大范圍高精度DEM制作方法研究

李晉

摘 ? 要：數字高程模型（ Digital Elevation Model，DEM） 是地理信息數據庫中最為重要的空間信息資料之一，是構建國家空間數據基礎設施的重要框架數據。本文結合蕪湖市 1∶1 000 高精度DEM 制作的生產實踐，討論了高精度DEM 的制作方法，為制作高精度DEM 指出了一條非常有效的途徑，也為今后建立城市精細三維模型奠定了良好的基礎。

關鍵詞：DEM ?高精度 ?大范圍 ?WHCORS

中圖分類號：P208 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）06（a）-0019-02

近年來，隨著城市建設步伐的不斷加快和建設范圍的不斷擴展，各相關部門對基礎地理信息數據的需求也越來越多。數字高程模型（DEM）作為城市基礎地理空間框架的數據組成之一，在城市規劃和各項管理過程中的應用也越來越廣泛，作者結合在安徽省蕪湖市城市地理空間框架更新項目中的要求，通過選擇比較，確定技術路線，選擇構建了蕪湖市區1400km2范圍內高精度1：1000DEM數據生產，為快速準確實現高精度、大范圍DEM數據的批量生產提供一些經驗。

1 ?生產項目、作業區的主要情況及基礎數據

數據生產項目的范圍要求為蕪湖市城區1400km2，項目計劃時間為4個月，項目經費若干。1：1000DEM數據采樣間隔為1.0m，精度要求參照國家規范要求。作業區所在的蕪湖市位于安徽省東南部，地處長江下游，南倚皖南山系，北望江淮平原。北與合肥市、馬鞍山市毗鄰，南與宣城市、池州市接壤，東與馬鞍山市、宣城市相連，西與銅陵市、安慶市交界。地勢南高北低，地形呈不規則長條狀;地貌類型多樣，平原丘陵，河湖水網密布。

在區域范圍內，已有的資料包含蕪湖市連續運行參考站綜合服務系統（以下簡稱WHCORS），蕪湖市似大地水準面精化成果，蕪湖市區域1：1000基礎地形圖，可為本項目實施提供測繪基準服務和參考數據。

2 ?DEM數據獲取方式比較

2.1 DEM數據源的選擇

DEM數據成產過程中，DEM的數據來源主要有3種方式，第一種，利用原有1：1000地形圖的方式。這種方法，生產速度快，成本低，工序較為簡單，缺點在于地形圖現勢性及圖面要素承載量的限制，數據成果的精度難以達到大比例尺DEM的精度要求。第二種，采用地面測量數據。這種方法的數據成果精度很高，但是效率很低，野外工作太多，成本也較高，不建議使用。第三種采用影像及電子數據包含航空攝影測量、航天遙感影像，及激光掃描、干涉雷達等方式。這種數據源所獲得的DEM數據，有速度快，可大范圍進行數據生產的優點。其中采用航天遙感影像數據，生產成本較低，生成高精度1：1000DEM成果的難度較大，在精度上很難滿足要求。采用激光掃描、干涉雷達等新型方式，在實際操作過程中，經測算，每平方公里生產的成本費非常高，而且對于后期數據處理人員的技術要求也比較高，提高了人力成本，不適合本項目的實際生產情況。采用航空攝影測量的方式，通過新航攝不低于0.10m分辨率的航空影像做為基礎數據，從精度、成本、效率等多方面的選擇，效果較優。

通過多種測算，考慮實際生產的可操作性等方面要求，我們選用進行航空攝影測量的方式，做為DEM基礎數據源。

2.2 DEM數據采集方法的選擇

DEM數據的采樣及采集方法較多，常用的方式有沿等高線采樣、規則格網采樣、選擇性采樣等方式。由于本次處理的數據涉及蕪湖市區1400km2，并且區域內地貌類型多樣，有平原丘陵，且河湖水網密布，采用單一的采樣方式，將難以保證數據采集的精度。根據所選用的航測數據做為數據源的方式，對于采用多種采樣方式進行結合，創造了條件，因為實際生產中，采用的是將規則網格采樣與選擇性采樣進行相結合的方式，將部分山地的等高線成果，做為預處理的計算數據進行綜合采樣。

