DEM、DOM、DLG產(chǎn)品的獲取方式研究

蔡建德　陳彥軍

（1.河南省測繪發(fā)展研究中心，河南 鄭州 450008; 2.河南省遙感測繪院，河南 鄭州 450008）

1　前言

現(xiàn)代數(shù)字地圖主要由數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字柵格地圖（DRG）、數(shù)字線劃地圖（DLG）以及復(fù)合模式組成。目前，基礎(chǔ)測繪全面完成了從模擬時代向數(shù)字化時代跨越，形成了以“4D”為代表的新一代基礎(chǔ)測繪產(chǎn)品，極大地豐富了基礎(chǔ)測繪產(chǎn)品形式，顯著提升了基礎(chǔ)測繪保障服務(wù)的能力和水平。對DEM 、DOM、DLG產(chǎn)品的獲取方式、應(yīng)用范圍的分析，可指導(dǎo)測繪地理信息行業(yè)實際生產(chǎn)過程，滿足各行各業(yè)對測繪服務(wù)的不同需求。

2　DEM、DOM、DLG產(chǎn)品的獲取方式

2.1　DEM數(shù)據(jù)

數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，簡稱DEM）是一定區(qū)域范圍內(nèi)規(guī)則格網(wǎng)點的平面坐標(biāo)（X，Y）及其高程（Z）的數(shù)據(jù)集或是經(jīng)度λ、緯度φ和海拔h的數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集從數(shù)學(xué)上描述了區(qū)域地貌形態(tài)的空間分布[1]。DEM描述的是地面高程信息，在水文、測繪、氣象、地貌、地質(zhì)、工程建設(shè)、通信等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。如在工程建設(shè)上，可用于土方量計算、通視分析等；在無線通信上，可用于蜂窩電話的基站分析等；在防洪減災(zāi)方面，DEM是進行匯水區(qū)分析、降水分析、蓄洪計算、水系網(wǎng)絡(luò)分析、淹沒分析等水文分析的基礎(chǔ)。

獲取DEM數(shù)據(jù)的常用方法有：地形圖手扶跟蹤數(shù)字化、地面測量、攝影測量、機載激光雷達等。地形圖手扶跟蹤數(shù)字化，是利用數(shù)字化儀和相應(yīng)的圖形處理軟件制作DEM數(shù)據(jù)。地面測量是指運用GPS、全站儀、電子平板儀等儀器，對目標(biāo)點進行三維坐標(biāo)實測，以此作為DEM的數(shù)據(jù)源。攝影測量法是在獲取影像圖的基礎(chǔ)上，恢復(fù)地面立體模型，以達到從二維影像到三維立體模型的轉(zhuǎn)變。如果采用原有地形圖，或使用未經(jīng)改造的模擬精密立體測圖儀獲得等高線，可以掃描進行矢量化，得到等高線后再內(nèi)插成DEM[2]。激光雷達大致分為機載和地面兩大類。其中機載激光雷達集激光測距技術(shù)、計算機技術(shù)、慣性測量單元(IMU) /DGPS差分定位技術(shù)于一體，其所測得的數(shù)據(jù)為數(shù)字表面模型（Digital Surface Model，簡稱DSM） 的離散點表示，含有空間三維信息和激光強度信息。通過應(yīng)用分類技術(shù)在原始數(shù)字表面模型中移除建筑物、人造物、覆蓋植物等測點，即可獲得DEM，并同時得到地面覆蓋物的高度。機載激光雷達具有自動化程度高、受天氣影響小、數(shù)據(jù)生產(chǎn)周期短、精度高等特點。DEM數(shù)據(jù)獲取方式間的比較如表1所示。

表1　DEM數(shù)據(jù)獲取方式間的比較

隨著測繪信息技術(shù)的不斷發(fā)展，僅提供地物的地面高程信息難以滿足測繪地理信息業(yè)務(wù)需求，DSM產(chǎn)品應(yīng)運而生。DSM的獲取方式主要是激光掃描，它是在DEM基礎(chǔ)上，涵蓋了除地面以外的其他地表信息的高程，能真實表達地面起伏情況，可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。比如，在森林地區(qū)，DSM可用于檢測森林的生長情況；在城區(qū)，可用于檢查城市的發(fā)展情況。

2.2　DOM數(shù)據(jù)

數(shù)字正射影像圖（Digital Orthophoto Map，簡稱DOM）是利用遙感影像，通過數(shù)字攝影測量的原理及方法，對航片進行控制、定向、糾正生成的影像圖[3]。DOM同時具有地圖幾何精度和影像特征，精度高、信息豐富、制作周期短。它可作為底圖信息評價其他數(shù)據(jù)的精度和完整性，也可從中提取自然資源和社會經(jīng)濟發(fā)展信息，為防治災(zāi)害和公共設(shè)施建設(shè)等提供依據(jù)。

D0M獲取方式主要為：全數(shù)字攝影測量和航天遙感影像處理。這兩種方式的最大差別在于獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的方式，全數(shù)字攝影測量通過航攝獲取負片，而航天遙感影像則通過遙感方式獲取數(shù)據(jù)。隨著航天遙感技術(shù)的發(fā)展，高分辨率的影像可以用作數(shù)字正射影像的數(shù)據(jù)源[4]。內(nèi)業(yè)人員可以通過使用遙感數(shù)據(jù)，對其進行幾何糾正，在對數(shù)字影像進行處理融合和鑲嵌后，即可更新入庫。

