戴 騰，張 亮，胡 菡，陳方清

（1．湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

1∶10 000 DLG生產(chǎn)DEM的關(guān)鍵問題研究

戴 騰1，張 亮1，胡 菡1，陳方清1

（1．湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

介紹了利用1∶10 000 DLG生產(chǎn)DEM的一般流程，針對DEM生產(chǎn)中出現(xiàn)的特征點不足和構(gòu)TIN產(chǎn)生的“平臺效應(yīng)”，設(shè)計了一套基于ArcGIS的優(yōu)化處理方案，對DEM的快速生產(chǎn)有一定參考價值。

DEM；TIN；平臺效應(yīng)；ArcGIS

目前，DEM應(yīng)用甚廣，利用已有DLG成果生成DEM的方法也已成熟。閔元等對1∶10 000 DLG生產(chǎn)DEM中的主要問題做了總結(jié)[1]，高源鴻等研究了GeoTin在1∶10 000 DEM制作中的應(yīng)用[2]，宋敦江等研究了由等高線建立DEM的YUE-HASM方法[3]，劉志平等研究了ArcGIS下DEM生成的方法[4]，任岳森等研究了ArcGIS支持下的海岸帶DEM構(gòu)建與精度評估[5]，李慧等驗證了DEM生產(chǎn)工藝改造在基礎(chǔ)測繪項目應(yīng)用的可行性[6]。研究表明，在1∶10 000 DEM生產(chǎn)中，如能快速有效地增補一定量的特征點和消除構(gòu)TIN產(chǎn)生的“平臺效應(yīng)”，將大大提高DEM的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。本文將針對這兩大問題，探索ArcGIS下的解決方案。

1 1∶10 000 DLG生產(chǎn)DEM的工藝流程

利用DLG成果生產(chǎn)DEM的原理是利用1∶10 000 DLG上的地形、自然及人工地貌要素，包括等高線、高程點、部分湖泊、水庫等數(shù)據(jù)，通過構(gòu)TIN內(nèi)插生成格網(wǎng)形式的DEM數(shù)據(jù)。其中數(shù)據(jù)預(yù)處理是DEM生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其主要內(nèi)容如下：

1）建立地形高程信息層（TERLK），存儲從DLG中提取的高程點和等高線。等高線要盡可能連續(xù)，視不同情況處理如下：①等高線遇注記要素被隔斷，應(yīng)順勢連通；②等高線遇雙線河要素被隔斷，應(yīng)根據(jù)地形特征順勢連通；③等高線遇陡崖、陡石山等要素被隔斷，應(yīng)將陡崖上、下坡線的2條等高線連通，中間的等高線不連，構(gòu)TIN時視為等坡面。

2）建立水涯線層，命名為WTLNT，存儲從DLG中提取的圖上面積大于1 cm2的封閉水域，如池塘、湖泊和水庫，并根據(jù)相鄰等高線或高程注記點估讀其水涯線高程。當面積水域跨圖幅時，以圖廓線為邊線各自形成閉合曲線并賦相應(yīng)高程。

3）為避免出現(xiàn)不合理的“平三角形”，需對原圖沒有高程注記點的山頭、洼地、鞍部及彎曲等高線兩側(cè)、自由圖邊的邊角處補充一定量的特征點，并估讀其高程值，估讀誤差不超過1/3等高距。

2 關(guān)鍵問題的解決

2.1 特征點的補充

在數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中，對原圖增補特征點是一項繁雜的工作，人工估讀高程也容易出錯。鑒于此，本文設(shè)計了一種最大坡度近似估讀算法，在補充特征點的同時，自動估賦高程信息，提高了效率。

2.1.1 原理分析

以增補的特征點為中心，以固定搜索半徑在東、南、西、北、東北、東南、西北、西南等8個方向上搜索距其最近和次近的等高線，然后分別找出與最近和次近等高線最大坡度方向上（即距離最短）的交點，并記錄方向、這2點的高程、這2點與特征點的距離等信息。最后根據(jù)搜索結(jié)果對特征點與周邊等高線關(guān)系作出相應(yīng)判斷，用線性計算求出特征點的高程。

2.1.2 具體算法實現(xiàn)

設(shè)C點為特征點，A點為8個方向中與最近等高線最大坡度方向上的交點，B點為8個方向中與次近等高線最大坡度方向上的交點，記HA、HB、HC分別為A、B、C三點的高程，AC、BC分別為A、C兩點和B、C兩點的距離，如圖1所示。判斷和計算規(guī)則如下：

