趙鵬程

（浙江省地理信息中心，浙江杭州310012）

一、引 言

數(shù)字高程模型(DEM)是具有規(guī)則格網(wǎng)間距的高程數(shù)據(jù)集，是用數(shù)字表示地表起伏的一種模型。DEM數(shù)據(jù)在地形三維顯示、流域分析、交通路線規(guī)劃、虛擬地理環(huán)境建設(shè)等方面有許多重要應(yīng)用，已成為數(shù)字城市、數(shù)字省區(qū)地理空間框架建設(shè)中的重要數(shù)據(jù)之一。隨著基礎(chǔ)測繪服務(wù)保障能力的日益增強，各級測繪行政主管部門已逐步建立起多尺度、多時態(tài)的DEM數(shù)據(jù)庫。DEM數(shù)據(jù)按照格網(wǎng)間距一般分為5 m、25 m和50 m 3種尺度，不同尺度有可能采用不同的生產(chǎn)方式;DEM數(shù)據(jù)更新既有根據(jù)基礎(chǔ)測繪計劃進行的定期批量更新，又有根據(jù)重大工程竣工進行的動態(tài)更新，從而導(dǎo)致DEM數(shù)據(jù)在不同尺度之間存在著不一致的可能。

為確保共享服務(wù)數(shù)據(jù)的權(quán)威性，需要對數(shù)據(jù)之間的不一致情況進行處理。完全采用人工方式進行檢查處理耗時耗力，數(shù)據(jù)檢查效率低下，很難滿足數(shù)據(jù)高現(xiàn)勢性的要求。已有不少研究將GIS軟件或開發(fā)數(shù)據(jù)質(zhì)檢輔助工具用于單尺度DEM數(shù)據(jù)質(zhì)檢［1］，取得了較好的應(yīng)用效果，但是對于多尺度DEM數(shù)據(jù)之間的一致性檢查仍有很多工作要做。本文結(jié)合工作實踐，探討了基于ArcGIS軟件平臺，結(jié)合開發(fā)嵌入式質(zhì)檢工具與ArcGIS 10.0以上版本工具來提高多尺度DEM數(shù)據(jù)一致性檢查效率的方法。

二、DEM數(shù)據(jù)建庫流程

不同尺度的DEM數(shù)據(jù)建庫流程有所不同，5 m格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)的建庫和更新流程與25 m、50 m的DEM有所區(qū)別。一般5 m格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)建庫時，直接從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫中提取相應(yīng)尺度的DEM數(shù)據(jù)，經(jīng)質(zhì)檢合格后鑲嵌接邊形成完整的DEM庫體數(shù)據(jù);若檢查不合格，則采用與25 m、50 m格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)類似的生產(chǎn)方式，即從1∶10 000 DLG文件中提取等高線和其他特征要素，應(yīng)用GeoTIN軟件構(gòu)TIN內(nèi)插重采樣，再利用ERDAS IMAGINE進行鑲嵌接邊，形成完整的庫體成果(如圖1所示)。DEM數(shù)據(jù)庫建成后，更新時將最新5 m格網(wǎng)DEM與原始DEM進行鑲嵌，更新數(shù)據(jù)與相鄰數(shù)據(jù)進行接邊處理。25 m格網(wǎng)和50 m格網(wǎng)間距DEM數(shù)據(jù)根據(jù)5 m格網(wǎng)DEM對應(yīng)圖幅TIN文件內(nèi)插重采樣逐級更新，同時更新元數(shù)據(jù)文件。

在DEM數(shù)據(jù)庫的建庫流程中，灰色填充的矢量數(shù)據(jù)編輯、構(gòu)三角網(wǎng)、接邊鑲嵌是容易出錯的環(huán)節(jié)，因此也是進行DEM數(shù)據(jù)庫質(zhì)檢的重要節(jié)點。從DEM數(shù)據(jù)建庫更新過程可以看出，DEM數(shù)據(jù)涉及3個層面的一致性需求:首先是DEM數(shù)據(jù)與DLG數(shù)據(jù)之間的一致性;其次是DEM數(shù)據(jù)庫成果與分幅成果之間的一致性;最后是不同尺度DEM數(shù)據(jù)庫成果之間的一致性。本文主要討論不同尺度DEM之間的一致性錯誤檢查。

