羅茜

（江西省測繪成果質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心 江西南昌 330209）

規(guī)則格網(wǎng)DEM質(zhì)量檢查與評價系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

羅茜

（江西省測繪成果質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心 江西南昌 330209）

對DEM數(shù)據(jù)檢查、質(zhì)量評價的技術(shù)和方法，進(jìn)行系統(tǒng)的研究和探討，并就如何實現(xiàn)DEM的可視化檢查及規(guī)則格網(wǎng)DEM進(jìn)行粗差探測。利用Visual C#結(jié)合ArcEngine9.3開發(fā)出一套DEM質(zhì)量檢查與精度評定實驗系統(tǒng)。實現(xiàn)了DEM高程精度評定、接邊精度檢查、等高線套合差檢查、格網(wǎng)點粗差檢查，以及分層設(shè)色、暈渲圖等可視化輔助檢查功能。根據(jù)江西省范圍內(nèi)部分1：10000及1:50000兩種比例尺標(biāo)準(zhǔn)分幅格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)，對實驗系統(tǒng)的功能及運行進(jìn)行了測試。

DEM；質(zhì)量檢查；地形可視化；粗差探測

1 引言

數(shù)字高程模型 (Digital Elevation Model)簡稱DEM，它是地形表面簡單的、離散的數(shù)字表示模型，通常所說的DEM是指具有規(guī)則格網(wǎng)間距的高程數(shù)據(jù)集，一般以柵格數(shù)據(jù)的形式表示。數(shù)字高程模型是通過有限的地形高程數(shù)據(jù)實現(xiàn)對地形曲面的數(shù)字化模擬,或者說,是地形表面形態(tài)的數(shù)字化表示，DEM是GIS地理數(shù)據(jù)庫中最為重要的空間信息資料，是GIS、RS、VR等領(lǐng)域賴以進(jìn)行三維空間數(shù)據(jù)處理與地形分析的核心內(nèi)容,是國家地理信息的基礎(chǔ)內(nèi)容之一。DEM作為新一代數(shù)字測繪產(chǎn)品已在測繪、資源環(huán)境、災(zāi)害防治等與地形分析有關(guān)的各個領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用,也在國防建設(shè)與國民生產(chǎn)中取得了重要和廣泛的應(yīng)用。

對DEM質(zhì)量進(jìn)行檢查、處理與控制已成為空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)中一個重要環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)理論研究方向之一。DEM數(shù)據(jù)質(zhì)量好壞直接影響應(yīng)用DEM進(jìn)行分析的結(jié)果及其可靠性，因此，對DEM進(jìn)行有效的質(zhì)量檢查與評價，是保證DEM數(shù)據(jù)有效使用的關(guān)鍵所在。

2 DEM質(zhì)量檢查與評價系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計原則

2.1.1 實用性

系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)首先考慮實用性原則，為各級質(zhì)量檢查部門提供實用、高效的檢查手段。

2.1.2 高效率

質(zhì)量檢查內(nèi)容復(fù)雜，運算量大。因此，應(yīng)保證系統(tǒng)具有一定的檢查效率，以滿足信息化測繪檢查工作的需要。

2.1.3 通用性

具有通用性，兼容不同格式（格網(wǎng)）DEM及不同種比例尺數(shù)據(jù)。

2.1.4 標(biāo)準(zhǔn)化

系統(tǒng)代碼編碼、檢查方法和手段、分析評價、系統(tǒng)集成等均將采用標(biāo)準(zhǔn)化方法。應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，沒有標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的，采用業(yè)界通用做法。

2.1.5 易擴充

系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)用戶需要做相應(yīng)修改和擴充，具有很好的功能擴充性。

2.2 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境

操作系統(tǒng)為:Windows XP；

系統(tǒng)硬件開發(fā)環(huán)境為:CPU P2.8G2G內(nèi)存，500G硬盤；

系統(tǒng)開發(fā)工具:VisualStudio 2005 C#、Arc Engine9.3

2.3 系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計

2.3.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)是一個系統(tǒng)中設(shè)計的關(guān)鍵和重點，系統(tǒng)以面向?qū)ο鬄楹诵模瑥倪壿嫿Y(jié)構(gòu)上將其劃分為支持層、軟件層和應(yīng)用層三層體系結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

圖2-1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

2.3.2 系統(tǒng)功能組成

系統(tǒng)包括檢查工程管理、DEM質(zhì)量檢查模塊、DEM精度評定模塊、可視化顯示模塊、輔助工具基本操作模塊五大部分。具體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示：

圖2-2 系統(tǒng)功能框圖

2.4 系統(tǒng)界面設(shè)計

系統(tǒng)主界面由圖層控制窗口、地圖顯示窗口、錯誤結(jié)果顯示窗口、工具欄、狀態(tài)欄等組成，如圖2-3所示：

圖2-3 系統(tǒng)主界面

3 DEM質(zhì)量檢查與評價系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

3.1.1 DEM質(zhì)量檢查工程管理

系統(tǒng)提供了檢查工程創(chuàng)建、保存、修改等基本功能，提供了外部數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能，便于多源數(shù)據(jù)的一致性檢核。

3.1.2 DEM可視化

DEM可視化檢查是最直觀的檢查與表達(dá)方式之一，尤其便于DEM粗差的發(fā)現(xiàn)。系統(tǒng)實現(xiàn)了四種基本的可視化形式：暈渲圖、灰度圖、分層設(shè)色圖、等高線圖。效果如圖3-1至圖3-4：