1）若8個方向可搜索到的最近等高線唯一，說明該點處于山頭或者洼地（點位情況1），在搜索結(jié)果中按距最近和次近等高線距離最近方向交點計算。計算方法如下：

2）若8個方向上找到的最近等高線僅為2根，說明該點介于2等高線之間（點位情況2），在搜索結(jié)果中按距此2等高線距離最短方向交點計算，但要區(qū)分A、B兩點的高程大小。假設(shè)A點的高程比B點的高程高，計算公式為：

3）若8個方向上找到的最近等高線不止2根，但所有最近等高線的高程值只有2種，說明該點位于鞍部（點位情況3），按距2種不同高程值等高線距離最近方向交點計算，計算方法同2）。

4）若8個方向上均搜索不到次近等高線或均不屬于1）～3）情況，則在圖上作出明顯標記，以待人工判讀其高程。

圖1 8方搜索示意圖

2.2 “平臺效應(yīng)”的消除

2.2.1 模型搭建

利用ArcGIS直接構(gòu)TIN，在等高線曲線趨勢變化較大的地方容易出現(xiàn)“平臺效應(yīng)”，需增加特征點、線來進行調(diào)整[7]。本文基于ArcGIS平臺，設(shè)計了一套自動補點的解決方案，通過ArcGIS Model Builder搭建模型完成（如圖2所示），收到了良好的效果。

圖2 模型構(gòu)建示意圖

模型描述如下：

1）對ArcGIS直接構(gòu)TIN的結(jié)果反生等高線，與DLG原圖上等高線進行疊加分析，利用ArcGIS的Analyst Tools-＞Overlay-＞Symmertrical Difference工 具提取出現(xiàn)平臺的區(qū)域；

2）對提取出的平臺區(qū)域進行構(gòu)TIN，得到平臺區(qū)域的構(gòu)TIN三角面；

3）對這些三角面按要求進行篩選，保留篩選后的結(jié)果；

4）將通過篩選的三角面轉(zhuǎn)成點，并通過內(nèi)插計算將值提取到其中。

2.2.2 實驗比較

為驗證方法的有效性，在ArcGIS平臺下將經(jīng)過模型處理前后的構(gòu)TIN結(jié)果進行了比較。圖3 a是未經(jīng)模型處理的結(jié)果，TIN上平臺明顯，平臺處高程值相同；圖3 b是經(jīng)過模型處理后的結(jié)果，TIN上平臺已消除，山形與實際地貌更加貼合。

圖3 模型處理前后對比圖

3 結(jié) 語

在實際應(yīng)用中，利用近似最大坡度線性計算來增補特征點和ArcGIS Model Builder搭建模型消除“平臺效應(yīng)”相結(jié)合的方法大大減少了DEM生產(chǎn)中的繁雜勞動，但仍需完善。例如，利用模型產(chǎn)生的點過于密集，數(shù)據(jù)量激增，在大范圍生產(chǎn)時資源負荷重，可考慮按平臺和碎面面積先行篩選或其他手段優(yōu)化修正，也可探索補充特征線與特征點相結(jié)合的方法，這是今后進一步研究的一個方向。

[1] 閔元,楊進,方強．1∶1萬DEM數(shù)據(jù)生成和建庫主要問題探討[J]．太原科技,2010(1)：99-101

[2] 高源鴻,王娜．GeoTIN在1∶10 000 DEM數(shù)據(jù)制作中的研究[J]．測繪與空間地理信息,2008,31(5)：175-178

[3] 宋敦江,岳天祥,杜正平．由等高線建立DEM的YUEHASM方法研究[J]．地理信息科學學報,2009,11(3)：325-331

[4] 劉志平,張素華,杜啟勝,等．基于ArcGIS的DEM生成方法及應(yīng)用[J]．地理空間信息,2009,7(5)：69-71

[5] 任岳森,羅美雪．ArcGIS支持下的海岸帶DEM構(gòu)建與精度評估分析[J]．地理空間信息,2011,9(6)：93-95

[6] 李慧,薛萍． DEM生產(chǎn)工藝改造在基礎(chǔ)測繪項目中的可行性應(yīng)用[J]．測繪標準化,2009,25(1)：35-37

[7] 祝曉坤,岳京憲,李鳴．1∶10 000 DEM生產(chǎn)工藝改進方法研究和應(yīng)用[J]．北京測繪,2007(3)：1-4

P208

B

1672-4623（2014）01-0142-02

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.049

戴騰，高級工程師，研究方向為航空攝影測量。

2012-12-05。