制作1∶1万DEM的认识与体会

制作1:1万DEM的认识与体会李阿竹【摘要】数字高程模型DEM是表示地面高程的一种实体地面模型，是三维数字城市建设必不可少的基础数据.随着经济和城市建设的快速发展,DEM的市场应用前景越来越广泛.本文详细阐述了数字高程模型DEM的内涵、表现形式、实际应用情况以及采集方法等内容,并结合参与的1:1万DEM更新项目的生产实例,主要介绍了高效引入、利用全数字摄影测量系统VirtuoZo现有测图成果中具有高程信息的三维数据、再通过增补添加特征点、线以更好控制地形的方法来制作生成DEM的工作过程，并对实际操作中应注意的采集、精度、接边等相关问题进行了说明.【期刊名称】《北京测绘》【年(卷)，期】2016(000)005【总页数】3页(P137-139)【关键词】全数字摄影测量;DEM;4D产品;DEM精度【作者】李阿竹【作者单位】辽宁省基础测绘院，辽宁锦州121003【正文语种】中文【中图分类】P231.5数字高程模型DEM(DigitalElevationModel)是数字化测绘“4D”(数字正射影像图DOM、数字高程模型DEM、数字栅格地图DRG、数字线划地图DLG)产品的重要组成部分之一，是重要的基础地理空间信息数据。[1]DEM是以规则格网的形式表达地面高程，它是在一定区域范围内对地球表面地形地貌的一种离散数字表达，可更为直观地显示地球表面信息特征、描述地理景观，是进行地形分析的核心数据。随着数字地球、数字城市的深入研究、开展和应用，社会对数字化产品的需求日益迫切，4D成果的重要性日益显现。目前，DEM应用领域广泛，在测绘、地质、国防建设、工程建设、城市规划、资源与环境等各个领域发挥着巨大的作用。本文结合1:1万DEM更新项目的生产实践，探讨了如何应用全数字摄影测量已有的测图成果高效、快速地进行1:1万DEM的制作过程。DEM的含义数字高程模型（DigitalElevationModel）,简称DEM。DEM是用三维数字形式描述地形表面高程信息的模型，它利用高程数据实现对复杂地球表面的近似模拟[2],或者说是对地貌形态的虚拟表示，是以高程表达地面三维空间连续起伏形态的数字产品。DEM包括平面位置和高程数据两种信息，它通过有效的高程采集数据，来逼真准确的记录反映地形表面,是地形信息（地形是一个严密的三维有序系统，高程是地形的基础）的载体。通常所说的DEM是指具有规则格网间距的高程数据集，—般以栅格数据的形式表示。DEM主要描述的是地面高程信息，用于与高程有关的地貌形态的分析，是GIS（GeographicInformationSystem地理信息系统）、RS（RemoteSensing遥感，：是指非接触的，远距离的探测技术）、VR（VirtualReality，即虚拟现实）等领域赖以进行三维空间数据处理与地形分析的核心内容，是GIS空间分析的重要基础。DEM最主要最常用的三种表现形式为：规则格网模型、等高线模型和不规则三角网模型（不规则三角网模型即TIN,TriangulatedIrregularNetwork，是表示数字高程模型的方法之一。TIN模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。所以TIN是一个三维空间的分段线性模型，在整个区域内连续）。DEM的应用DEM数据通过计算机采用一定的算法，能够很方便地将DEM数据转换为等高线、坡度图、断面图以及专题图等各种产品；也可与DOM或其他专题数据叠加复合生成景观图等产品，用于与地形相关的生产和实践的分析及应用，同时它本身还是制作DOM的基础数据；或者根据需求获取空间距离、表面覆盖面积等数据。如今DEM在经济建设、人文和自然科学等很多领域发挥着越来越大的作用，具有广泛的应用前景。DEM的采集方法目前DEM高程数据的采集、获取方式主要包括以下几个方面：（1）直接从地面测量，利用自动记录的测距经纬仪等仪器设备的野外实测，如用GPS、全站仪、野外测量等；其特点是：野外实测数据精度较高，但工作量大，费用较高，效率不高，适用于小范围大比例尺DEM生产。［3］（2）根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取，如利用立体测图仪或数字摄影系统等进行人工、半自动或全自动的量测来获取数据；其特点是：影像数据更新速度快，对于大范围、大批量的数据获取是一种主要常用的方法，且通过立体实测，数据精度较高。（3）利用已有DLG成果生成DEM；其特点是：地形图数据信息丰富、容易获取，可以保证较高的精度，采集速度比较快，易于大批量作业。各种方式均有其优势，本文主要介绍应用全数字摄景分则量（FullDigitalPhotogrammetry，是基于数字影像和摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等理论与方法，提取所摄对象以数字方式表达的信息）系统VirtuoZo的已有数据成果来构建、更新DEM的过程及注意事项，这样可以借助于立体模型对DEM进行可视化编辑、修改，能够达到制作高精度DEM的要求。