利用DLG數(shù)據(jù)生產(chǎn)DEM數(shù)據(jù)的方法

李鑫龍，李偉明

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春 130000）

1 概述

數(shù)字高程模型（DEM）是重要的4D產(chǎn)品之一[1]。近年來，隨著數(shù)字攝影測量技術(shù)、遙感技術(shù)、激光雷達技術(shù)的飛速發(fā)展，DEM數(shù)據(jù)在測繪、水文、地貌、地質(zhì)、土壤、工程建設(shè)、軍事等國民經(jīng)濟和國防建設(shè)以及人文和自然科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[2]。利用既有的數(shù)字地形圖（DLG）制作生產(chǎn)DEM相比于其他生產(chǎn)方式具有成本低、效率高等優(yōu)勢。近年來許多專家學(xué)者在此領(lǐng)域取得了豐碩的成果，湯競煌，張望提出利用歷史DLG數(shù)據(jù)優(yōu)化正射影像的方法[3]，戴騰，周漢華等人也成功利用DLG數(shù)據(jù)高效生產(chǎn)出了DEM產(chǎn)品[4]。歸納DLG生產(chǎn)DEM方法主要有兩種方式：等高線內(nèi)插直接形成DEM；特征點作為參考點生成TIN，最后形成DEM。使用等高線內(nèi)插方法缺點在于臨近點的集合以及權(quán)重難以選擇定義，TIN可以適應(yīng)各種數(shù)據(jù)分布情況，但僅利用等高線上的參考點生成DEM數(shù)據(jù)測區(qū)內(nèi)一些特征地物表現(xiàn)不明顯。文中提出一種新的方法進行DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)，首先利用等高線、高程點綜合信息數(shù)據(jù)生成TIN，然后利用補充的特征地物數(shù)據(jù)生成修改TIN，最終得到DEM數(shù)據(jù)產(chǎn)品，最后利用實測地面數(shù)據(jù)對其進行質(zhì)量檢測與精度評價。結(jié)果表明制作生產(chǎn)的1:10000DEM數(shù)據(jù)不僅對測區(qū)內(nèi)地貌信息反應(yīng)準確，而且對水系、壩址、道路等特征地物信息表現(xiàn)準確。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

2.1 研究區(qū)概況

月亮泡蓄滯洪區(qū)，位于嫩江一級支流洮兒河入嫩江河口處，北部為吉林省鎮(zhèn)賚縣所轄，南部地處大安市境內(nèi)，東部與黑龍江省肇源縣隔嫩江相望。蓄滯洪區(qū)由洮兒河河口及兩側(cè)泡沼組成，包括月亮泡、狼頭泡、拉紅泡、新荒泡以及由洮兒河河口左側(cè)堤防哈卜吐至西四方坨圍成的低洼濕地，原有蓄滯洪區(qū)1∶10 000地形圖，采用2 000國家大地坐標系。驗區(qū)內(nèi)包含了山地、水系、道路、堤壩、居民地等地貌信息，具有典型的代表意義。

2.2 數(shù)據(jù)處理

將測區(qū)地形圖地類信息進行整理分類，提取參與生產(chǎn)DEM的源數(shù)據(jù)。源數(shù)據(jù)主要包括高程點、等高線、河流湖泊、堤壩、道路等信息數(shù)據(jù)。進行分類整理并將其分別轉(zhuǎn)為shp格式并保留其高程數(shù)值屬性。高程點統(tǒng)一整理為點要素，等高線、水面線、道路、堤壩輪廓線統(tǒng)一為線要素，所有要素分別賦予高程信息屬性。

檢查shp數(shù)據(jù)，剔除高程異常點，刪除等高線轉(zhuǎn)化后存在的異常段，考慮等高線的拓撲關(guān)系，避免等高線交叉重合或者缺少屬性信息引起的錯誤[5]。

3 技術(shù)方法

3.1 TIN制作與優(yōu)化

利用高程點、等高線等數(shù)據(jù)資料創(chuàng)建TIN數(shù)據(jù)，將高程屬性作為height_field信息進行TIN生成，生產(chǎn)的TIN是對研究區(qū)內(nèi)地形起伏趨勢的大體反應(yīng)。生成的DEM能將研究區(qū)內(nèi)山地、平原等地貌特點較好的反應(yīng)在影像中。

將提取的河流、道路堤壩等shp數(shù)據(jù)賦予高程信息插入工程中，修改TIN，使得生成TIN數(shù)據(jù)與真實地形匹配程度進一步提高。利用TIN編輯器調(diào)整局部地區(qū)三角網(wǎng)，通過添加刪除TIN點、線，修改TIN數(shù)據(jù)區(qū)等操作調(diào)整TIN?？梢允寡芯繀^(qū)內(nèi)的堤壩、河流（藍色面狀地物）等地貌信息輪廓清晰的反應(yīng)在圖形中。