2.3 技術路線確定

根據前面的分析與研究，在項目的實際生產過程中建立了具體的技術路線：采用航攝不低于0.10m分辨率的航空影像成果進行模型建立，收集區域內部分山地區域的等高線成果，及在航測立體模型下采集封閉水面的成果，做為匹配預處理數據，進行規則格網采樣后生成初步DEM成果后，導入立體模型下，對不符合地貌特征的區域進行特征線、特征點的采集，并根據成果構建TIN，生成DEM成果數據。

3 ?DEM數據主要生產過程及技術要點

3.1 主要成產過程

見圖1所示。

3.2 特征數據采集的技術要點

特征點主要采集反映地面起伏的高程點，特征線主要指等高線、斷裂線、地形突變線、道路邊線、水域邊界線等地貌突變線。特征要素的采集以1：1000比例尺圖幅為單位存儲，圖幅內模型之間特征要素接邊，對于測區外圍圖邊，要求相應圖幅的對應圖廓邊的范圍外擴10m，同時要求在該外擴圖廓邊上適當加測一些特征點、線，以保證構建不規則三角格網（TIN）的需要。

進行城市區域采集時，人工建筑不參與DEM特征采集，河堤大壩需要采集河堤上下坡坎線，反映堤壩特征。高速鐵路采集鐵路線兩側加固或未加固陡坎，反映地面特征，如無坎則以常規地形采集，鐵軌不參與DEM采集。公路兩側采集路肩路塹線，反映公路特征，在未能完整表達地表特征的區域，需要加測特征點或特征線。坡坎需加測上下高程。

進行水系要素采集時，可區分流動水域和靜止水域。流動水域主要指河流，河流測出岸邊線（可以用坎表示）和水涯線，如果岸邊線為陡坎或斜坡的按陡坎、斜坡處理，如果河流岸邊坡度變化平緩時，即便有等高線也要視情況適當加測一些特征線，流動水域最重要的是要保證其上、下游高程呈梯度下降，關系合理。靜止水域主要包括湖泊、水庫和塘等，靜止水域要加測水面線并保證其閉合且采集數據的高程點要一致。水域中有小島的把水域分為兩塊勾繪，但也要保證每塊都閉合。測水面線在不能把握是同一高度測的情況下，可以將鎖定打開。

4 ?產品質量控制

為了檢核大面積DEM的高程精度，采取通過已有DLG數據提取高程點，結合外業實測檢查點等高程數據展點插入DEM數據，進行高程值比對的方式，對數據精度進行檢查和統計。如圖2經檢查圖幅DLG與DEM同名地形點的高程較差，平均±0.250m，圖幅最大±0.456m，圖幅最小±0.065m，產品質量優良品率為96.8%，總體精度符合要求。

5 ?結語

通過實踐表明，通過航空攝影測量的方式，合理編制技術方案，可以從時效上、精度上及成本上滿足目前城市中大面積、高精度DEM數據生產要求的，也是當前測繪產品生產的主要方式。但是相信，隨著雷達測量數據采集等新型數據采集方式的進一步普及與提高，DEM數據生產的效率與成果精度還有較多的上升空間，基礎地理數據也將為城市發展提供更多、更廣及全方位的服務。

參考文獻

[1] 賈秋英.高精度DEM的制作方法與質量控制[J].江西科學，2017（10）：33-36.

[2] 陳慶華，陳小藝.基于多角度衛星影像制作DSM，DEM數字產品的方法研究[J].測繪與空間地理信息，2015（8）：15-17.

[3] 張新雯.基于航天遠景MapMatrix的DEM制作研究[J].科技資訊，2017（1）：41-43.