數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)采集方法及對(duì)比分析

摘#8195;要 本文簡(jiǎn)要論述數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)采集方法及對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞 數(shù)字高程模型（DEM）；數(shù)據(jù)采集方法；對(duì)比分析

中圖分類號(hào) TP 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)012-0214-01

隨著測(cè)繪技術(shù)設(shè)備和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合與科技技術(shù)不斷發(fā)展。數(shù)字化地圖逐漸取代了以往模式，其中數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)作為地理性息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以廣泛的應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)以及人文和自然科學(xué)領(lǐng)域。本文簡(jiǎn)要論述數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)采集方法及對(duì)比分析。

1 數(shù)字高程模型（DEM）

數(shù)字高程模型（Digal Elevation Model）是在高斯投影平面上規(guī)格的各網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（X，Y）及高程（H）數(shù)據(jù)集。DEM的格網(wǎng)間隔應(yīng)與其高程精度相適配。并形成有規(guī)則的格網(wǎng)數(shù)據(jù)。為完整反映地表形態(tài)，應(yīng)配套相應(yīng)的離散高程點(diǎn)。

2 數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)采集方法

為建立數(shù)字高程模型（DEM），必需按精度要求采集足夠的點(diǎn)位三維坐標(biāo)。下面就簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)的采集方法。

2.1 紙介質(zhì)地形圖數(shù)據(jù)采集方法

原有的紙圖成已不能滿足社會(huì)發(fā)展的需要，數(shù)字化地圖產(chǎn)品的輸出已成為必然。紙質(zhì)圖數(shù)據(jù)化是一種DEM數(shù)據(jù)獲取的最基本方法，可分為手扶跟蹤數(shù)字化和掃描矢量化。

1）手扶跟蹤數(shù)字化。手扶跟蹤數(shù)字化是目前最為廣泛使用的將已有地圖數(shù)字化的手段，利用手扶跟蹤數(shù)字化儀可以輸入點(diǎn)地物、線地物以及多邊形邊界的坐標(biāo)，通常采用兩種方式，即點(diǎn)方式和流方式，流方式又分距離流方式和時(shí)間流方式。手扶跟蹤數(shù)字化，可以直接獲取矢量數(shù)據(jù)。用數(shù)字化儀跟蹤紙介質(zhì)圖形中的點(diǎn)、線等信息，通過數(shù)字化軟件實(shí)現(xiàn)圖形信息向數(shù)字化信息的轉(zhuǎn)換。使用跟蹤數(shù)字化儀（手扶或自動(dòng)）將地圖圖形要素（點(diǎn)、線、面）進(jìn)行定位跟蹤，并量測(cè)和記錄運(yùn)動(dòng)軌跡的X，Y坐標(biāo)值，獲取矢量式地圖數(shù)據(jù)。

2）掃描矢量化。掃描矢量化的基本原理是對(duì)各種類型的數(shù)字工作底圖如紙質(zhì)地圖、黑圖或聚酯薄膜圖，使用掃描儀及相關(guān)掃描圖像處理軟件，把底圖轉(zhuǎn)化為光柵圖像，對(duì)光柵圖像進(jìn)行諸如點(diǎn)處理、區(qū)處理、楨處理、幾何處理等，在此基礎(chǔ)上對(duì)光柵圖像進(jìn)行矢量化處理和編輯，包括圖像二值化、黑白反轉(zhuǎn)、線細(xì)化、噪聲消除、結(jié)點(diǎn)斷開、斷線連接等。這些處理由專業(yè)掃描圖像處理軟件進(jìn)行，其中區(qū)處理是二值圖像處理（如線細(xì)化）的基礎(chǔ)，而幾何處理則是進(jìn)行圖像坐標(biāo)糾正處理的基礎(chǔ)，通過處理達(dá)到提高影像質(zhì)量的目的。然后利用軟件矢量化的功能，采用交互矢量化或自動(dòng)矢量化的方式，對(duì)地圖的各類要素進(jìn)行矢量化，并對(duì)矢量化結(jié)果進(jìn)行編輯整理，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，最終獲得矢量化數(shù)據(jù)，即數(shù)字化地圖，完成掃描矢量化的過程。

2.2 采樣原理

采樣主要有兩大類: 一類是隨機(jī)采樣，另一類是系統(tǒng)采樣。隨機(jī)采樣是指通過隨機(jī)方式選取采樣區(qū)中平面坐標(biāo)的方式來確定采樣點(diǎn)，由于每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)都有預(yù)先選擇的概率，應(yīng)用概率論的知識(shí)，可以對(duì)整個(gè)采樣區(qū)進(jìn)行概括。但是由于是隨機(jī)的方式，運(yùn)氣不佳的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)抽取的采樣點(diǎn)可能會(huì)集中在采樣區(qū)域的某一個(gè)小區(qū)域中，特別是在采樣點(diǎn)較少時(shí)。因此，為了能將采樣點(diǎn)均勻的分布在整個(gè)采樣區(qū)域中，就產(chǎn)生了系統(tǒng)采樣。

