許嘉昌 周錫圳

DEM數(shù)字地面模型在國土測量中的應(yīng)用

許嘉昌 周錫圳

測量是國土資源管理擔(dān)負(fù)的基礎(chǔ)性職責(zé)。我國地緣遼闊，政府科學(xué)配置國土資源，強(qiáng)化監(jiān)督國有土地，構(gòu)建動態(tài)的土地市場下的地市場監(jiān)測機(jī)制，推動農(nóng)業(yè)用地的流轉(zhuǎn)，這些都需要以土地測量數(shù)據(jù)為前提條件。DEM 數(shù)字地面模型是借助數(shù)字化技術(shù)形成的一類產(chǎn)品，應(yīng)用在國土測量測繪中，前景廣闊。本文分析了DEM數(shù)字地面模型在國土測量中的具體應(yīng)用，以期國土測量工作能夠合理開展。

一、國土測量的作用與任務(wù)內(nèi)涵

歐美等一些發(fā)達(dá)國家將國土測量工作劃入到國土整理的范圍內(nèi)，已經(jīng)具備制度化和常態(tài)化的態(tài)勢。我國在這方面起步時間短，和他們相比，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性及總體規(guī)劃的前瞻性上相差較遠(yuǎn)。這就需要結(jié)合國土測量專業(yè)的特征，充分研究測量基礎(chǔ)理論知識，考慮我國實(shí)際情況，形成我國特色標(biāo)準(zhǔn)下的流程化的實(shí)施手段，在國家內(nèi)實(shí)施大范圍的國土整理測量，較為緊迫，也相當(dāng)重要?！包c(diǎn)”、“線”及“面”的規(guī)劃調(diào)查測量、實(shí)施工程測量是國土測量需要擔(dān)負(fù)的職責(zé)，以確保國土資源測繪的進(jìn)行。

為實(shí)現(xiàn)國家國土資源的合理配置及資源的充分利用，現(xiàn)階段土地臺賬的構(gòu)建，提供了基礎(chǔ)支撐。依照權(quán)屬，國土資源細(xì)分為政區(qū)管轄，協(xié)助礦產(chǎn)資源、水資源等調(diào)查工作的開展。根據(jù)使用用途的不同，明確居民點(diǎn)和農(nóng)用場地，如耕地和園林等，同時還包括水利設(shè)施用地、交通運(yùn)輸用地等。

二、國土包含的測量要素

控制測量，在工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)的地面上，依照特定的規(guī)律，設(shè)置一些網(wǎng)點(diǎn)，同時準(zhǔn)確定位這些點(diǎn)，目的是設(shè)置測量基準(zhǔn)?？刂茰y量指導(dǎo)地形測圖與工程建設(shè)測量放樣的進(jìn)行。土地的控制測量：

第一，對地形測圖測量基準(zhǔn)的設(shè)定。一般使用的方式是，依照特定規(guī)律，在測量區(qū)域范圍內(nèi)的地面上，準(zhǔn)確定位一些網(wǎng)點(diǎn)。控制網(wǎng)是為了明確地形圖中所有地貌相對位置和地物相對位置，通過這種控制網(wǎng)聯(lián)系測區(qū)的一些測量工作；第二，指導(dǎo)測繪地形圖比例的確定；第三，為了確保精準(zhǔn)的測繪，避免地形圖中出現(xiàn)誤差的傳遞和積累。

1.坐標(biāo)系統(tǒng)與水準(zhǔn)面的選取

國土測量，一般將高斯正形投影平面直接坐標(biāo)系應(yīng)用在國土測量中，和國家坐標(biāo)系保持統(tǒng)一性。因?yàn)槭轻槍Φ厍蜻M(jìn)行的測量，地球自然表面是比較復(fù)雜的，同時也不規(guī)則。地形起伏變動較大，不能通過一個簡單的函數(shù)解決國家大地與工程控制的實(shí)際測量，也無法進(jìn)行描述。

為確保地球曲面的幾何問題能夠獲得良好的解析，通常我們選擇的地球形狀要和地球接近，同時方便通過數(shù)學(xué)運(yùn)算獲得形體來取代地球曲面，把觀察和測量獲得的結(jié)果融入到形體表面的計(jì)算中。一般我們以參考橢球體代替地球，這個橢球體和地球有著相當(dāng)?shù)捏w積和質(zhì)量等，該橢球體的中心、旋轉(zhuǎn)軸分別和地球質(zhì)心、地球自轉(zhuǎn)軸重合。有許多和鉛垂線保持垂直的水準(zhǔn)面位于地球曲面上，將水準(zhǔn)面用作大地水準(zhǔn)面，其和平均海平面相重合。橢球體用作參考后，便產(chǎn)生了大地水準(zhǔn)面與參考橢球面，便于我們對地控制基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)位置的控制及對地形的測繪、大地測量的計(jì)算。

2.測量控制網(wǎng)與獨(dú)立高等控制網(wǎng)的構(gòu)建方式

測量控制網(wǎng)的構(gòu)建方式。當(dāng)前通常使用GPS測量，以構(gòu)建四等點(diǎn)控制網(wǎng)的平面與坐標(biāo)。通過兩臺接收機(jī)，對3顆衛(wèi)星信號進(jìn)行觀測，對已知高等控制點(diǎn)的結(jié)算，借助后方交會的原理來實(shí)現(xiàn)，緊接著計(jì)算所有點(diǎn)的連接與平差，通過坐標(biāo)對獲得的每一個未知點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行傳遞。使用水準(zhǔn)儀對控制點(diǎn)高程測量中的四等水準(zhǔn)進(jìn)行測量。