2.3　DLG數(shù)據(jù)

數(shù)字線劃地圖（Digital Line Graphic，簡稱DLG）是現(xiàn)有地形圖上基礎(chǔ)地理信息要素的矢量數(shù)據(jù)集，通過各種矢量數(shù)據(jù)采集手段將地表各要素的空間關(guān)系和相關(guān)屬性信息分層提取、編輯、保存，因而可以全面描述地表目標(biāo)[5]。DLG是一種放大、漫游、查詢、檢查、量測、疊加地圖，數(shù)據(jù)量小，便于分層，能快速生成專題地圖，亦被稱作矢量專題信息。

DLG數(shù)據(jù)能滿足GIS進行各種空間分析的要求，可隨機進行數(shù)據(jù)選取和顯示，與其他幾種產(chǎn)品疊加，便于分析、決策。DLG的技術(shù)特征為：地圖地理內(nèi)容、分幅、投影、精度、坐標(biāo)系統(tǒng)與同比例尺地形圖一致，圖形輸出為矢量格式，任意縮放均不變形。

目前，常用的DLG獲取方式有以下幾種：

（1）原圖數(shù)字化

原圖數(shù)字化主要包括手扶跟蹤數(shù)字化和地圖掃描矢量化，兩者都常以舊的地形圖為底圖進行數(shù)字化。手扶跟蹤數(shù)字化需要用數(shù)字化儀對原圖的地形特點逐點進行跟蹤采集，精度較低，而地圖掃描矢量化可以用掃描儀直接掃描原圖，精度較高。地圖掃描矢量化借用計算機軟件中原有的柵格地圖或直接對掃描后的紙質(zhì)地圖進行矢量化，對地形圖中新產(chǎn)生的管線、道路、居民地等要素，進行分層編輯，產(chǎn)生DLG。

（2）全野外數(shù)字測圖

全野外數(shù)字測圖通過使用全站儀、GPS接收機等測量儀器，在野外進行實地測量獲取數(shù)據(jù)，具有高精度、高費用特點，多用于沒有底圖的地區(qū)。

（3）修改現(xiàn)有DLG數(shù)據(jù)

該方法是基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)更新中的常用方法，在現(xiàn)有的DLG數(shù)據(jù)上根據(jù)最新的數(shù)字正射影像圖進行修改、保存。

（4）數(shù)字攝影測量

攝影測量在基本比例圖生產(chǎn)中占據(jù)著重要位置，經(jīng)歷了模擬攝影測量和解析攝影測量階段。隨著計算機技術(shù)以及數(shù)字圖像處理、模式識別、人工智能、專家系統(tǒng)、計算機視覺等學(xué)科的發(fā)展，數(shù)字攝影測量的內(nèi)涵已遠遠超過了傳統(tǒng)攝影測量的范圍，現(xiàn)已被公認為攝影測量的第三個發(fā)展階段。

數(shù)字攝影測量與模擬攝影測量、解析攝影測量的最大區(qū)別在于：它處理的原始信息不僅可以是像片，更主要的是數(shù)字影像（如SPOT影像）或數(shù)字化影像；它最終是以計算機視覺代替人眼的立體觀測，因而它所使用的儀器最終將是通用計算機及其相應(yīng)外部設(shè)備；其產(chǎn)品是數(shù)字形式的，傳統(tǒng)產(chǎn)品只是該數(shù)字產(chǎn)品的模擬輸出[5]。

數(shù)字攝影測量作為一門由二維影像到三維空間的學(xué)科，主要通過提取物體特征點的方式確定物體坐標(biāo)，然后將收集到的遙感影像進行立體測圖，減輕了野外測圖的工作量，降低了生產(chǎn)成本，得到的數(shù)據(jù)源精度高[6]。數(shù)字攝影測量以其高效快速、生成數(shù)據(jù)產(chǎn)品齊全而發(fā)揮著其他測量手段無法比擬的作用。

3　結(jié)束語

深入分析和研究DEM 、DOM、DLG產(chǎn)品的獲取方式、應(yīng)用范圍，有利于提高測繪項目管理水平，優(yōu)化生產(chǎn)計劃，加快推進基礎(chǔ)測繪轉(zhuǎn)型，推動數(shù)字 化測繪向信息化測繪升級，為服務(wù)國計民生提供更加堅實的基礎(chǔ)測繪保障。

[1]張瑞軍,楊武年,劉漢湖,等．?dāng)?shù)字高程模型的構(gòu)建及其應(yīng)用[J].工程勘察,2005,(3):61-64.

[2]賈亞紅,白潔,賈敬亭,等.數(shù)字高程模型的制作與應(yīng)用[J].西部資源,2011(1):58-61.

[3]于雷,商博,周琦.數(shù)字正射影像圖的制作方法和應(yīng)用研究[J].測繪與空間地理信息,2009,32(3):176-178.

[4]孫馳,王小平.影像地圖的發(fā)展及作用[EB/OL].(2012-10-09)．http://www.docin.com/p-494692355.html

[5]張序.測量學(xué)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2007.

[6]修文群.城市地理信息系統(tǒng)[M].北京:北京希望電子出版社,2001.