多源数据生产DEM方法探索

多源数据生产DEM方法探索

唐艳

身份证号码：65010819821016XXXX新疆乌鲁木齐830001

摘要：被广泛应用于各方面的DEM数据是将来基础测绘不可缺少的数字产品之一。DEM数据的生产方法有很多，但如何高效开展大面积的DEM生产，并合理利用多种原始资料，需更深入地探讨和研究。利用DLG数据生产DEM数据的方法进行DEM数据生产，生成的DEM数据利用实测地面数据对其进行质量检测与精度评价。结果表明，生产的DEM数据可以将研究区内的河流、堤坝、山地、居民地等地貌信息较好的表现出来，符合数字测绘成果规范要求。

关键词：数字高程；模型；线画图

利用既有的数字地形图（DLG）制作生产DEM相比于其他生产方式具有成本低、效率高等优势。近年来许多专家学者在此领域取得了丰硕的成果，提出利用历史DLG数据优化正射影像的方法，成功利用DLG数据高效生产出了DEM产品。归纳DLG生产DEM方法主要有两种方式：等高线内插直接形成DEM；特征点作为参考点生成TIN，最后形成DEM。使用等高线内插方法缺点在于临近点的集合以及权重难以选择定义，TIN可以适应各种数据分布情况，但仅利用等高线上的参考点生成DEM数据测区内一些特征地物表现不明显。有一种新的方法进行DEM数据生产，首先利用等高线、高程点综合信息数据生成TIN，然后利用补充的特征地物数据生成修改TIN，最终得到DEM数据产品，最后利用实测地面数据对其进行质量检测与精度评价。结果表明制作生产的1：10000DEM数据不仅对测区内地貌信息反应准确，而且对水系、坝址、道路等特征地物信息表现准确。

一、概况与数据处理

1、研究区概况。该洪区1∶10000地形图，采用大地坐标系验区内包含了山地、水系、道路、堤坝、居民地等地貌信息，具有典型的代表意义。

2、数据处理。将测区地形图地类信息进行整理分类，提取参与生产DEM的源数据。源数据主要包括高程点、等高线、河流湖泊、堤坝、道路等信息数据。进行分类整理并将其分别转为shp格式并保留其高程数值属性。高程点统一整理为点要素，等高线、水面线、道路、堤坝轮廓线统一为线要素，所有要素分别赋予高程信息属性。检查shp数据，剔除高程异常点，删除等高线转化后存在的异常段，考虑等高线的拓扑关系，避免等高线交叉重合或者缺少属性信息引起的错误。

二、技术方法

1、TIN制作与优化。利用高程点、等高线等数据资料创建TIN数据，将高程属性作为height_field信息进行TIN生成，生产的TIN是对研究区内地形起伏趋势的大体反应。生成的DEM能将研究区内山地、平原等地貌特点较好的反应在影像中。将提取的河流、道路堤坝等shp数据赋予高程信息插入工程中，修改TIN，使得生成TIN数据与真实地形匹配程度进一步提高。利用TIN编辑器调整局部地区三角网，通过添加删除TIN点、线，修改TIN数据区等操作调整TIN。可以使研究区内的堤坝、河流等地貌信息轮廓清晰的反应在图形中。

2、TIN生产DEM。在DEM数据生产的众多原始资料中，其坐标系统多种多样，近几年开展的大量数字城市建设项目，其坐标系统为当地政府规定的地方坐标系。为了减少因坐标系统之间的不同所引起的误差，必须将这些原始资料进行重新投影，转化为全国地理国情普查规定坐标系，且中央子午线严格按照分带设置开展DEM数据的生产工作。实验证明，DEM精度主要取决于原始采用数据的密度，原始数据相同，不同的内插方法对其精度无显著影响。由于研究去内地物丰富，因此选择自然邻域法插值，输出数据结果相比线性插值，平滑度更好。根据规范要求生成DEM数据，栅格输出过程中通过对采样距离的设置，格网尺寸为2.5m×2.5m符合1∶10000DEM数据规范要求。利用栅格数据生产DEM产品，设置投影坐标信息，对生成的DEM影像数据进行精度检验。