圖1 DEM數(shù)據(jù)建庫技術(shù)流程

三、DEM數(shù)據(jù)檢查內(nèi)容

1.常規(guī)檢查內(nèi)容

DEM數(shù)據(jù)庫檢查包含過程檢查與成果驗收檢查，過程檢查注重對DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量進行檢查;驗收檢查則側(cè)重于對整合后的數(shù)據(jù)庫整體質(zhì)量特征進行驗證與確認。

過程檢查主要是對原始文件、數(shù)據(jù)接邊與數(shù)據(jù)重采樣情況進行檢查。原始文件檢查關(guān)注原始DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量及完整性，主要檢查數(shù)據(jù)是否存在異常值，格網(wǎng)間距、坐標系統(tǒng)、數(shù)據(jù)格式是否正確，數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性及數(shù)據(jù)庫成果與分幅成果的一致性;接邊檢查關(guān)注拼接后數(shù)據(jù)的接邊處是否存在錯位、同名點高程值是否相同;重采樣檢查關(guān)注重采樣后數(shù)據(jù)的投影坐標、格網(wǎng)間距是否正確，多比例尺縱向一致性及同名點高程是否一致等。

成果驗收檢查包括對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)質(zhì)量與數(shù)據(jù)完整性進行檢查，更注重對數(shù)據(jù)庫完整性及數(shù)據(jù)庫中不同比例尺序列之間的一致性檢查。數(shù)學(xué)基礎(chǔ)檢查關(guān)注采用的空間定位參考系是否正確;數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查關(guān)注數(shù)據(jù)范圍、數(shù)據(jù)高程精度、接邊精度等是否符合DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量要求;數(shù)據(jù)完整性檢查關(guān)注數(shù)據(jù)內(nèi)容是否完整，數(shù)據(jù)格式是否正確。

2.一致性檢查內(nèi)容

無論是在過程檢查階段，還是在成果驗收檢查環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)一致性都是檢查的重點內(nèi)容。常規(guī)DEM檢查包括人工判讀、利用已知高程點自動檢查、等高線回放、分層設(shè)色和三維可視化等方法［2］。對于一些不需過多人工經(jīng)驗干預(yù)的一致性問題，可以通過開發(fā)數(shù)據(jù)質(zhì)檢工具來提高數(shù)據(jù)質(zhì)檢效率，此類問題包括:高程異常值(包括裂縫、黑邊、靜水面高程是否一致)、分幅數(shù)據(jù)接邊處的高程偏差、多尺度格網(wǎng)間距數(shù)據(jù)之間縱向一致行檢查等。DEM數(shù)據(jù)庫中也存在大量縱向一致性問題需要結(jié)合計算機輔助檢查與人工目視判讀才能發(fā)現(xiàn)。

四、DEM數(shù)據(jù)一致性檢查方法

1.開發(fā)嵌入式質(zhì)檢工具

由于DEM數(shù)據(jù)存儲模式與ArcGIS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，本文基于ArcGIS+C#.NET平臺開發(fā)質(zhì)檢工具。當DEM庫體數(shù)據(jù)與原始分幅數(shù)據(jù)進行一致性比較時，需調(diào)用MicroStation軟件的相關(guān)接口。為了確保檢查工具的靈活性，可以將被檢查數(shù)據(jù)、檢查參考數(shù)據(jù)、質(zhì)檢結(jié)果路徑、分析工作區(qū)范圍等參數(shù)開放出來，供檢查人員進行自由設(shè)置。質(zhì)檢工具界面設(shè)計如圖2(a)所示。通過適當?shù)膮?shù)設(shè)置，既可以對單一尺度的DEM數(shù)據(jù)進行檢查，了解該數(shù)據(jù)是否存在明顯異常值(即高程過高或過低)、接邊高程偏差、海域面高程值不為0、靜水面高程值不一致等問題;也可以將某個尺度的DEM數(shù)據(jù)作為參考數(shù)據(jù)，用來校驗較小尺度的DEM數(shù)據(jù)在相應(yīng)格網(wǎng)區(qū)間，彼此高程值是否吻合。

