基于四等水準(zhǔn)測量的城市DEM建立的可行性探討

汪仁銀 韓立 王怡 陳銳 李開偉

摘 要：數(shù)字高程模型（DEM）是地理信息系統(tǒng)的重要組成部分，是目前基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建庫數(shù)據(jù)的重要組成部分。本文主要研究了創(chuàng)建城市數(shù)字高程模型的方法，論述了基于四等水準(zhǔn)測量結(jié)合RTK高程數(shù)據(jù)采集的數(shù)字高程模型構(gòu)建方法，包括如何進(jìn)行四等水準(zhǔn)控制網(wǎng)建立施測，高程點(diǎn)數(shù)據(jù)處理加密，以及基于規(guī)則格網(wǎng)法建立城市DEM的過程。通過項(xiàng)目的開展，介紹了創(chuàng)建城市數(shù)字高程模型的基本步驟，驗(yàn)證基于四等水準(zhǔn)測量的城市DEM建立的可行性。

關(guān)鍵詞：四等水準(zhǔn)測量；DEM；可行性

一、引言

現(xiàn)階段，行業(yè)對DEM的研究越來越深入，應(yīng)用也越來越廣泛。DEM 包含了大量的地表形態(tài)信息，從中可以得到坡度、坡向、水文等信息。結(jié)合相關(guān)地信軟件，可以實(shí)現(xiàn)DEM的三維顯示，再結(jié)合模型所蘊(yùn)含的高程信息，有利于開展形象化的空間分析，從而更好地輔助救災(zāi)措施的制訂、城市規(guī)劃等。

城市三維的可視化是現(xiàn)代城市信息化發(fā)展的主要方向，是目前數(shù)字城市發(fā)展的主要內(nèi)容，是數(shù)字地球建設(shè)的重要組成部分。這是一個(gè)龐大的、長期的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。如果擁有了城市 DEM 數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可在災(zāi)害發(fā)生時(shí)及時(shí)了解災(zāi)害的發(fā)生情況，從而制訂相關(guān)的救災(zāi)策略。對得到的 DEM數(shù)據(jù)和水文數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得洪水淹沒的大致范圍，再結(jié)合其他相關(guān)信息，可對特定情況進(jìn)行情景模擬，從而更好地指導(dǎo)城市建設(shè)規(guī)劃，制定正確的救災(zāi)措施。

二、DEM數(shù)據(jù)來源

現(xiàn)階段，DEM數(shù)據(jù)獲取主要有：TIN生成、文理數(shù)據(jù)獲取、建筑物高度數(shù)據(jù)的獲取。采樣方法主要有：地面測量、攝影測量、立體遙感、GPS、地形圖手扶跟蹤數(shù)字化、地形圖屏幕數(shù)字化、激光掃描、干涉雷達(dá)等。本文以四等水準(zhǔn)控制測量為基礎(chǔ)，結(jié)合RTK數(shù)據(jù)點(diǎn)采集加密的方法作為數(shù)據(jù)源，建立城市DEM。

三、基于四等水準(zhǔn)測量建立城市DEM的運(yùn)用

WJ區(qū)規(guī)劃管理局為了開展本區(qū)重點(diǎn)規(guī)劃區(qū)域的豎向規(guī)劃，在城市規(guī)劃工作中合理利用地形，達(dá)到工程安全合理、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、美觀宜人的要求，開展了區(qū)域豎向規(guī)劃測繪項(xiàng)目。

本次項(xiàng)目區(qū)境屬典型的平原地，地勢平坦，無山丘，海拔高度最低511.3 米，最高647.4米。河流均屬岷江水系。截至2013年，本區(qū)土地總面積414萬余畝。該區(qū)形成了以2條高速公路、9條縣道公路和15條區(qū)內(nèi)骨干道路為骨架，355條鄉(xiāng)村道路縱橫交錯(cuò)的路網(wǎng)。全區(qū)面積277.8平方公里，轄4街道6鎮(zhèn)，重點(diǎn)規(guī)劃區(qū)域包括主城區(qū)和5個(gè)鎮(zhèn)區(qū)，重點(diǎn)規(guī)劃區(qū)域約107平方公里。

