基于ArcGIS数字高程模型建立研究

顾明明 黑文艳

0 引言

随着科学技术的发展,尤其是计算机科学技术的发展,数字高程模型(Digital Elevation Mode,DEM)的生产已经取得突破性进展。其应用领域也在不断扩展,已在测绘、地理信息、地质、水文、农业、林业等众多领域发挥着越来越重要的作用[1]。数字高程模型作为地理空间信息定位的重要数据集合,凡是与地理空间定位的课题,都需要建立数字高程模型。通过数字高程模型可以更容易地以多种形式显示地形信息,精度不会损失,并且具有自动化和实时化的优点。利用数字高程模型,同时结合相关领域的重要信息,可以在短时间内得到所需要的信息。因此,使用数字高程模型分析问题已经成为一种快速、有效的方式。

论文首先介绍数字高程模型建立的基本知识,包括数字高程模型数据获取方法、数据采集方式和模型表示方法等。接着重点论述基于ArcGIS的数字高程模型建立过程,并进行精度评定。

1 数字高程模型建立概述

1.1 数据获取途径

数字高程模型数据来源主要有[2]:

1)影像:航空摄影测量一直是地形图测绘和更新的主要手段,其获取的影像是高精度、大范围DEM生产最有价值的数据源。2)地形图:地形图是DEM的主要数据源。利用地形图进行数据采集时,除了满足数字化成图的基本要求外,还应注意高程点应均匀分布,密度应达到规定要求,地貌特征点上要采集高程点[1]。3)常规测量:用全球定位系统GPS、全站仪或经纬仪配合袖珍计算机在野外进行观测获取地面点数据,一般用于小范围详细比例尺的数字地形测图测绘。4)其他数据源:用气压测高、地质勘探和重力测量方法,可得到地面稀疏分布的高程数据,建立的数字高程模型主要用于大范围且精度要求较低的科学研究。

1.2 数据采样方法

数据采样方式主要包括:摄影测量数据采样和从现有地形图采样。

1.3 数字高程模型的建模方法

数字高程模型主要有三种建模方法:规则格网模型、等高线模型和不规则格网模型。

2 基于ArcGIS数字高程模型的创建

基于ArcGIS的数字高程模型建立流程如图1所示。

具体操作过程描述如下:

1)利用EasyMap进行矢量化。由于纸质地形图受到环境因素的干扰,会发生变形,因此在用EasyMap软件进行矢量化前应进行纠正,同时为地形图上的要素按照一定的分类原则进行合理分层。2)利用AutoCAD软件修复数据。由于矢量化过程中不可避免地会出现一些数据错误,因此需要利用AutoCAD软件对数据信息进行纠正和修复,同时完善各项属性信息,建立正确的数字高程模型所必需的各项数据。3)利用Conversion Tools工具进行数据格式转换。利用ArcGIS软件中的Conversion Tools命令将AutoCAD中的数据转换成可被ArcGIS识别的.shp格式。在使用该工具进行转换时一定要分层转换,这样可以避免属性数据的混乱,同时也可以根据分层后的不同数据得到不同的处理结果。4)生成数字高程模型。利用ArcGIS中的3DAnalyst工具中的Create TIN from features命令,将等高线数据生成不规则三角格网,然后再使用Convert命令,将生成的不规则三角格网转化为栅格,最后对栅格进行填充,生成数字高程模型。

3 精度评定

精度评定方法是任意选择数字高程模型中的点,通过内插法求这些点的高程,与这些点的已知高程进行比较。以黄其欢(2008年)提出的在小区域内DEM 精度优于3.5 m[5]为参考依据,本实验选择30个点作为检查点用于检验数字高程模型的精度,其中20个检查点的坐标值和高程值见表1。选点时,要将点位平均分布在整个数字高程模型之中。最终计算结果为σDEM=2.431 5,均小于3.5 m,所以建立的数字高程模型是满足精度要求的。

表1 检查点(部分)的坐标值和高程值

4 结语

本文通过对地形图中高程信息进行提取,借助ArcGIS软件生成数字高程模型。通过精度评定,验证了该方法建立数字高程模型的精度满足要求,因此,基于该方法建立数字高程模型是可行的。如何进一步提高数字高程模型建立效率,是将来继续研究的方向。

[1]刘宝玲.1∶50000数字高程模型(DEM)生产中有关问题初探[J].东北测绘,2000,4(23):43-46.

[2]贾宝峰,白 萍,周建国.校园DEM 的建立与应用[J].矿山测量,2007(1):19-22.

[3]梁建昌,杨腾峰.从数字地形图中提取DEM数据的方法初探[J].石家庄铁道学院学报,2004,3(17):95-97.

[4]Patrice Arrighi,Pierre Soille.From scanned topographic maps to digital elevation models[J].International Symposium on Imaging Applications in Geology,1982(3):1-3.

[5]黄其欢,何秀风.星载SAR干涉技术获取DEM及其精度分析[J].计算机工程与应用,2008,44(31):221-223.