這里所談到的系統(tǒng)采樣是指所有以系統(tǒng)采樣為基礎(chǔ)的采樣方式主要包括規(guī)則隨機(jī)采樣、局部隨機(jī)分配下的系統(tǒng)采樣、網(wǎng)格隨 機(jī)變化下 的系統(tǒng)采樣、聚類采樣，等高線采樣、橫切面采樣等。每一種方法都有其本身的優(yōu)勢(shì)和局限，及適用的范圍，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該綜合考 慮，選取其中的適合的方法。為了能更好地進(jìn)行樣本的預(yù)處理，在對(duì)某個(gè)區(qū)域進(jìn)行高程采樣時(shí)，應(yīng)盡量遵守以下基本原則。

1）采用規(guī)則隨機(jī)采樣：這樣做可以使采樣點(diǎn)覆蓋整個(gè)地區(qū)。

2）通過對(duì)整個(gè)區(qū)域的觀察，確定在哪些局部區(qū)域需要加密，對(duì)這些地區(qū)應(yīng)用橫切面采樣。

3）對(duì)整個(gè)區(qū)域內(nèi)的大規(guī)模的突變點(diǎn)應(yīng)用特殊化規(guī)則隨機(jī)采樣。由于大規(guī)模的突變一般是呈線狀，且位于兩個(gè)區(qū)域的邊界，所以采樣時(shí)沿突變邊界應(yīng)用規(guī)則采樣。

2.3 野外測(cè)量數(shù)據(jù)采集方法

野外測(cè)量數(shù)據(jù)采集的方式主要有：全站儀測(cè)量、GPS測(cè)量、車載GPS采集等方法。野外的數(shù)據(jù)采集工作量大，數(shù)據(jù)采集過程中需注意碎部微地形，以提高數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量與完整性。為方便后續(xù)的工作，野外數(shù)據(jù)采集要求有完整的地物編碼系統(tǒng)。

2.4 空間傳感器

利用GPS、雷達(dá)和激光測(cè)高儀等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

1）合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量數(shù)據(jù)采集方法。合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）是傳統(tǒng)的微波遙感與射電天文干涉技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)物。他利用了多普勒頻移的原理改善了雷達(dá)的分辨率，特別是方位分辨率，提高了雷達(dá)測(cè)量的數(shù)據(jù)精度。合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量是通過對(duì)不同空間位置獲取的同一地區(qū)的兩個(gè)雷達(dá)圖像利用楊氏雙縫光干涉原理進(jìn)行處理，從而獲取該地區(qū)的地形信息。

2）機(jī)載激光掃描數(shù)據(jù)采集方法。機(jī)載激光掃描系統(tǒng)又稱為機(jī)載激光雷達(dá)。由于激光掃描不需要反光鏡，還可以被看到，而且也很少受氣候條件影響，測(cè)量精度又高，因此機(jī)載激光掃描成為測(cè)繪困難地區(qū)和地物密集地區(qū)，森林地區(qū)和電力線等的新興技術(shù)。

機(jī)載激光掃描的原理主要利用主動(dòng)遙感的原理，機(jī)載激光掃描系統(tǒng)發(fā)射出激光信號(hào)，經(jīng)有地面反射后到系統(tǒng)的接收器，通過計(jì)算發(fā)射信號(hào)和反射信號(hào)之間的相位差或時(shí)間差來得到地面的地形信息。

3 數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)采集方法及對(duì)比分析

1）紙質(zhì)地形圖數(shù)據(jù)采集容易獲取，所需設(shè)備和人員卻要求不高，采集速度也比較快，易于大批量作業(yè)。

2）攝影測(cè)量在基本比例尺測(cè)圖中起到了非常關(guān)鍵的作用，影像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是更新速度快，對(duì)于大范圍、大批量的數(shù)據(jù)獲取是一種主要方法。但高程數(shù)據(jù)的精度受外界因素影響較大，對(duì)于精度要求高的DEM需局部野外實(shí)測(cè)配合作業(yè)。

3）野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)精度最高，但數(shù)據(jù)采取工作量較大，效率不高，費(fèi)用較高，適用于小范圍大比例尺DEM作業(yè)。其可做大范圍DEM的局部更新以及工程用DEM的建設(shè)。

4 結(jié)束語

通過以上數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)采集方法及對(duì)比分析。根據(jù)數(shù)字高程模型（DEM）精度要求，應(yīng)選擇合適的數(shù)據(jù)采集方法，提高采集效率和質(zhì)量，為后續(xù)工作提供可靠的DEM數(shù)據(jù)源。

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