1.外業(yè)數(shù)據(jù)采集

（1）四等規(guī)劃水準(zhǔn)測量

利用從四川省測繪地理信息局購買的一等水準(zhǔn)測量成果，作為本次測區(qū)四等水準(zhǔn)測量的高程起算點(diǎn)，沿道路組成四等水準(zhǔn)路線（網(wǎng)），在水準(zhǔn)測量前編制水準(zhǔn)測量專業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)，經(jīng)甲方批準(zhǔn)后開展后期測量工作。本次四等水準(zhǔn)測量工作利用國家一等水準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)。待測水準(zhǔn)點(diǎn)共計(jì)58個(gè)，其中四等水準(zhǔn)控制點(diǎn)成果27個(gè)。加密點(diǎn)成果51個(gè)，觀測測段數(shù)共計(jì)74條，構(gòu)成三邊閉合網(wǎng)共計(jì)41個(gè)。經(jīng)過外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)平差操作，本次四等水準(zhǔn)控制網(wǎng)中每公里高差中數(shù)偶然中誤差、每公里高差中數(shù)全中誤差、閉合差等主要精度指標(biāo)全部合格。

（2）RTK實(shí)測高程點(diǎn)

特征點(diǎn)應(yīng)包括山頂、凹地、鞍部等；特征線應(yīng)包括河流、水庫、湖泊等水系邊線，道路邊線，山脊線，溝谷線，斷裂線等。水庫、湖泊等封閉水域應(yīng)按面狀要素采集，并與上下游及周邊高程相協(xié)調(diào)。

2.內(nèi)業(yè)DEM生產(chǎn)

利用數(shù)字線劃圖成果中的等高線、高程點(diǎn)、面狀水體信息，輔以地形特征點(diǎn)、特征線等，經(jīng)過數(shù)學(xué)內(nèi)插生產(chǎn)數(shù)字高程模型成果。具體流程包括：帶高程信息要素提取—數(shù)據(jù)編輯—構(gòu)TIN—內(nèi)插DEM—DEM裁剪—DEM接邊—DEM質(zhì)量檢查。

3.項(xiàng)目成果

根據(jù)外業(yè)水準(zhǔn)測量與RTK實(shí)測高程數(shù)據(jù)，通過ArcGIS軟件構(gòu)建高程DEM模型。利用城市規(guī)劃局已有區(qū)域地形圖原始數(shù)據(jù)中的建筑物數(shù)據(jù)，得到建筑物底面數(shù)據(jù)，確定底面高程值，由底面數(shù)據(jù)得到頂面數(shù)據(jù)，并利用層數(shù)屬性得到建筑物頂面高程值。利用頂面數(shù)據(jù)生成建筑物DEM，完成城市DEM。

四、結(jié)論

第一，如果要得到符合真實(shí)情況的城市數(shù)字高程模型，選擇適當(dāng)?shù)母魯嗑€是必要的。隔斷線的使用可以表示出地形的突變。另外，對于道路等人類活動(dòng)中的地物，隔斷線的選擇可以將其突出表現(xiàn)出來。在構(gòu)網(wǎng)過程中，選取隔斷線后，同時(shí)要注意到該隔斷線是有高度的還是無高度的，隔斷線高度有無影響與隔斷線相關(guān)高程點(diǎn)的構(gòu)網(wǎng)。

第二，高程點(diǎn)的加密。由于無高度隔斷線的存在，在進(jìn)行格網(wǎng)構(gòu)建時(shí)，會(huì)出現(xiàn)高程值與真實(shí)地形高程不符的情況，此時(shí)需要對高程點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募用懿僮?。而有高度的隔斷線則不需要考慮高程點(diǎn)加密的問題。

第三，結(jié)合四等水準(zhǔn)控制測量完成高程控制點(diǎn)制作。結(jié)合RTK高程碎步點(diǎn)采集的方法可用于城市DEM的建立過程。

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