基于DLG的地理國(guó)情普查DEM精細(xì)化生產(chǎn)方法探索

容 茜，沈佳潔

（1.湖北省航測(cè)遙感院，湖北 武漢 430079）

基于DLG的地理國(guó)情普查DEM精細(xì)化生產(chǎn)方法探索

容 茜1，沈佳潔1

（1.湖北省航測(cè)遙感院，湖北 武漢 430079）

介紹了利用1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)源生產(chǎn)地理國(guó)情普查精細(xì)化DEM的作業(yè)過程；總結(jié)了DEM制作經(jīng)驗(yàn)，探索了DEM數(shù)據(jù)檢查方法。實(shí)踐證明，該方法適用于大范圍DEM制作，成果質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

地理國(guó)情普查；DLG；DEM

DEM是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達(dá)，是一定范圍內(nèi)規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)(X，Y)以及對(duì)應(yīng)高程Z的數(shù)據(jù)集，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述[1-2]。DEM是數(shù)字化測(cè)繪4D產(chǎn)品的重要組成部分和國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪的重要成果，也是制作DOM的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。DEM數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換為等高線圖、坡度圖、剖面圖、暈渲圖等，用于地形相關(guān)的分析應(yīng)用，在測(cè)繪、水文、地質(zhì)、土壤、工程建設(shè)、國(guó)防等領(lǐng)域起著積極作用。

在地理國(guó)情普查過程中，DEM是地理國(guó)情普查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)成果的重要組成部分，由其派生形成的坡度、坡向等數(shù)據(jù)是地形地貌統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)。由于我國(guó)國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫中1∶10 000 DEM數(shù)據(jù)成果格網(wǎng)的尺寸為5 m，為了更精細(xì)地反映地形特征，以滿足地理國(guó)情分析統(tǒng)計(jì)和其他相關(guān)應(yīng)用的需要，地理國(guó)情普查中需要利用現(xiàn)有1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)和其他相關(guān)數(shù)據(jù)源，進(jìn)一步細(xì)化生成格網(wǎng)尺寸為2 m的DEM數(shù)據(jù)。

1 DEM制作過程

制作DEM有多種方法，根據(jù)數(shù)據(jù)源可分為：基于航空攝影測(cè)量影像的方法，基于DLG數(shù)據(jù)的方法和基于已有DEM數(shù)據(jù)的方法。航空攝影測(cè)量方法效率高，但數(shù)據(jù)質(zhì)量不如野外測(cè)繪方法。利用地形圖內(nèi)插DEM的方法，需要時(shí)效性較強(qiáng)的地形圖才能制作相關(guān)DEM[3-4]。常見的DEM生產(chǎn)軟件有ArcGIS、Geoway、VirtuoZo和MapMatrix等。ArcGIS的3D分析模塊，利用等高線或高程點(diǎn)創(chuàng)建TIN，再轉(zhuǎn)換成TIN Grid進(jìn)行DEM的生產(chǎn)。Geoway軟件，引入已有特征地物的dxf數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化為GeoTin的god格式，然后在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行三角形聯(lián)網(wǎng)，最后生成DEM。VirtuoZo軟件使用模型匹配方法，引入特征地物，通過編輯生成單模型DEM，再進(jìn)行拼接和圖幅裁切；也可利用DEM Maker模塊，引入已有的地形數(shù)據(jù)作參考，再進(jìn)行DEM的制作[5]。

圖1 利用1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)DEM流程圖

如圖1所示，在1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，選取等高線、高程點(diǎn)等地形特征數(shù)據(jù)以及水系要素，同時(shí)參考各種地形特征信息，基于等高線數(shù)據(jù)采集地形特征點(diǎn)、線，進(jìn)一步豐富地形特征信息，并按照2 m格網(wǎng)大小，采用TIN內(nèi)插方法生成DEM數(shù)據(jù)。

1.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

從數(shù)據(jù)源中提取高程點(diǎn)、等高線及水系等要素，并進(jìn)行質(zhì)量檢查，主要檢查高程點(diǎn)、等高線高程賦值的正確性。提取1∶10 000 DLG高程點(diǎn)和等高線數(shù)據(jù)，保留其高程值作為內(nèi)插DEM的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；提取1∶10 000 DLG水系層數(shù)據(jù)，選取面積大于400 m2的靜止水域，如湖泊、水庫、池塘等，并在CAD中處理為封閉的平面。

1.2 特征采集

為了提取精細(xì)化DEM，還需在1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采集特征點(diǎn)和特征線：

1）沿山脊、山谷或地形變換區(qū)域采集斷裂線，提高DEM數(shù)據(jù)對(duì)真實(shí)地形的仿真度，優(yōu)化DEM數(shù)據(jù)的相對(duì)高程精度。

2）對(duì)于帶狀構(gòu)造物，如公路、鐵路、路堤、依比例尺雙線堤等，按雙特征線采集上端兩側(cè)堤頂和下端兩側(cè)堤腳線。

3）對(duì)于流動(dòng)水域，從上游至下游依次采取高程梯度下降的原則采集特征線，由于河流沿其走向有高差，所以橫向會(huì)有稀疏的等值線穿過。

4）面積大于400 m2的水庫、池塘等靜止水域內(nèi)的DEM格網(wǎng)點(diǎn)高程必須保持一致，對(duì)于池塘分布零散、數(shù)量多而面積相對(duì)較小的情況，可根據(jù)相鄰等高線或高程點(diǎn)，估讀其水涯線高程并自動(dòng)賦值。

