數(shù)字高程模型（DEM）在國內(nèi)地質(zhì)工程研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀綜述

向曉宇

摘 要：數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model）是通過有限的地形高程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)地面地形的數(shù)字化模擬。它已成為人們進(jìn)行地形地貌分析、水土保持分析、土壤侵蝕分析與滑坡分析的重要數(shù)據(jù)。由于DEM在解析的過程中受到分辨率、解析模型以及選取窗口的影響比較大，因此在模擬地形地貌時(shí)存在些許誤差。而隨著近年來無人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，DEM空間分辨率已高達(dá)2米，這大大提高了模型的精確性，也拓寬了DEM的應(yīng)用范圍。總的來說，數(shù)字高程模型的應(yīng)用使人們可以直觀地觀察地形地貌，為研究地貌相關(guān)領(lǐng)域開辟了新途徑，使原有的地質(zhì)地貌研究從定性進(jìn)入半定量和定量化階段。

關(guān)鍵詞：數(shù)字高程模型（DEM）;地形地貌;水土保持

1引言

數(shù)字高程模型是對(duì)地球表面地形地貌的數(shù)字表達(dá)和模擬基于DEM的地形地貌研究實(shí)質(zhì)上就是數(shù)值計(jì)算的過程。通常，DEM以特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織表達(dá)，包括二維數(shù)據(jù)矩陣、規(guī)則格網(wǎng)、不規(guī)則三角網(wǎng)等，其中GRID-DEM在地貌研究中的應(yīng)用最為廣泛。數(shù)字高程模型DEM理論和相關(guān)分析技術(shù)業(yè)已得到地學(xué)工作者的廣泛關(guān)注，國際上已將其作為一種常規(guī)的地形地貌研究手段和工具。隨著新的傳感器和數(shù)據(jù)編解碼技術(shù)的不斷提高和改進(jìn)，數(shù)字高程模型的精度也由早期的千米級(jí)中低分辨率發(fā)展到現(xiàn)今的米級(jí)高分辨率，這種數(shù)據(jù)精度的提高不僅為我們進(jìn)行宏觀尺度地貌（如大陸尺度、造山帶尺度等）研究提供了數(shù)據(jù)支持，而且也使得進(jìn)行微觀尺度地貌（如活動(dòng)冰川、溝谷流域等）的定量化研究成為可能。目前人們對(duì)于DEM數(shù)據(jù)已經(jīng)應(yīng)用到了地形地貌分析，水土保持，土壤侵蝕等多方面。

2 DEM在國內(nèi)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，利用數(shù)字高程模型（digital elevation ?model， DEM）進(jìn)行地貌要素的自動(dòng)提取是地貌科學(xué)研究的熱點(diǎn)，在基本地貌形態(tài)分析中的應(yīng)用已日趨成熟。基于DEM進(jìn)行基本的地貌要素分析，能快速、準(zhǔn)確地獲取傳統(tǒng)地形圖無法表征的相關(guān)信息，易于進(jìn)行可視化研究、統(tǒng)計(jì)分析和區(qū)域分析，在進(jìn)行大范圍地貌研究或交通不便區(qū)域地貌普查工作中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

區(qū)域地貌研究是區(qū)域地理研究不可分割的重要組成部分。秦翔[1]基于SRTM、DEM（90m）數(shù)據(jù)的地貌信息分析，證實(shí)弧形斷裂帶活動(dòng)的動(dòng)力來源于青藏高原北東向構(gòu)造擠壓作用。同樣地，肖清華[2]通過構(gòu)建崀山地區(qū)的數(shù)字高程模型（DEM），對(duì)比進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明TIN模型比GRD模型擁有更好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能更好的顯示山脈的細(xì)節(jié)。并選擇兩個(gè)微觀地形因子進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，制作坡度圖和坡向圖，分別統(tǒng)計(jì)了研究區(qū)的優(yōu)勢坡度區(qū)間與優(yōu)勢坡向區(qū)間。在巖性識(shí)別上，王婷[3]指出地形因子作為對(duì)地形地貌特征進(jìn)行數(shù)字表達(dá)的定量參數(shù)，對(duì)巖性識(shí)別精度的提高具有重要的意義。羊秀娟[4]指出地形因子是認(rèn)識(shí)地形地貌特征的重要的參數(shù)。她以三臺(tái)縣為例，分析了基于不同分辨率下DEM數(shù)據(jù)，提取坡度、坡向、曲率、地表粗糙度，對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

