容 茜，沈佳潔

（1.湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430079）

基于DLG的地理國情普查DEM精細化生產(chǎn)方法探索

容 茜1，沈佳潔1

（1.湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430079）

介紹了利用1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)源生產(chǎn)地理國情普查精細化DEM的作業(yè)過程；總結(jié)了DEM制作經(jīng)驗，探索了DEM數(shù)據(jù)檢查方法。實踐證明，該方法適用于大范圍DEM制作，成果質(zhì)量達到標(biāo)準(zhǔn)要求。

地理國情普查；DLG；DEM

DEM是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達，是一定范圍內(nèi)規(guī)則格網(wǎng)點的平面坐標(biāo)(X，Y)以及對應(yīng)高程Z的數(shù)據(jù)集，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述[1-2]。DEM是數(shù)字化測繪4D產(chǎn)品的重要組成部分和國家基礎(chǔ)測繪的重要成果，也是制作DOM的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。DEM數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換為等高線圖、坡度圖、剖面圖、暈渲圖等，用于地形相關(guān)的分析應(yīng)用，在測繪、水文、地質(zhì)、土壤、工程建設(shè)、國防等領(lǐng)域起著積極作用。

在地理國情普查過程中，DEM是地理國情普查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)成果的重要組成部分，由其派生形成的坡度、坡向等數(shù)據(jù)是地形地貌統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)。由于我國國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫中1∶10 000 DEM數(shù)據(jù)成果格網(wǎng)的尺寸為5 m，為了更精細地反映地形特征，以滿足地理國情分析統(tǒng)計和其他相關(guān)應(yīng)用的需要，地理國情普查中需要利用現(xiàn)有1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)和其他相關(guān)數(shù)據(jù)源，進一步細化生成格網(wǎng)尺寸為2 m的DEM數(shù)據(jù)。

1 DEM制作過程

制作DEM有多種方法，根據(jù)數(shù)據(jù)源可分為：基于航空攝影測量影像的方法，基于DLG數(shù)據(jù)的方法和基于已有DEM數(shù)據(jù)的方法。航空攝影測量方法效率高，但數(shù)據(jù)質(zhì)量不如野外測繪方法。利用地形圖內(nèi)插DEM的方法，需要時效性較強的地形圖才能制作相關(guān)DEM[3-4]。常見的DEM生產(chǎn)軟件有ArcGIS、Geoway、VirtuoZo和MapMatrix等。ArcGIS的3D分析模塊，利用等高線或高程點創(chuàng)建TIN，再轉(zhuǎn)換成TIN Grid進行DEM的生產(chǎn)。Geoway軟件，引入已有特征地物的dxf數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化為GeoTin的god格式，然后在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行三角形聯(lián)網(wǎng)，最后生成DEM。VirtuoZo軟件使用模型匹配方法，引入特征地物，通過編輯生成單模型DEM，再進行拼接和圖幅裁切；也可利用DEM Maker模塊，引入已有的地形數(shù)據(jù)作參考，再進行DEM的制作[5]。

圖1 利用1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)DEM流程圖

如圖1所示，在1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，選取等高線、高程點等地形特征數(shù)據(jù)以及水系要素，同時參考各種地形特征信息，基于等高線數(shù)據(jù)采集地形特征點、線，進一步豐富地形特征信息，并按照2 m格網(wǎng)大小，采用TIN內(nèi)插方法生成DEM數(shù)據(jù)。

1.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

從數(shù)據(jù)源中提取高程點、等高線及水系等要素，并進行質(zhì)量檢查，主要檢查高程點、等高線高程賦值的正確性。提取1∶10 000 DLG高程點和等高線數(shù)據(jù)，保留其高程值作為內(nèi)插DEM的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；提取1∶10 000 DLG水系層數(shù)據(jù)，選取面積大于400 m2的靜止水域，如湖泊、水庫、池塘等，并在CAD中處理為封閉的平面。

1.2 特征采集

為了提取精細化DEM，還需在1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采集特征點和特征線：

1）沿山脊、山谷或地形變換區(qū)域采集斷裂線，提高DEM數(shù)據(jù)對真實地形的仿真度，優(yōu)化DEM數(shù)據(jù)的相對高程精度。

2）對于帶狀構(gòu)造物，如公路、鐵路、路堤、依比例尺雙線堤等，按雙特征線采集上端兩側(cè)堤頂和下端兩側(cè)堤腳線。

3）對于流動水域，從上游至下游依次采取高程梯度下降的原則采集特征線，由于河流沿其走向有高差，所以橫向會有稀疏的等值線穿過。

4）面積大于400 m2的水庫、池塘等靜止水域內(nèi)的DEM格網(wǎng)點高程必須保持一致，對于池塘分布零散、數(shù)量多而面積相對較小的情況，可根據(jù)相鄰等高線或高程點，估讀其水涯線高程并自動賦值。

具體的算法思路是：首先僅利用地貌層數(shù)據(jù)生成用于池塘賦值的粗略DEM數(shù)據(jù)；再將單個池塘看作一 個封閉的平面，根據(jù)粗略DEM格網(wǎng)點高程內(nèi)插計算其邊緣點對應(yīng)的高程值；最后在所有邊緣點的高程中選取最小值作為池塘高程，并在1∶10 000 DLG水系層數(shù)據(jù)中對其賦值。

