DEM數字地面模型在國土測量中的應用

許嘉昌 周錫圳

DEM數字地面模型在國土測量中的應用

許嘉昌 周錫圳

測量是國土資源管理擔負的基礎性職責。我國地緣遼闊，政府科學配置國土資源，強化監督國有土地，構建動態的土地市場下的地市場監測機制，推動農業用地的流轉，這些都需要以土地測量數據為前提條件。DEM 數字地面模型是借助數字化技術形成的一類產品，應用在國土測量測繪中，前景廣闊。本文分析了DEM數字地面模型在國土測量中的具體應用，以期國土測量工作能夠合理開展。

一、國土測量的作用與任務內涵

歐美等一些發達國家將國土測量工作劃入到國土整理的范圍內，已經具備制度化和常態化的態勢。我國在這方面起步時間短，和他們相比，在技術標準的統一性及總體規劃的前瞻性上相差較遠。這就需要結合國土測量專業的特征，充分研究測量基礎理論知識，考慮我國實際情況，形成我國特色標準下的流程化的實施手段，在國家內實施大范圍的國土整理測量，較為緊迫，也相當重要。“點”、“線”及“面”的規劃調查測量、實施工程測量是國土測量需要擔負的職責，以確保國土資源測繪的進行。

為實現國家國土資源的合理配置及資源的充分利用，現階段土地臺賬的構建，提供了基礎支撐。依照權屬，國土資源細分為政區管轄，協助礦產資源、水資源等調查工作的開展。根據使用用途的不同，明確居民點和農用場地，如耕地和園林等，同時還包括水利設施用地、交通運輸用地等。

二、國土包含的測量要素

控制測量，在工程建設區域內的地面上，依照特定的規律，設置一些網點，同時準確定位這些點，目的是設置測量基準。控制測量指導地形測圖與工程建設測量放樣的進行。土地的控制測量：

第一，對地形測圖測量基準的設定。一般使用的方式是，依照特定規律，在測量區域范圍內的地面上，準確定位一些網點。控制網是為了明確地形圖中所有地貌相對位置和地物相對位置，通過這種控制網聯系測區的一些測量工作；第二，指導測繪地形圖比例的確定；第三，為了確保精準的測繪，避免地形圖中出現誤差的傳遞和積累。

1.坐標系統與水準面的選取

國土測量，一般將高斯正形投影平面直接坐標系應用在國土測量中，和國家坐標系保持統一性。因為是針對地球進行的測量，地球自然表面是比較復雜的，同時也不規則。地形起伏變動較大，不能通過一個簡單的函數解決國家大地與工程控制的實際測量，也無法進行描述。

為確保地球曲面的幾何問題能夠獲得良好的解析，通常我們選擇的地球形狀要和地球接近，同時方便通過數學運算獲得形體來取代地球曲面，把觀察和測量獲得的結果融入到形體表面的計算中。一般我們以參考橢球體代替地球，這個橢球體和地球有著相當的體積和質量等，該橢球體的中心、旋轉軸分別和地球質心、地球自轉軸重合。有許多和鉛垂線保持垂直的水準面位于地球曲面上，將水準面用作大地水準面，其和平均海平面相重合。橢球體用作參考后，便產生了大地水準面與參考橢球面，便于我們對地控制基準網點位置的控制及對地形的測繪、大地測量的計算。

2.測量控制網與獨立高等控制網的構建方式

測量控制網的構建方式。當前通常使用GPS測量，以構建四等點控制網的平面與坐標。通過兩臺接收機，對3顆衛星信號進行觀測，對已知高等控制點的結算，借助后方交會的原理來實現，緊接著計算所有點的連接與平差，通過坐標對獲得的每一個未知點的坐標進行傳遞。使用水準儀對控制點高程測量中的四等水準進行測量。

獨立高等控制網的構建方式。通過GPS實施四等控制國土測量中的首級控制網，一般采用聯測分帶換算首級控制網和國家坐標點，采用常規手段對一級導線的安全性做加密處理，有助于已有地面數據與實地坐標系統實現無縫銜接，保障測量中坐標系統具有連續性。

三、DEM 數字地面模型應用在國土測量中

數字地面模型，即為精確地定位及展現地球表明的起伏情況，依照數字數據的方式，對采集而來的眾多地形點的三維坐標進行表達表達。觀察數字地面模型不難得到，地面上沒一點位置的屬性值。DEM是一種科學的地形表面的數學抑或數字。

1.DEM的定義和優點

DEM被翻譯成數字高程矩陣，經常被用在地圖學中。DEM集合了特定范圍內規則格網點的立體三維坐標，可以借助一組有序數值陣列數字方式，實現對地形表面形態在空間分布屬性的表達，為地面高程提供了設計、測量、建構實體地面等的重要手段。

DEM基于特定地理所屬的地形數據，借助數學變換，通過三維空間方式將所屬的地形地物呈現在二維平面中，按照離散分布的平面點，對分布地型進行模擬，植入數據，產生坡度圖信息和高線圖信息等，定量虛擬表現地形和地貌，其應用在坡度圖、中等高線等的測量和測繪中，是無法替代的。

2.DEM建模的手段

DEM表面模型的生成包含以下幾種方式：

首先，是在點的表面上形成的，也就是在各點數據基礎上形成的水平面，緊接著將不連續的、不相鄰的表面形成統一的DEM表面。其次，在格網基礎形成的模型。需要四個或以上的點，對一個雙線性表面進行確定，屬于比較合適的正方形格網。一旦區域范圍較大，使得DEM表面出現不能想象的抖動。再次，是在三角形表面上形成的。空間中的每三個點可以生成隨意傾斜平面的三角形，因為三角形的形狀和大小是多變的，地形特征線數據與斷裂線數據等結合一起是非常簡單的。還有一種方法，就是在混凝土表面模型基礎上形成的。細分格網，形成三角形網絡，這個面是持續不間斷的；植入不規則三角網時，會出現格網網絡。在實際工作中，在三角形和格網基礎上產生的建模方式于實際中比較常用。

3.地形分析，逼真場景生成

用于地形分析。GIS核心引領下的3S技術不斷發展，DEM研究深入，普遍應用在國土測量中，有著寬廣的前景。以DEM方式能夠模型測量地帶位置處各點地形狀況，計算出任一點的高程，能夠分類地貌形態，繪制地形剖面圖。

DEM結合遙感圖像，生成逼真的場景。DEM實現了等距格網模與遙感圖像數據的結合，借助地形高程信息，充分了解測量區域內的地貌形態、景觀格局、植被土壤，此外，提升了地形起伏地區測量的準確性。

四、結語

DEM數字地面模型是一種比較先進的模型，借助數字技術，能夠模擬地形，清晰地呈現地形地貌等，具有獨特的優勢，是不能夠取代的。DEM的建模有幾種方式，每一種方法的使用都要考慮具體的使用情況，便于更好地應用在地形分析中。DEM應用下，結合遙感圖像，生成比較逼真的情景。總之，DEM數字地面模型在國土測量中的應用極大方便了國土測量，我國相比國外在這方面的應用水平還有一定差距，其應用水平需要提升，相關研究需要深入，促使DEM數字地面模型不斷完善，無論是理論層面，還是具體應用都能得到較好地保障，更好地服務國土測量工作。

（作者單位：開平市國土資源局）