在滑坡信息提取領(lǐng)域中，無人機(jī)航空攝影測量技術(shù)具有機(jī)動(dòng)靈活，獲取的影像分辨率高、受云霧等天氣條件影響較小等優(yōu)點(diǎn)。齊坤[5]對(duì)無人機(jī)攝影測量成圖過程進(jìn)行了分析。并結(jié)合廣西隆縣坡合鉬多金屬礦區(qū)地形測量為實(shí)例闡述無人機(jī)攝影測量精度進(jìn)行對(duì)比分析。

在水土保持方面，陳偉華[6]指出地形因子不僅可以認(rèn)識(shí)地貌，還對(duì)土壤侵蝕的方式及強(qiáng)度具有控制作用。徐珍[7]通過對(duì)地形因子的計(jì)算和分析，為土壤侵蝕防治及治理提供一定的參考，同時(shí)為水土流失評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。張宏鳴[8]指出大范圍灌區(qū)渠系的制圖對(duì)于現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)以及合理配水、安全輸水具有重要意義。另外，張方利[9]指出數(shù)字地形分析和流域水文學(xué)是地理學(xué)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究內(nèi)容，地形要素對(duì)流域內(nèi)地表水循環(huán)的產(chǎn)流、匯流等過程以及水資源的時(shí)空動(dòng)態(tài)分布具有重要影響。

在DEM在其它應(yīng)用方向的研究上，楊燦燦[10]指出地形要素是對(duì)地形在地表的空間分布特征具有控制作用的點(diǎn)、線或面狀要素，其合理劃分可為城市地形建模提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的地形要素分類和表達(dá)方法能夠整體控制并有效表達(dá)集幾何和語義信息為一體的復(fù)雜城市地形，在全局和局部地形上均有較好的建模效果。

3結(jié)論與討論

數(shù)字高程模型描述了地面高程信息，廣泛應(yīng)用于測量、水文、氣象、地貌、地質(zhì)、土壤、工程建設(shè)、通信等領(lǐng)域。軍事等國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)以及人文自然科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 如果在工程建設(shè)中，可以用于防洪減災(zāi)的土方量計(jì)算等，則可以用數(shù)字高程模型進(jìn)行水文分析，如流域面積分析、水系網(wǎng)絡(luò)分析、降雨分析和蓄洪計(jì)算、淹沒分析等。目前國內(nèi)研究主要集中在以下幾個(gè)方面：一是通過運(yùn)用DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行地形地貌分析。目前對(duì)滑坡體的觀測主要采用衛(wèi)星影像，無人機(jī)遙感在近年來得到了廣泛的應(yīng)用，但對(duì)于滑坡信息的提取，特別是利用高精度DEM和DOM對(duì)滑坡區(qū)域進(jìn)行定量提取和分析的研究較少。二是通過DEM對(duì)土壤侵蝕及水土流失進(jìn)行分析。數(shù)字地形分析和流域水文學(xué)是地理學(xué)領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。流域水文模擬的現(xiàn)實(shí)需求也促進(jìn)了地形分析在擴(kuò)展模型、豐富理論和改進(jìn)算法等方面的發(fā)展和完善。三是對(duì)于DEM數(shù)據(jù)的解析。DEM數(shù)據(jù)受解析模型以及分辨率的影響比較大，分辨率降低將會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)大量丟失。隨著傳感器技術(shù)的不斷提高和地面分辨率精度的不斷提高，數(shù)字地面模型地貌研究引入了數(shù)字高程模型。微地貌研究無疑將是最有效的手段和工具，在地形分析和地貌解譯研究中的應(yīng)用前景已受到國外地學(xué)家的廣泛關(guān)注，并逐漸成為一種常規(guī)的地貌分析方法。

參考文獻(xiàn)：

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[2]肖清華， 張慧峰， 晏涵. 基于DEM的湖南崀山丹霞地貌地形因子分析[J]. 價(jià)值工程， 2017（29）.

[3]王婷. 基于DEM的地形因子分析與巖性分類[D].

[4]羊秀娟， 黎武， 楊曉. 不同DEM分辨率下影響三臺(tái)縣水土流失的地形因子分析[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2017（12）：97-99.

[5]齊坤， 田億， 羅輯. 無人機(jī)在礦山地形圖測量與成圖過程中的應(yīng)用研究[J]. 世界有色金屬， 2017.

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[10]楊燦燦， 江嶺， 陳昕， 等. 面向城市DEM構(gòu)建的地形要素分類及表達(dá)[J]. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào)， 2017（3）.