近年来1:10000地形图的更新需要提交DLG、DOM、DEM和入库成果等多套产品。利用已有测图成果中具有高程信息的三维数据，如等高线（等高线是表示地形最常见的形式，对地形形态的变化具有很好的反映；它是通过对地球表面的水平切割而产生的连续曲线，通过等高线组表示地貌形态；单条等高线无法直接反映地貌形态）、高程点等地貌要素以及道路、水涯线（根据实际情况采集上、下沿线）、水域面和地貌坎等反映地表信息的实测现势数据，能够保证DEM的产品精度和质量以及DEM数据与DLG数据的套合。由于实地的特征是千变万化的，为了使DEM能更加准确、逼真地反映实际地形特征（是对地形形态描述具有重要意义的点、线、面；它是地形形态的骨架，决定着地形的类型、空间分布状况,是地形描述的核心）还需要在地形变化处增补添加一定量的特征点、特征线，最后生成DEM。3.1DEM制作流程应用全数字摄影测量VirtuoZo已有测图数据制作DEM的流程如下：打开原有测区模型一提取可用测图数据一采集特征点、线-DEM数据精度检查-编辑DEM数据并自查-DEM接边-提交DEM成果3.2采集注意事项从现有的VirtuoZo测图成果中提取的参与DEM生产的地形数据，如道路、水域线面和人工地貌等，更加丰富了DEM数据的内容，保证了DEM精度。但对特殊地形如山顶、鞍部、洼地、沟底等地形特征点，特征线（包括山脊线、山谷线、坡度变换线等）进行立体三维数据采集以控制地形。采集时需要注意以下几点：（1） 高于地面的道路（如公路和铁路）的DEM特征线应采集道路的路肩以及路堤与地面的变换处；（2） 堤坝、陡坎、斜坡、冲沟等人工地貌应在地形变化处采集下边缘线或是沟底线等特征线控制其地形走势、真实反映地形特点；（3） 利用立体测图矢量文件数据作为特征点、线生成DEM时，要对该文件数据中高于地面的点、线进行处理，如：桥、涵洞、下跨道和堤坝上的高程点以及高于地面的地物边线等，尽量避免后期DEM生成时出现不合理的情况；（4） 对于面状静止水域的水涯线（如池塘、湖泊和水库），要赋统一高程值，置平水面;⑸在山顶、山谷、洼地、山脊等高程信息薄弱的地区补充特征点线。切准地面采集的特征点、线可以更详细有效如实地描述地貌形态，有效利用每一特征点线参与构TIN并生成DEM，这样可以直接、有效地提高DEM的产品质量，也是提高作业效率的重要措施。DEM精度高精度DEM数据能精准地表示地球表面空间连续起伏状态，DEM的保真性是地形模拟表达的基本标准，因此对DEM成果的精度有较高的要求。DEM精度指DEM地形表述的准确性［4］，它取决于地形图上地貌要素的高程精度。对于1:1万图幅的DEM，精度不可超过1/3等高距，精度越高，产品质量越好。要提高DEM的绝对精度应该结合数字摄影测量，补采添加重要的特征线、特征点等表达地面高程的重要信息源来补充特殊地形特征细节以消除构TIN产生的〃平台效应”，更好地逼近真实地形。DEM数据的质量（是指DEM地形描述的准确程度）直接影响应用DEM进行分析的结果及其可靠性。［5］DEM数据自查在CASS下将所有参与DEM制作的已有测图数据和新补好的高程数据再次导入进来，利用一系列程序和操作步骤进行图层内及图层间的要素检查，有点线矛盾检查（保证高程点、等高线值之间关系是否合理、协调，等高线无明显打折、自相交）、水面置平检查、水系倒流检查（如河流要顺势自上游流向下游，上下游不可能高程同值）、0高度检查、线上增加三维点等程序、步骤。DEM接边地形图都是以图幅的方式存储，因此在提取采集完高程数据后还需要将每幅图进行接边，保证所有参与DEM制作的这些高程数据在图幅边、角处都无漏洞、是无缝连接（即平面无缝和高程无缝）。在CASS中将图幅套上标准图廓后,与相邻地形图的等高线、道路、特征线等地形要素接边。相邻图幅之间特征线等应严格接边，这里所说的严格不是指线与线平面接边，而是指线的高程要接边。［6］接边处的高程值要一致，对于错误数据如高程值为0等需要修改调整，尽量避免生成DEM时出现不合理的情况。数字高程模型DEM是地形数字化的最终表达形式，空间数据的三维显示及有广泛应用价值的地形特征分析都是以数字高程模型为基础的，因此它在空间信息系统中具有重要的作用，是重要的基础地理数据。随着经济和城市建设的快速发展，土地利用状况也在发生巨大变化，使得高保真的数字高程模型更新日趋迫切。通过合理有效利用原有高程信息数据，缩短了产品的制作周期，是一种便捷、省力、实行一体化作业的方法；同时利用各软件间的高度配合及其自身功能可以更好地实现高精度DEM数据的更新。为了更好满足新的生产需要，随着科学技术的逐步发展，DEM的制作方法和生产过程也越来越先进，而且还在不断进步、发展、更新着。实践、探索高质高效的制作方法、使测绘产品能越来越高效智能的完成、把人力从繁杂的工作中更大更好地抽离出来是值得我们不断学习、交流和探讨的！【相关文献】［1］ 周春峰.格网DEM数据误差处理方法探讨.北京测绘.2014(3):137-140.［2］ 赵秀杰.颜东海.基于DOM、DEM的大比例尺测图方法