3.2 TIN生產(chǎn)DEM

利用生成的TIN數(shù)據(jù)，制作刪格數(shù)據(jù)，實驗證明，DEM精度主要取決于原始采用數(shù)據(jù)的密度，原始數(shù)據(jù)相同，不同的內(nèi)插方法對其精度無顯著影響[6]。由于研究去內(nèi)地物豐富，因此選擇自然鄰域法插值，輸出數(shù)據(jù)結(jié)果相比線性插值，平滑度更好。根據(jù)規(guī)范要求生成DEM數(shù)據(jù)，刪格輸出過程中通過對采樣距離的設(shè)置，格網(wǎng)尺寸為2.5 m×2.5 m符合1∶10 000DEM數(shù)據(jù)規(guī)范要求。利用刪格數(shù)據(jù)生產(chǎn)DEM產(chǎn)品，設(shè)置投影坐標信息，對生成的DEM影像數(shù)據(jù)進行精度檢驗。

4 精度驗證與質(zhì)量檢查

為了評價DEM產(chǎn)品精度，該研究參照美國國家測繪局有關(guān)規(guī)定，以現(xiàn)有標準地形圖為基準，選取50個檢驗點，其中邊緣地區(qū)10個，中間區(qū)域40個，包括平地、高山、水邊線、道路、堤壩五組驗證點，每組10個檢驗點。計算數(shù)據(jù)的均方根誤差等參數(shù)，結(jié)果可以大體反應(yīng)出DEM數(shù)據(jù)的精度。

通過對表1得出結(jié)論：

1）生成的DEM數(shù)據(jù)符合數(shù)字測繪成果規(guī)范要求。

2）生成數(shù)據(jù)平地、水面匹配程度相對于山地更準確。

研究另一種檢驗方法是將DEM數(shù)據(jù)與等高線、河流、壩址等地物信息進行鑲嵌疊加，人工進行判斷與檢查。生產(chǎn)的DEM數(shù)據(jù)可以將研究區(qū)內(nèi)的河流、堤壩、山地、居民地等地貌信息較好的表現(xiàn)出來。

5 結(jié)語

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，DEM數(shù)據(jù)在測繪領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，研究利用已有測區(qū)的地形圖測繪資料，制作生產(chǎn)DEM數(shù)據(jù)。解決了以下難題：

1）解決DEM與實際地貌不符合的問題，由于制作的DEM基于實際測量的地形圖生成，所以在與實際地形圖對比過程中出現(xiàn)不套合的幾率相對很低。

表1 DEM數(shù)據(jù)高程精度統(tǒng)計表

2）解決湖面、水面、道路信息與DEM表達不合邏輯的問題。在調(diào)整TIN過程中，利用實測河流、湖泊、道路shp數(shù)據(jù)調(diào)整三角網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)，強制約束河流、湖泊、道路邊界，提高了DEM與實際地物的匹配程度。

3）節(jié)約生產(chǎn)成本。充分利用已有地形圖資料進行數(shù)據(jù)生產(chǎn)，避免了資源浪費的同時節(jié)約了生產(chǎn)成本。

利用已有地形圖數(shù)據(jù)進行產(chǎn)品制作生產(chǎn)，實踐證明研究方法高效可行，產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)符合數(shù)字測繪成果規(guī)范要求，不僅節(jié)省大量人力物力，而且成本低速率快?？梢栽谝院蟮挠媱澤a(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

［1］虞繼進.數(shù)字高程模型(DEM)的建立與應(yīng)用［J］.現(xiàn)代測繪，1999（3）：33-36.

［2］李志林，林慶.數(shù)字高程模型［M］.武漢大學(xué)出版社，2003.

［3］湯競煌，張望.一種利用歷史DLG數(shù)據(jù)輔助優(yōu)化數(shù)字正射影像鑲嵌線生成的方法［J］.測繪通報，2016（8）：74-76.

［4］戴騰，周漢華，陳慶，等.利用DLG數(shù)據(jù)高效高質(zhì)量生成DEM的方法研究［J］.地理空間信息，2014（4）：66-68.

［5］龔健雅.整體SIS的數(shù)據(jù)組織與處理方法［M］.武漢：測繪科技大學(xué)出版社，1993.

［6］眭海剛，朱慶.一種從DLG生成高質(zhì)量DEM的混合方式［J］.測繪通報，2001（4）：16-18.