在采集特征點、線的過程中還應(yīng)注意：特征線之間不能交叉，特征點、線與地貌層數(shù)據(jù)不能相互矛盾。

1.3 DEM內(nèi)插

由于不同區(qū)域的地貌差異，進行DEM精細化生產(chǎn)的數(shù)學(xué)內(nèi)插方法也不盡相同。例如，地形連續(xù)完整、等高線信息豐富的山地區(qū)域可采用TIN內(nèi)插算法，而等高線信息稀少的平坦區(qū)域或地形破碎區(qū)域，可靈活采用不同的內(nèi)插算法，如距離變換柵格插值法、地形特征柵格插值法等。本文實驗區(qū)域為山地和高山地，采用TIN內(nèi)插算法進行DEM精細化生產(chǎn)。為了保證圖幅邊緣DEM的精度，還需調(diào)用周邊圖幅數(shù)據(jù)參與內(nèi)插處理，并對DEM數(shù)據(jù)進行接邊，接邊后同名格網(wǎng)點的高程值應(yīng)保持一致。

2 DEM數(shù)據(jù)檢查

地理國情普查精細化DEM的數(shù)據(jù)檢查主要包括：

1）空間參考系檢查。檢查DEM成果數(shù)據(jù)的平面坐標(biāo)系統(tǒng)、高程基準(zhǔn)是否符合規(guī)范要求，各項地圖投影參數(shù)是否正確。

2）位置精度檢查，包括高程中誤差、接邊誤差、套合差檢查。

3）邏輯一致性檢查。檢查數(shù)據(jù)文件的存儲、組織、歸檔是否符合規(guī)范要求。

4）時間精度檢查。檢查生產(chǎn)中使用的各種資料的現(xiàn)勢性是否符合規(guī)范要求。

5）附件檢查。檢查元數(shù)據(jù)文件的組織、命名、格式、個數(shù)、順序是否正確，內(nèi)容填寫有無錯漏；檢查各種基本資料、參考資料的完整性、正確性和權(quán)威性，技術(shù)設(shè)計、技術(shù)總結(jié)、檢查報告、原始記錄以及其他文檔資料的齊全性、規(guī)整性。

在進行位置精度檢查時，影響DEM位置精度的因素很多，其中最主要的因素是生產(chǎn)DEM原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量，其誤差包括原始資料誤差、采集及采集設(shè)備誤差、人為誤差和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差等[6]。因此在精細化DEM生產(chǎn)前，需要對數(shù)據(jù)源中提取的等高線、高程點、水體等要素進行質(zhì)量檢查，主要檢查高程點、等高線高程賦值的正確性；對采集的特征點、線進行質(zhì)量控制，避免人為誤差；對DEM成果中的數(shù)據(jù)范圍、格網(wǎng)尺寸、高程粗差、高程無值區(qū)、DEM反生產(chǎn)等高線與原DLG套合程度等方面進行檢查。

對內(nèi)插生成的DEM進行質(zhì)量檢查，本文采用的方法是利用DEM數(shù)據(jù)反生產(chǎn)等高線圖與原始DLG進行套合（圖2），檢查套合差，確保成果滿足技術(shù)指標(biāo)規(guī)定（表1）。具體的檢查方法是對等高線的谷脊和平滑部分進行隨機采樣得到大量檢查點，檢查DEM反生產(chǎn)的等高線相對于原始地形圖中等高線的位移量，根據(jù)位移量計算高程差異，確保檢查點高程中誤差滿足技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定。對水系要素而言，不允許DEM反生產(chǎn)的等高線穿過靜止水域（湖泊、水庫、池塘等），流動水域（河流等）上下游高程應(yīng)該呈梯度下降。另外，還需要對相鄰兩幅DEM重疊區(qū)的同名格網(wǎng)點高程進行比較，檢查DEM接邊精度。

表1 2 m格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)高程精度分類表[7]

圖2 DEM檢查

3 結(jié) 語

本文介紹了利用1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)源生產(chǎn)地理國情普查精細化DEM的作業(yè)過程，討

論了DEM制作中的特征點、線采集技巧，以及DEM數(shù)據(jù)檢查方法。實踐證明，該作業(yè)流程適于大范圍DEM制作并能確保成果質(zhì)量達到標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 胡永敏.淺談利用ArcGIS制作DEM [J].西部探礦工程,2013, 25(9)：107-108,111

[2] 王家耀.空間信息系統(tǒng)原理[M].北京：科學(xué)出版社,2001

[3] 李全林.數(shù)字高程模型[M].武漢：武漢測繪科技大學(xué)出版社,2004

[4] 史與正,王英,張淑玲.基于VirtuoZoNT的DEM和DOM的制作方法[J].地礦測繪,2013,29(3)：30-32

[5] 杜美慶,李霞,周艷,等.一種高精度DEM的制作方法探討[J].城市勘測,2012,8(4)：83-85

[6] 精明,劉閃閃.簡述DOM、DEM的作業(yè)方法及生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟,2013,4(7)：82-83

[7] GDPJ 08-2013.多尺度數(shù)字高程模型生產(chǎn)技術(shù)規(guī)定[S].

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：1672-4623（2016）11-0039-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.014

容茜，工程師，從事攝影測量方面工作。

2014-07-02。