按照錯誤類型及分幅圖號對數(shù)據(jù)進行分組統(tǒng)計，如圖2(b)所示，以便檢查人員有側(cè)重地選擇需要復(fù)查的數(shù)據(jù)，可雙擊定位。鑒于數(shù)據(jù)質(zhì)檢工具的高效性，在設(shè)計開發(fā)工具時，也可以將元數(shù)據(jù)完整性與規(guī)范性的質(zhì)檢功能整合進來進行批處理檢查。

2.模擬等高線回放的分層設(shè)色

人工判讀、等高線回放、分層設(shè)色是進行DEM精度檢查的重要手段。等高線回放是將內(nèi)插生成的DEM根據(jù)內(nèi)插算法生成等高線，并將新生成的等高線和原始等高線進行比較，檢查等高線誤差的實際狀況。通過該方法可以檢查DEM精度的總體狀況及其與實際地形吻合程度［3］。分層設(shè)色是根據(jù)格網(wǎng)點不同高程值分別用相應(yīng)的色彩，按格網(wǎng)點位置連續(xù)顯示為分色圖像，從而直觀地觀察地形走向及其大致輪廓。

ArcGIS 10.0版本提供色彩離散(discrete color)功能，通過采用適當?shù)纳史桨?，對各尺度DEM數(shù)據(jù)按高程設(shè)色，可以模擬出等高線回放的視圖效果。采用該方法可以充分結(jié)合分層設(shè)色與等高線回放檢測的優(yōu)點。該方法的核心在于準確設(shè)置數(shù)據(jù)離散間隔參數(shù)(number of colors)，該參數(shù)應(yīng)與DEM數(shù)據(jù)的分辨率保持一致，即5 m格網(wǎng)DEM的參數(shù)值設(shè)為5 m，其他尺度同理設(shè)置。各尺度DEM數(shù)據(jù)進行色彩離散后效果如圖3所示。

圖2 一致性檢查工具參數(shù)設(shè)置及檢查結(jié)果界面

圖3 數(shù)字高程模型符號化示例

至此，再結(jié)合人工目視判斷的方式則較為容易發(fā)現(xiàn)DEM數(shù)據(jù)異常區(qū)域。使用ArcGIS自帶的點查詢工具，點擊疑似異常區(qū)域的柵格矩陣，得到各比例尺DEM數(shù)據(jù)的高程值，即可通過人工經(jīng)驗判讀高程值是否存在異常。

五、結(jié)束語

上述兩種檢查方法均已成功運用在實際工作中，對于較大區(qū)域范圍的DEM數(shù)據(jù)檢查起到了較好的效果。不過，僅依靠上述方法進行一致性檢查還是不夠的，在實際工作中還需結(jié)合多種檢查方法來共同確保DEM數(shù)據(jù)的一致性。

［1］ 王劍輝.ArcGIS中ModelBuilder建模工具在DEM質(zhì)量檢查中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012(16):14-15.

［2］ 李志林，朱慶.數(shù)字高程模型［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2001.

［3］ 王曉東.DEM精度檢查與質(zhì)量評估系統(tǒng)研究［D］.長春:吉林大學(xué)，2006:27-29.

［4］ 陳艷麗.1:10000DLG生產(chǎn) DEM的質(zhì)量檢查與評定［J］.地理空間信息，2011，9(2):29-31.