圖3-1 DEM暈渲圖顯示

圖3-2 DEM灰度圖顯示

圖3-3 DEM分層設(shè)色顯示

圖3-4 DEM等高線套合灰度圖顯示

3.1.3 基本檢查功能

主要包括數(shù)學(xué)基礎(chǔ)檢查、數(shù)據(jù)格式檢查、接邊檢查及高程精度檢查。

圖3-5 高程精度檢查

圖3-6 等高線套合檢查

3.1.4 元數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查

批量檢查元數(shù)據(jù)文件格式、元數(shù)據(jù)項名稱、數(shù)據(jù)范圍等內(nèi)容，界面如圖3-7。

圖3-7 元數(shù)據(jù)檢查模塊

3.1.5 錯誤信息存儲和定位

本系統(tǒng)對檢查結(jié)果管理實現(xiàn)了自動化、可視化。用戶只需指定檢查路徑，提供即可在該路徑下自動生成檢查結(jié)果數(shù)據(jù)庫。進(jìn)行檢查時，檢查結(jié)果自動分類，保存到該數(shù)據(jù)庫中，并對當(dāng)前檢查結(jié)果在錯誤結(jié)果顯示界面顯示，用戶點擊每項，系統(tǒng)自動把該檢查結(jié)果縮放到錯誤數(shù)據(jù)所在位置，以便用戶核查。

3.1.6 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能

系統(tǒng)針對常用的 3種 DEM格式:Virtuozo-DEM、國家標(biāo)準(zhǔn)地球空間數(shù)據(jù)交換格式DEM（簡稱CNSDTF-DEM）以及美國地質(zhì)測量局DEM （簡稱USGS-DEM）實現(xiàn)了三種格式的相互自動轉(zhuǎn)換 （圖形－8）。

圖3-8 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換界面

3.1.7 其他功能

系統(tǒng)除提供基本檢查功能外，還提供了DEM標(biāo)準(zhǔn)圖廓計算、DEM統(tǒng)計信息顯示、視圖管理等輔助功能（圖3－9）。

圖3-9 DEM屬性信息查看

3.2 實驗分析

3.2.1 實驗樣區(qū)概況

實驗區(qū)域選取地形相對復(fù)雜的江西贛南地區(qū)，地形總體由山地、高山地組成。海拔最高為1087米，最低為131米。共為13幅l：1萬DEM，4幅1:5萬DEM范圍，東西長約為100公里，南北寬約為19公里，DEM原始數(shù)據(jù)使用攝影測量方法獲取。

3.2.2 數(shù)據(jù)分析

實驗提取的資料有：實驗地區(qū)1∶1萬比例尺地形圖、按照國家DEM生產(chǎn)規(guī)程生成的1∶1萬(5m分辨率)及1∶5萬(25m分辨率)DEM數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)及相關(guān)文檔資料。

本實驗樣區(qū)采用的1：1萬DEM數(shù)據(jù)為 JX4，VirtuoZo立體測圖系統(tǒng)采集產(chǎn)生，經(jīng)轉(zhuǎn)換而形成的標(biāo)準(zhǔn)NSTDF格式數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲為ASCLL文本文件格式，格式如下：

DEM高程值以米為單位。高程數(shù)據(jù)精度保留小數(shù)后三位，放大系數(shù)為1000，高程平移量為0。DEM數(shù)據(jù)范圍按標(biāo)準(zhǔn)分幅范圍向四周外擴100米。坐標(biāo)系統(tǒng)為2000國家大地坐標(biāo)系。

NSDTF文件頭的格式如下：

NSDTF-DEM…………………文件格式標(biāo)志

1.0 …………………………………格式版本

M……………………………………坐標(biāo)單位

0.0 ………………………………………預(yù)留

0.0 ………………………………………預(yù)留

39355415.000 ………DEM矩陣左_上角X坐標(biāo)

2822225.000………DEM矩陣左上角Y坐標(biāo)

5.00…………………………X方向格網(wǎng)寬度

5.00…………………………Y方向格網(wǎng)寬度

938…………………………………矩陣列數(shù)

1269…………………………………矩陣行數(shù)

1000…………………………………高程倍率

3.2.3 實驗結(jié)果

圖3-10 等高線套合檢查效果圖

高程中誤差檢查結(jié)果（部分）：

ID 檢測點X 檢測點Y 理論H HG ΔHG HE ΔHEP1 2819167.993 39356481.715 207.48 206.81 0.67 211.70-4.22 P2 2819292.264 39356302.557 207.17 206.25 0.92 214.10-6.93 P3 2818789.623 39358317.113 247.59 249.18-1.59 247.50 0.09 P4 2819064.918 39358622.399 252.64 244.80 7.84 272.90-20.26 P5 2821221.640 39360633.045 253.31 251.31 2.00 254.70-1.39 P6 2821441.304 39360535.876 270.61 269.46 1.15 273.40-2.79 P7 2822061.582 39360291.575 273.32 272.70 0.62 281.00-7.68 P8 2820983.873 39359908.970 251.00 248.59 2.41 252.00-1.00 P9 2820954.276 39359549.390 246.88 244.73 2.15 250.00-3.12……………………………………P52 2814636.34 39366652.55 328.54 329.76-1.22 337.80-9.26

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)能夠涵蓋GB/T18316-2008標(biāo)準(zhǔn)所有DEM檢查項目，DEM精度檢查模型在應(yīng)用中達(dá)到理想的效果。DEM評價方式完全符合評價標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了DEM的可視化及數(shù)據(jù)檢查管理等功能。

系統(tǒng)對DEM粗差探測算法做了一定的探索，對原有算法進(jìn)行了一些改進(jìn)，提出逐步篩選的方式進(jìn)行粗差探測，但是由于算法本身的局限性，計算工作量較大，此外對于地形變換點的探測易出現(xiàn)誤報的情況，系統(tǒng)下一步計劃加入地形特征線輔助篩選。

［1］湯國安,李發(fā)源,劉學(xué)軍.數(shù)字高程模型[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

［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.