具體的算法思路是：首先僅利用地貌層數(shù)據(jù)生成用于池塘賦值的粗略DEM數(shù)據(jù)；再將單個(gè)池塘看作一 個(gè)封閉的平面，根據(jù)粗略DEM格網(wǎng)點(diǎn)高程內(nèi)插計(jì)算其邊緣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高程值；最后在所有邊緣點(diǎn)的高程中選取最小值作為池塘高程，并在1∶10 000 DLG水系層數(shù)據(jù)中對(duì)其賦值。

在采集特征點(diǎn)、線的過程中還應(yīng)注意：特征線之間不能交叉，特征點(diǎn)、線與地貌層數(shù)據(jù)不能相互矛盾。

1.3 DEM內(nèi)插

由于不同區(qū)域的地貌差異，進(jìn)行DEM精細(xì)化生產(chǎn)的數(shù)學(xué)內(nèi)插方法也不盡相同。例如，地形連續(xù)完整、等高線信息豐富的山地區(qū)域可采用TIN內(nèi)插算法，而等高線信息稀少的平坦區(qū)域或地形破碎區(qū)域，可靈活采用不同的內(nèi)插算法，如距離變換柵格插值法、地形特征柵格插值法等。本文實(shí)驗(yàn)區(qū)域?yàn)樯降睾透呱降?，采用TIN內(nèi)插算法進(jìn)行DEM精細(xì)化生產(chǎn)。為了保證圖幅邊緣DEM的精度，還需調(diào)用周邊圖幅數(shù)據(jù)參與內(nèi)插處理，并對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行接邊，接邊后同名格網(wǎng)點(diǎn)的高程值應(yīng)保持一致。

2 DEM數(shù)據(jù)檢查

地理國(guó)情普查精細(xì)化DEM的數(shù)據(jù)檢查主要包括：

1）空間參考系檢查。檢查DEM成果數(shù)據(jù)的平面坐標(biāo)系統(tǒng)、高程基準(zhǔn)是否符合規(guī)范要求，各項(xiàng)地圖投影參數(shù)是否正確。

2）位置精度檢查，包括高程中誤差、接邊誤差、套合差檢查。

3）邏輯一致性檢查。檢查數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)、組織、歸檔是否符合規(guī)范要求。

4）時(shí)間精度檢查。檢查生產(chǎn)中使用的各種資料的現(xiàn)勢(shì)性是否符合規(guī)范要求。

5）附件檢查。檢查元數(shù)據(jù)文件的組織、命名、格式、個(gè)數(shù)、順序是否正確，內(nèi)容填寫有無錯(cuò)漏；檢查各種基本資料、參考資料的完整性、正確性和權(quán)威性，技術(shù)設(shè)計(jì)、技術(shù)總結(jié)、檢查報(bào)告、原始記錄以及其他文檔資料的齊全性、規(guī)整性。

在進(jìn)行位置精度檢查時(shí)，影響DEM位置精度的因素很多，其中最主要的因素是生產(chǎn)DEM原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量，其誤差包括原始資料誤差、采集及采集設(shè)備誤差、人為誤差和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差等[6]。因此在精細(xì)化DEM生產(chǎn)前，需要對(duì)數(shù)據(jù)源中提取的等高線、高程點(diǎn)、水體等要素進(jìn)行質(zhì)量檢查，主要檢查高程點(diǎn)、等高線高程賦值的正確性；對(duì)采集的特征點(diǎn)、線進(jìn)行質(zhì)量控制，避免人為誤差；對(duì)DEM成果中的數(shù)據(jù)范圍、格網(wǎng)尺寸、高程粗差、高程無值區(qū)、DEM反生產(chǎn)等高線與原DLG套合程度等方面進(jìn)行檢查。

對(duì)內(nèi)插生成的DEM進(jìn)行質(zhì)量檢查，本文采用的方法是利用DEM數(shù)據(jù)反生產(chǎn)等高線圖與原始DLG進(jìn)行套合（圖2），檢查套合差，確保成果滿足技術(shù)指標(biāo)規(guī)定（表1）。具體的檢查方法是對(duì)等高線的谷脊和平滑部分進(jìn)行隨機(jī)采樣得到大量檢查點(diǎn)，檢查DEM反生產(chǎn)的等高線相對(duì)于原始地形圖中等高線的位移量，根據(jù)位移量計(jì)算高程差異，確保檢查點(diǎn)高程中誤差滿足技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定。對(duì)水系要素而言，不允許DEM反生產(chǎn)的等高線穿過靜止水域（湖泊、水庫、池塘等），流動(dòng)水域（河流等）上下游高程應(yīng)該呈梯度下降。另外，還需要對(duì)相鄰兩幅DEM重疊區(qū)的同名格網(wǎng)點(diǎn)高程進(jìn)行比較，檢查DEM接邊精度。

表1 2 m格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)高程精度分類表[7]

圖2 DEM檢查

3 結(jié) 語

本文介紹了利用1∶10 000 DLG數(shù)據(jù)源生產(chǎn)地理國(guó)情普查精細(xì)化DEM的作業(yè)過程，討

論了DEM制作中的特征點(diǎn)、線采集技巧，以及DEM數(shù)據(jù)檢查方法。實(shí)踐證明，該作業(yè)流程適于大范圍DEM制作并能確保成果質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

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[3] 李全林.數(shù)字高程模型[M].武漢：武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社,2004

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[7] GDPJ 08-2013.多尺度數(shù)字高程模型生產(chǎn)技術(shù)規(guī)定[S].

P23

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：1672-4623（2016）11-0039-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.014

容茜，工程師，從事攝影測(cè)量方面工作。

2014-07-02。