獨(dú)立高等控制網(wǎng)的構(gòu)建方式。通過GPS實(shí)施四等控制國土測量中的首級控制網(wǎng)，一般采用聯(lián)測分帶換算首級控制網(wǎng)和國家坐標(biāo)點(diǎn)，采用常規(guī)手段對一級導(dǎo)線的安全性做加密處理，有助于已有地面數(shù)據(jù)與實(shí)地坐標(biāo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫銜接，保障測量中坐標(biāo)系統(tǒng)具有連續(xù)性。

三、DEM 數(shù)字地面模型應(yīng)用在國土測量中

數(shù)字地面模型，即為精確地定位及展現(xiàn)地球表明的起伏情況，依照數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方式，對采集而來的眾多地形點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行表達(dá)表達(dá)。觀察數(shù)字地面模型不難得到，地面上沒一點(diǎn)位置的屬性值。DEM是一種科學(xué)的地形表面的數(shù)學(xué)抑或數(shù)字。

1.DEM的定義和優(yōu)點(diǎn)

DEM被翻譯成數(shù)字高程矩陣，經(jīng)常被用在地圖學(xué)中。DEM集合了特定范圍內(nèi)規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的立體三維坐標(biāo)，可以借助一組有序數(shù)值陣列數(shù)字方式，實(shí)現(xiàn)對地形表面形態(tài)在空間分布屬性的表達(dá)，為地面高程提供了設(shè)計(jì)、測量、建構(gòu)實(shí)體地面等的重要手段。

DEM基于特定地理所屬的地形數(shù)據(jù)，借助數(shù)學(xué)變換，通過三維空間方式將所屬的地形地物呈現(xiàn)在二維平面中，按照離散分布的平面點(diǎn)，對分布地型進(jìn)行模擬，植入數(shù)據(jù)，產(chǎn)生坡度圖信息和高線圖信息等，定量虛擬表現(xiàn)地形和地貌，其應(yīng)用在坡度圖、中等高線等的測量和測繪中，是無法替代的。

2.DEM建模的手段

DEM表面模型的生成包含以下幾種方式：

首先，是在點(diǎn)的表面上形成的，也就是在各點(diǎn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上形成的水平面，緊接著將不連續(xù)的、不相鄰的表面形成統(tǒng)一的DEM表面。其次，在格網(wǎng)基礎(chǔ)形成的模型。需要四個或以上的點(diǎn)，對一個雙線性表面進(jìn)行確定，屬于比較合適的正方形格網(wǎng)。一旦區(qū)域范圍較大，使得DEM表面出現(xiàn)不能想象的抖動。再次，是在三角形表面上形成的。空間中的每三個點(diǎn)可以生成隨意傾斜平面的三角形，因?yàn)槿切蔚男螤詈痛笮∈嵌嘧兊?，地形特征線數(shù)據(jù)與斷裂線數(shù)據(jù)等結(jié)合一起是非常簡單的。還有一種方法，就是在混凝土表面模型基礎(chǔ)上形成的。細(xì)分格網(wǎng)，形成三角形網(wǎng)絡(luò)，這個面是持續(xù)不間斷的；植入不規(guī)則三角網(wǎng)時，會出現(xiàn)格網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際工作中，在三角形和格網(wǎng)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的建模方式于實(shí)際中比較常用。

3.地形分析，逼真場景生成

用于地形分析。GIS核心引領(lǐng)下的3S技術(shù)不斷發(fā)展，DEM研究深入，普遍應(yīng)用在國土測量中，有著寬廣的前景。以DEM方式能夠模型測量地帶位置處各點(diǎn)地形狀況，計(jì)算出任一點(diǎn)的高程，能夠分類地貌形態(tài)，繪制地形剖面圖。

DEM結(jié)合遙感圖像，生成逼真的場景。DEM實(shí)現(xiàn)了等距格網(wǎng)模與遙感圖像數(shù)據(jù)的結(jié)合，借助地形高程信息，充分了解測量區(qū)域內(nèi)的地貌形態(tài)、景觀格局、植被土壤，此外，提升了地形起伏地區(qū)測量的準(zhǔn)確性。

四、結(jié)語

DEM數(shù)字地面模型是一種比較先進(jìn)的模型，借助數(shù)字技術(shù)，能夠模擬地形，清晰地呈現(xiàn)地形地貌等，具有獨(dú)特的優(yōu)勢，是不能夠取代的。DEM的建模有幾種方式，每一種方法的使用都要考慮具體的使用情況，便于更好地應(yīng)用在地形分析中。DEM應(yīng)用下，結(jié)合遙感圖像，生成比較逼真的情景?？傊?，DEM數(shù)字地面模型在國土測量中的應(yīng)用極大方便了國土測量，我國相比國外在這方面的應(yīng)用水平還有一定差距，其應(yīng)用水平需要提升，相關(guān)研究需要深入，促使DEM數(shù)字地面模型不斷完善，無論是理論層面，還是具體應(yīng)用都能得到較好地保障，更好地服務(wù)國土測量工作。

（作者單位：開平市國土資源局）