遥感学会论文-精细化DEM在数字广西地貌生产中的应用.docx

精细化DEM在数字广西DLG地貌生产中的应用 胡焕琳 (广西壮族自治区地图院,广西 南宁 530023) 摘要: 在简单介绍1:10000精细化DEM的基础上，本文重点对精细化DEM在两种GIS软件里生成等高线的应用方法和效果进行分析和评价，以进一步阐述精细DEM和生成的等高线如何在数字广西地貌要素生产中发挥出来的辅助作用。关键词: DEM; 精细化;数字广西;DLG; 等高线;地貌数据Application of Fine DEM in Productionof Landscape for Digital Guangxis DLG ProjectAbstract:In this paper,on the basis of a brief introduction of 1:10 000 Fine DEM,focusing on DEM in two kinds of GIS software to generate the application method and effect of contour analysis and evaluation,to further expound how fine DEM and generating contours in digital landscape elements in Guangxi production play a supporting role.0 引 言 “数字广西”地理空间框架的建设，将为广西政府各部门和各市县的社会和经济可持续发展提供规划、设计和决策支持的基础地理信息支撑平台和环境。数字广西1:10000DLG(Digital Line Graphic,数字线划地图)数据的更新生产是数字广西地理空间框架建设的重要内容之一。精细化DEM生产是数字广西1:10000DLG项目中重要的前期工作,如何准确、高效地生产DEM数据显得尤为必要。在传统的航摄立体测图模式下，等高线的生成是依靠在模拟测图仪上绘出计曲线，然后通过手工或软件内插出首曲线来完成的。我院利用现有数据源精细化DEM，自动生成等高线然后在此基础上进行立体测图，可以缩减传统DLG地貌采集中的工作量，从而进一步提高生产效率，为保障“数字广西”基础数据任务的顺利完成提供了便利条件。1 精细化DEM的评价1.1 DEM的特性数字高程模型（简称DEM）是一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集，是描述区域地貌形态的空间分布的虚拟表示。DEM可表征地表区域上的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的集合，数学表达式为：z=f(x,y)。精细化DEM能精确地表示地球表面空间连续起伏状态，其常常被应用于等高线图、坡度剖面图、数字正射影像图及不同地面的比较和统计分析。数字高程模型的精度用格网点的高程中误差表示。高程中误差的两倍为采样点的最大误差。高程值存储时可以采用浮点型或放大至整型。 1.2 DEM的精度指标数字广西1:10000DEM的一级精度指标见表1：表1：1:10000DEM一级精度指标比例尺高程中误差(一级精度) 单位:米1:10 000平地丘陵地山地高山地0.51.22.55.02 DEM自动生成等高线的原理和实现方法2.1实现原理和算法 等高线是地形图上高程相等的相邻各点所连成的闭合曲线，它是DEM规则格网上经过内插等高点然后连接而成的线模式。DEM生成等高线实现的算法思路主要经过等高线的确立、等高线短线的构成和等高线的连接三大步骤，流程图如图1所示图1 算法流程图2.2 GlobalMapper生成等高线1）使用global_mapper13打开数据，该软件支持带高程数据的Bil、Grid和Geotiff格式。点击“file”菜单下的“generation contours”，在弹出的对话框中“contour options”选项卡中的“contour interval”项中设置等高线的等高距和简化综合（Simplification）指标。等高线生成后的效果见图2。 图2 GlobalMapper生成等高线的效果图2） 导出等高线，点击“file”菜单下的“export vector format ”，在弹出对话框中选择“shapefile”，点击OK，在弹出的对话框中勾选“export line”，在弹出另存对话框中输入文件名，把generate 3D选项打勾，点击ok导出等高线（导出的shp中高程值在ELEVATION字段）。3） 给导出的等高线定义投影：执行Arcgis10.1-Arctools-数据管理工具-定义投影命令,对等高线进行投影定义。数字广西1:10 000DLG的地貌数据在内业生产中的数学基础：采用 2000 国家大地坐标系，投影平面直角坐标， 3分带，中央经线有105、108和111三种。2.3 Arcgis10.1提取等高线与数据整理 1）在Arcgis10.1软件下，加载DEM数据，利用ArcToolbox里的3D Analyst工具，执行命令3D Analyst栅格表面等值线，如下图3 图3 Arcgis提取等高线的方法2）3D Analyst里生成的等高线，高程属性值存储在contour字段，等高线线型效果和GlobalMapper出来的曲线略有不同，这和软件各自的内插算法和平滑算法有关。Arcgis里生成的等高线弯曲较多，线条不够GlobalMapper生成的平滑，需要进一步简化和光滑处理。所以，我们应该首选GlobalMapper生成的曲线作为基础数据来进行下一步的整理工作。3）运行Arcgis10.1下的Arctoolbox，执行命令数据管理 -字段-增加GB和ELEV字段：GB字段，字段类型TEXT，长度6；ELEV字段，字段类型DOUBLE。4）从global_mapper导出的等高线shapefile文件，里面的高程值最开始是存放在ELEVATION字段，这需要我们将高程值转赋到ELEV字段。操作方法很简单：ArcMap10.1下打开数据属性表-选中ELEV数列-右键菜单字段计算器-录入ELEV= ELEVATION.5) 等高线GB属性归类赋值。在ArcMap 10.1下打开属性选择对话框,用求余函数式先选择计曲线（2.5米等高距：MOD(ELEV,10)=0；5米等高距：MOD(ELEV,25)=0），把选中的计曲线的GB值赋为710102。填好计曲线的GB值后，通过反选，选中其他等高线（首曲线），把GB值赋为710101。6）删除多余字段（arctoolbox-数据管理-字段-删除字段）7）最后把整理好的等高线数据（shapefile）导入作业软件吉威中，高程字段选择ELEV，地物类字段选择GB。3 精细化DEM在地貌生产中的辅助作用1）在Geowaydps里导入DEM生成的等高线并重新加载作业方案，然后在立体环境下重点针对山头、山谷、山脊等容易发现错误的部分进行检查和修改。植被茂密不能明确地表位置的地方视具体情况进行修测。2）在Geowaydps立体测图环境下，在图形编辑菜单下执行套合DEM工具命令，接着加载原有的精细化DEM数据，这样就能将二维平面下采集的地物数据（附注：水系、道路、居民地等地物原来没有高程信息），回放到三维立体环境下。其主要实现原理是将地物所覆盖的DEM格网点的高程值重新拟合解算后再重新匹配给地物，这样原有不带高程信息的地物数据就可以在立体下和等高线一起关联修测、采集了。3）在套合了DEM后，我们可以在立体上直观地判断出田坎、人工陡坎、陡崖陡岸以及道路两旁的路堤路堑等地貌要素的精确位置，同时可以准确处理地貌和地物的相互关系。例如：a、等高线穿过双线路应垂直穿过；b、等高线不能穿越单栋房屋；c、不能出现单线水系爬坡的现象。4 结束语 目前，生产精细化DEM的软件较多，如何高效发挥其自身功能并与其它软件高度配合进行数字广西DLG生产是我们生产者应该关注的问题。我院在已完成的高精度DEM数据基础上进行二次开发利用，生成DLG地貌的等高线数据，这样既缩减了作业员手工采集的工作量，又提高了生产效率，为数字广西1:10000DLG生产提供了辅助和便利。由于精细化DEM在不同GIS软件里生成等高线的算法原理不统一，因此各自内插生成的等高线效果也会不尽相同。此外，等高线的质量精度和DEM有很大关联，在生产实际运用中，当DEM数据精度相对所需生成等高线精