基于ArcGIS數字高程模型建立研究

顧明明 黑文艷

0 引言

隨著科學技術的發(fā)展,尤其是計算機科學技術的發(fā)展,數字高程模型(Digital Elevation Mode,DEM)的生產已經取得突破性進展。其應用領域也在不斷擴展,已在測繪、地理信息、地質、水文、農業(yè)、林業(yè)等眾多領域發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。數字高程模型作為地理空間信息定位的重要數據集合,凡是與地理空間定位的課題,都需要建立數字高程模型。通過數字高程模型可以更容易地以多種形式顯示地形信息,精度不會損失,并且具有自動化和實時化的優(yōu)點。利用數字高程模型,同時結合相關領域的重要信息,可以在短時間內得到所需要的信息。因此,使用數字高程模型分析問題已經成為一種快速、有效的方式。

論文首先介紹數字高程模型建立的基本知識,包括數字高程模型數據獲取方法、數據采集方式和模型表示方法等。接著重點論述基于ArcGIS的數字高程模型建立過程,并進行精度評定。

1 數字高程模型建立概述

1.1 數據獲取途徑

數字高程模型數據來源主要有[2]:

1)影像:航空攝影測量一直是地形圖測繪和更新的主要手段,其獲取的影像是高精度、大范圍DEM生產最有價值的數據源。2)地形圖:地形圖是DEM的主要數據源。利用地形圖進行數據采集時,除了滿足數字化成圖的基本要求外,還應注意高程點應均勻分布,密度應達到規(guī)定要求,地貌特征點上要采集高程點[1]。3)常規(guī)測量:用全球定位系統(tǒng)GPS、全站儀或經緯儀配合袖珍計算機在野外進行觀測獲取地面點數據,一般用于小范圍詳細比例尺的數字地形測圖測繪。4)其他數據源:用氣壓測高、地質勘探和重力測量方法,可得到地面稀疏分布的高程數據,建立的數字高程模型主要用于大范圍且精度要求較低的科學研究。

1.2 數據采樣方法

數據采樣方式主要包括:攝影測量數據采樣和從現有地形圖采樣。

1.3 數字高程模型的建模方法

數字高程模型主要有三種建模方法:規(guī)則格網模型、等高線模型和不規(guī)則格網模型。

2 基于ArcGIS數字高程模型的創(chuàng)建

基于ArcGIS的數字高程模型建立流程如圖1所示。

具體操作過程描述如下:

1)利用EasyMap進行矢量化。由于紙質地形圖受到環(huán)境因素的干擾,會發(fā)生變形,因此在用EasyMap軟件進行矢量化前應進行糾正,同時為地形圖上的要素按照一定的分類原則進行合理分層。2)利用AutoCAD軟件修復數據。由于矢量化過程中不可避免地會出現一些數據錯誤,因此需要利用AutoCAD軟件對數據信息進行糾正和修復,同時完善各項屬性信息,建立正確的數字高程模型所必需的各項數據。3)利用Conversion Tools工具進行數據格式轉換。利用ArcGIS軟件中的Conversion Tools命令將AutoCAD中的數據轉換成可被ArcGIS識別的.shp格式。在使用該工具進行轉換時一定要分層轉換,這樣可以避免屬性數據的混亂,同時也可以根據分層后的不同數據得到不同的處理結果。4)生成數字高程模型。利用ArcGIS中的3DAnalyst工具中的Create TIN from features命令,將等高線數據生成不規(guī)則三角格網,然后再使用Convert命令,將生成的不規(guī)則三角格網轉化為柵格,最后對柵格進行填充,生成數字高程模型。

3 精度評定

精度評定方法是任意選擇數字高程模型中的點,通過內插法求這些點的高程,與這些點的已知高程進行比較。以黃其歡(2008年)提出的在小區(qū)域內DEM 精度優(yōu)于3.5 m[5]為參考依據,本實驗選擇30個點作為檢查點用于檢驗數字高程模型的精度,其中20個檢查點的坐標值和高程值見表1。選點時,要將點位平均分布在整個數字高程模型之中。最終計算結果為σDEM=2.431 5,均小于3.5 m,所以建立的數字高程模型是滿足精度要求的。

表1 檢查點(部分)的坐標值和高程值

4 結語

本文通過對地形圖中高程信息進行提取,借助ArcGIS軟件生成數字高程模型。通過精度評定,驗證了該方法建立數字高程模型的精度滿足要求,因此,基于該方法建立數字高程模型是可行的。如何進一步提高數字高程模型建立效率,是將來繼續(xù)研究的方向。

[1]劉寶玲.1∶50000數字高程模型(DEM)生產中有關問題初探[J].東北測繪,2000,4(23):43-46.

[2]賈寶峰,白 萍,周建國.校園DEM 的建立與應用[J].礦山測量,2007(1):19-22.

[3]梁建昌,楊騰峰.從數字地形圖中提取DEM數據的方法初探[J].石家莊鐵道學院學報,2004,3(17):95-97.

[4]Patrice Arrighi,Pierre Soille.From scanned topographic maps to digital elevation models[J].International Symposium on Imaging Applications in Geology,1982(3):1-3.

[5]黃其歡,何秀風.星載SAR干涉技術獲取DEM及其精度分析[J].計算機工程與應用,2008,44(31):221-223.