一種高精度DEM的制作方法探討

杜美慶，李霞，周艷，侯軼，李新鋒

(山東正元數字城市建設有限公司，山東煙臺 264000)

1 引言

隨著航空攝影測量技術和三維數字城市的發展，數字高程模型作為一種基礎數據已經被廣泛應用在各個領域。它可以形象的表達地勢地形，可以用于高程分析、等高線生成，可以作坡度分析、生成剖面圖，可以制作透視圖、斷面圖等［1］，是洪水淹沒分析、通視性分析等必不可少的數據，是制作正射影像圖的基礎，是三維數字城市建設必不可少的元素。

2 幾種常見的DEM制作方法

目前多款軟件提供了DEM制作模塊，如ArcGIS的3D分析模塊［2］，利用等高線或高程點創建TIN，然后轉換成Tingrid方式進行DEM的生產;再如Geoway軟件，引入已有特征地物的dxf數據，然后轉化為Geo-Tin的god格式，在此數據基礎上進行三角形聯網，最后生成 DEM［3］;還有 VirtuoZo軟件等等。

同一款軟件也可以提供多種生產DEM的方法，如在VirtuoZo軟件中生產DEM，傳統的方法就是單模型匹配編輯，然后生成單模型的DEM再進行拼接和標準幅裁切，該方法能夠滿足一般中小比例尺的精度要求;另一種方法是將特征地物引入匹配之后，再進行編輯生成DEM，該方法可以提高DEM的精度。還有一種方法就是利用DEM Maker模塊，引入已有的地形數據做參考，然后進行DEM的制作。

本次青島市1∶5 000 DEM項目的精度要求比較高［4］，因此我們根據實際情況結合項目要求，采用VirtuoZo軟件的DEM Maker模塊，首先引入特征地物，然后參照實測高程修改地物高程，然后在此基礎上添加輔助線，進行本次的DEM生產工作。

3 資料準備及預處理

3.1 航攝資料

本項目航攝資料由青島市國土資源和房屋管理局提供。一部分資料是由北京星天地信息科技有限公司于2007年9月～2008年4月全數字航攝像片資料，tif影像分辨率為0.012 mm。還有一部分資料是由北京四維航空遙感有限公司于2003年10月～11月航攝的像片資料，tif影像分辨率為0.025 mm。影像數據以最新資料為主，其中涉及保密的區域以低分辨率影像代替。

3.2 線劃圖資料

采用全數字攝影測量方法進行外業像片控制點的布設和聯測;內業空三加密后，導入空三數據，進行立體采集，最后得到xyz格式的測圖文件。導出dxf文件用于DLG的生產。

3.3 高程點資料

青島市國土資源和房屋管理局提供了2004年觀測，2006年全省統一平差計算的1980西安坐標系下C、D級網成果。高程為青島市2004年觀測的二等水準控制網及其加密網成果，高程基準為1985國家高程基準。依據作業要求，經實地踏勘，選取C003、C005、C028、C043、D012、D056、D098 均勻分布測區的 7 個已知點作為本次各工序測量的起算點，通過網絡RTK獲取各點的WGS－84坐標并求得測區的統一七參數。

2004年青島市勘察測繪研究院完成了青島市七區的大地水準面精化項目，內符合精度優于±1.5 cm，外符合精度優于±1.8 cm。將QDCORS網絡RTK獲取的WGS－84坐標通過似大地水準面精化模型改算后獲得1985國家基準高程。

由于受基礎資料的限制，本項目內業工作站測得的高程無法達到規范要求，因此，在上述已知點基礎上，對平地高程進行了全野外實測，丘陵地進行野外檢測，回內業修改，最終得到高程點圖。

3.4 資料預處理

首先，將dxf格式的線劃圖進行整理，保留高架路、橋、河流湖泊面等特征地物，刪除房屋、植被等不貼地面的地物(這里，還要刪除高程點，因為前面說過受資料限制，工作站測得的高程的準確度無法達到規范要求)，然后繼續將文件保存為dxf格式。(或者，直接在VZ中打開xyz原始文件，按照圖層進行刪除與整理。)

