、信息丰富等特点，可以快速地生成高精度的 DSM。目前国内拥有的机载 Lidar 设备主要有莱卡公司的ALS50I/II、LiteMapper5600、Optech 公司的 ALTM3100/Gemini 等。它融合了激光扫描仪、IMU 惯性测量单元、差分 GPS、摄影仪以及航飞控制与管理系统等多种设备和技术。 1.3 DSM
6、获取方法比较 数码航测和机载 Lidar 数据尽管都能经过处理，获取 DSM 数据，但在 DSM 数据精度、数据处理周期和成本等方面存在很大差异。 1.3.1Lidar 是一种主动式遥感，机载 Lidar 数据获取在不考虑影像数据的情况下，可全天候采集，不受气候和昼夜的影响；机载 Lidar 获取的 DSM 其精度高、噪声小，能够获得较高精度的 DSM 数据。数码航测是一种被动式遥感，航摄受气候、季节和昼夜的影响因素较大，其精度相比机载 Lidar 获取的精度要低，水面和光滑平坦的地物面等都会对航测手段获取的 DSM 带来噪声。 1.3.2 由于 Lidar 数据处理方法简单，经过简单的坐标转
7、换、航线数据拼接和滤噪处理就能获得 DSM 数据；航测获取数据后需要经过三处理、影像的密集匹配、噪声过滤盒 DSM 模型拼接等处理过程。相比航测数据处理过程，机载 Lidar 的数据处理的周期更短。 2 DOM 和 DSM 的变化检测应用 城市的快速发展使得城市的变化日新月异，城市规划、建设和管理4亟需一种科学的，发现城市变化的手段，利用不同时期的航空影像生成DOM 和 DSM，定期检测变化，指导城市规划、建设和管理。 2.1 变化检测的数据获取 遥感影像加工处理，生成两个不同时段的 DOM 和 DSM 模型，根据两个 DSM 模型的高度差和 DOM 的色差可以发现的变化区域。从遥感影像到DS
8、M 数据处理过程中都存在一定误差，但人工建（构）筑物至少在 3M 以上，可以通过设置一定的高差阈值和面积阈值滤除误差、噪音以及应用所不关心的微小变化。在差值 DSM 上对其进行二值化提取，边缘跟踪等基本的图像处理手段，可以获取在差值 DSM 上的待选变化区域，也就是高度发生变化的区域；在赋予 DOM 色彩的 DSM 上，在限定 DSM 差值范围内，同样可以根据色差提取变化区域，通过设定的色差阈值滤除二次摄影太阳高度角和季节不同带来的色差，通过边缘跟踪等基本图像处理手段获取待选变化区域。 2.2 变化检测数据分析 变化检测区域既有人工建（构）筑物的变化，如楼房、道路等，亦有地貌的变化，如河道、滩
9、涂和植被等。既有高度变化，亦有色彩变化，所以应区分处理。对于人工建（构）筑物等多为规则几何形状，反映在某一投影面上是直线的，可采用经典的 Hough 变换提取新、老 DSM 模型中的直线特征，并以匹配算法对检测区域进行匹配检测，也可采用灰度匹配的检测方法或基于梯度方向直方图的检测方法实现变化检测。 2.3 变化检测成果的应用 利用 DSM 和 DOM 进行变化检测可以应用于城市规划，以发现城市的5变迁、发展态势和城市土地利用情况；应用于国土和水利管理，调查土地使用和变化情况、滩涂和河道变化情况，发现并定量分析违法土地使用；应用于房产管理，可以调查建筑物的新建、拆除、改建情况，发现并定量分析违章
10、建筑情况；应用于城市绿化管理，可以分析植被生长情况；应用于测绘，可以发现城市大面积变化情况，指导有目的的测绘更新。 利用 DSM 和 DOM 进行变化检测应用的领域是十分广泛的，如何充分应用这一信息资源值得进一步深入的调查研究和分析，作为重要的基础地理信息资源，可以将 DOM 和 DSM 成果部署在地理信息公共服务平台，通过平台的影响力和城市规划、建设和管理各行业的专业特点，发现应用的领域，拓展成果的应用。 3 结束语 本文论述了利用 DOM、DSM 进行变化检测，获取 DOM、DSM 的方法，进行变化检测的基本原理和应用领域。DSM 既开拓了遥感影像生成的产品种类，也为利用遥感信息资源进行变化检测，进一步拓展该信息资源的应用价值和应用深度探索了新途径，较以往利用遥感信息资源变化检测手段，更能够充分挖掘遥感信息资源的利用价值，实现计算机自动化处理和发展变化。 参考文献： 1张继平等，基于 DSM 和影像特征的城市变化检测J，遥感技术与应用，2002,17（5）,240-244. 62汪承义，赵忠明，基于 LIDAR 数据的城市数字表面模型生成技术J ，计算机工程，2008（1） ；59-63. 3穆里娜，李发红，城市 DSM 的获取技术与应用，陕西师范大学学报（自然科学版） ，2008，36（专辑）,117-131.