3、采用DLG数据生产DEM数据时，将DLG地貌层数据提取出来。针对不同地貌区域，选择合适的数学内插方法进行精细化DEM生产。对于地形连续完整、等高线信息丰富的山地区域，采用不规则三角网（TIN）内插算法；对于等高线信息稀少的平坦地区或地形破碎地区，可灵活采用不同的内插算法，如基于距离变化的栅格插值法、基于地形特征的栅格插值法等。进行精细化DEM生产时，为了详细表达局部细化特征，须采集特征点、特征线。特征线之间不能交叉，特征线与DEM点不能相互矛盾；对于带状构造物，依比例尺双线堤，应按双特征线采集上端两侧堤顶和下端两侧堤脚线；大面积的静止水域需采集特征面，根据相邻等高线或高程点估读其高程并赋值。

4、采用空三加密结果生产DEM数据时，单模型匹配的结果是DSM数据，须在立体模式下，针对立交桥、桥梁、居民地等人工地物范围，将DEM编辑至地面或水面。植被茂密的山区须根据立体测量出的植被高度，将DEM编辑至地表。由于数据源较多、作业范围较大，且成果数据不一致，这就会带来大量的数据接边工作，包括换带图幅之间的接边，DEM经接边检查后，当同名点接边差在限差以内时，取平均值并以此替代同名点的高程值，并要严格控制有效DEM范围。有些静止水面的面积较大，涉及图幅和范围较广，高程值应取其常水位高程，保证该水面高程值的一致。流动水域内的DEM高程应自上而下平缓过渡，且与周围地形高程之间的关系正确合理。在编辑DEM数据时，采用DEM软件，DEM数据直接套合DLG数据，分色显示后，供作业员编辑、修改局部DEM数据，使DEM成果返生的等高线与DLG数据严格套合。采用DEM软件，结合DLG数据的静止水面边线数据和其附近的高程信息，可以将静止水面区域DEM数据做下降处理，使之满足规范要求.

5、精度验证与质量检查

为了评价DEM产品精度，该研究测绘局有关规定，以现有标准地形图为基准，选取检验点，其中边缘地区，中间区域，包括平地、高山、水边线、道路、堤坝五组验证点，每组10个检验点。计算数据的均方根误差等参数，结果可以大体反应出DEM数据的精度如表。

通过对表得出结论：

1）生成的DEM数据符合数字测绘成果规范要求。

2）生成数据平地、水面匹配程度相对于山地更准确。研究另一种检验方法是将DEM数据与等高线、河流、坝址等地物信息进行镶嵌叠加，人工进行判断与检查。生产的DEM数据可以将研究区内的河流、堤坝、山地、居民地等地貌信息较好的表现出来。

随着遥感技术的发展，DEM数据在测绘领域中发挥着重要的作用。

1）解决DEM与实际地貌不符合的问题，由于制作的DEM基于实际测量的地形图生成，所以在与实际地形图对比过程中出现不套合的几率相对很低。

2）解决湖面、水面、道路信息与DEM表达不合逻辑的问题。在调整TIN过程中，利用实测河流、湖泊、道路shp数据调整三角网构网，强制约束河流、湖泊、道路边界，提高了DEM与实际地物的匹配程度。

3）节约生产成本。充分利用已有地形图资料进行数据生产，避免了资源浪费的同时节约了生产成本。

利用已有地形图数据进行产品制作生产，实践证明研究方法高效可行，产品质量生产符合数字测绘成果规范要求，不仅节省大量人力物力，而且成本低速率快。可以在以后的计划生产中得到广泛应用。

参考文献：

［1］虞继进.数字高程模型（DEM）的建立与应用［J］.现代测绘，2013（3）：33-36.

［2］汤竞煌，张望.一种利用历史DLG数据辅助优化数字正射影像镶嵌线生成的方法［J］.测绘通报，2016（8）.

［3］戴腾，周汉华，陈庆，等.利用DLG数据高效高质量生成DEM的方法研究［J］.地理空间信息，2014（4）：66-68.

作者简介：

唐艳，女，（1982.10—），籍贯四川，毕业于新疆轻工职业技术学院，专科，职称：工程师，研究方向：测绘工程。