然后，檢查整理野外實測的高程文件，刪除明顯飛點，同時保存為dxf格式。

4 技術路線

在VirtuoZo 3.7軟件中，利用DEM Maker模塊，首先建立模型范圍，引入地形圖的特征地物及野外測量的高程點，然后將引入的已知地物圖層轉換為基礎層;參照高程點修改特征地物的高程。根據需要，如果引入的特征線密度不夠或不能很好的表示地形，則利用DEM Maker自帶的編輯功能，添加特征點、特征線和特征面。編輯完特征地物后，構建三角網，然后自動生成DEM。由于地形圖及高程點文件都是標準幅的方式，故生成的DEM以默認范圍保存即是標準幅。生產流程技術路線圖如圖1所示。

圖1 DEM制作技術路線圖

5 質量檢查

5.1 三維顯示檢查

DEM生成后，采用VirtuoZo軟件的立體顯示功能，首先進行粗略檢查，顯示是否存在明顯飛點等異常，然后比對地形圖，看是否和實地一致。對于發現的問題則進入高級編輯，進行檢查修改，直至單幅數據符合要求。

5.2 接邊檢查

單幅數據過關后，在VirtuoZo 3.7的高級選項中進行DEM自動拼接并檢查接邊精度，對于拼接平地大于0.5 m，山地大于2.5 m的模型，返回高級編輯找到相應位置，加載立體模型，進行重新編輯，直至符合要求。

最后經檢查發現拼接精度小于2.5 m的點占全區域的98.16%，大于2.5 m小于 5.0 m的為1.84%，其他為0，基本符合要求，進行拼接。

5.3 分幅

單幅內DEM及接邊處的問題都解決完后，按照甲方提供的標準幅圖框，在VirtuoZo中利用坐標進行分幅、命名并保存。

5.4 綜合檢查

質量檢查人員將分幅后的DEM再進行一次三維顯示檢查，保證接邊并分幅后的每一幅DEM，都能夠正確反映地勢、地貌情況，不存在飛點現象，與地形圖也保持一致。

5.5 格式轉換

檢查結果符合要求之后，將數據轉換為grid格式進行提交。在數據分幅與格式轉換的環節，我們也可以將整塊的DEM數據先轉換成grid格式，然后在Arc-GIS中利用多邊形裁剪進行分幅。

數據質量是地理信息的生命，沒有質量保證的信息等于零。本次生產的DEM數據通過了層層檢查，發現問題隨時整改，直到符合精度要求。質量檢查的過程如圖2所示。

圖2 數據質量檢查流程圖

6 總結

本次項目的DEM按照上述流程制作完畢，實踐證明，該方法制作的DEM精度高于傳統方法，且速度比較快。生產過程中由于基礎數據原因導致的高程不準是我們遇到的最大問題，按照依野外實測高程修改特征地物的方法解決了該問題。

［1］國家測繪局陜西基礎地理信息中心.DEM(數字高程模型)介紹［EB/OL］.http://www.sxgis.cn/detail.asp?id=438，［2006 －08 －24］

［2］清風細雨江.DEM制作與應用全過程［EB/OL］.http://hi.baidu.com/zaaaaaa/blog/item/aafdca3dc34243e83d6d9780.html，［2008 －07 －25］

［3］數字哈爾濱－地理信息網.引入已有DEM制作正射影像［EB/OL］.http://www.hrbmap.com/AAAMoPAAEAAAAj6AAA.asp，［2010 －3 －20］

［4］鄭學東，譚德寶，張治中.三峽水庫DEM制作技術線路與方法［J］.長江科學院院報，2005(4).

［5］李志林，朱慶.數字高程模型［M］.武漢:武漢測繪科技大學出版社，2000.

［6］阮明.大范圍DEM數據的快速生產［J］.城市勘測，2011(1).

［7］謝新秀，呂磊，林國彬等.礦區DEM的建立與研究［J］.西部探礦工程，2011(1).