一种高精度DEM的制作方法探讨

杜美庆，李霞，周艳，侯轶，李新锋

(山东正元数字城市建设有限公司，山东烟台 264000)

1 引言

随着航空摄影测量技术和三维数字城市的发展，数字高程模型作为一种基础数据已经被广泛应用在各个领域。它可以形象的表达地势地形，可以用于高程分析、等高线生成，可以作坡度分析、生成剖面图，可以制作透视图、断面图等［1］，是洪水淹没分析、通视性分析等必不可少的数据，是制作正射影像图的基础，是三维数字城市建设必不可少的元素。

2 几种常见的DEM制作方法

目前多款软件提供了DEM制作模块，如ArcGIS的3D分析模块［2］，利用等高线或高程点创建TIN，然后转换成Tingrid方式进行DEM的生产;再如Geoway软件，引入已有特征地物的dxf数据，然后转化为Geo-Tin的god格式，在此数据基础上进行三角形联网，最后生成 DEM［3］;还有 VirtuoZo软件等等。

同一款软件也可以提供多种生产DEM的方法，如在VirtuoZo软件中生产DEM，传统的方法就是单模型匹配编辑，然后生成单模型的DEM再进行拼接和标准幅裁切，该方法能够满足一般中小比例尺的精度要求;另一种方法是将特征地物引入匹配之后，再进行编辑生成DEM，该方法可以提高DEM的精度。还有一种方法就是利用DEM Maker模块，引入已有的地形数据做参考，然后进行DEM的制作。

本次青岛市1∶5 000 DEM项目的精度要求比较高［4］，因此我们根据实际情况结合项目要求，采用VirtuoZo软件的DEM Maker模块，首先引入特征地物，然后参照实测高程修改地物高程，然后在此基础上添加辅助线，进行本次的DEM生产工作。

3 资料准备及预处理

3.1 航摄资料

本项目航摄资料由青岛市国土资源和房屋管理局提供。一部分资料是由北京星天地信息科技有限公司于2007年9月～2008年4月全数字航摄像片资料，tif影像分辨率为0.012 mm。还有一部分资料是由北京四维航空遥感有限公司于2003年10月～11月航摄的像片资料，tif影像分辨率为0.025 mm。影像数据以最新资料为主，其中涉及保密的区域以低分辨率影像代替。

3.2 线划图资料

采用全数字摄影测量方法进行外业像片控制点的布设和联测;内业空三加密后，导入空三数据，进行立体采集，最后得到xyz格式的测图文件。导出dxf文件用于DLG的生产。

3.3 高程点资料

青岛市国土资源和房屋管理局提供了2004年观测，2006年全省统一平差计算的1980西安坐标系下C、D级网成果。高程为青岛市2004年观测的二等水准控制网及其加密网成果，高程基准为1985国家高程基准。依据作业要求，经实地踏勘，选取C003、C005、C028、C043、D012、D056、D098 均匀分布测区的 7 个已知点作为本次各工序测量的起算点，通过网络RTK获取各点的WGS－84坐标并求得测区的统一七参数。

2004年青岛市勘察测绘研究院完成了青岛市七区的大地水准面精化项目，内符合精度优于±1.5 cm，外符合精度优于±1.8 cm。将QDCORS网络RTK获取的WGS－84坐标通过似大地水准面精化模型改算后获得1985国家基准高程。

由于受基础资料的限制，本项目内业工作站测得的高程无法达到规范要求，因此，在上述已知点基础上，对平地高程进行了全野外实测，丘陵地进行野外检测，回内业修改，最终得到高程点图。

3.4 资料预处理

首先，将dxf格式的线划图进行整理，保留高架路、桥、河流湖泊面等特征地物，删除房屋、植被等不贴地面的地物(这里，还要删除高程点，因为前面说过受资料限制，工作站测得的高程的准确度无法达到规范要求)，然后继续将文件保存为dxf格式。(或者，直接在VZ中打开xyz原始文件，按照图层进行删除与整理。)

然后，检查整理野外实测的高程文件，删除明显飞点，同时保存为dxf格式。

4 技术路线

在VirtuoZo 3.7软件中，利用DEM Maker模块，首先建立模型范围，引入地形图的特征地物及野外测量的高程点，然后将引入的已知地物图层转换为基础层;参照高程点修改特征地物的高程。根据需要，如果引入的特征线密度不够或不能很好的表示地形，则利用DEM Maker自带的编辑功能，添加特征点、特征线和特征面。编辑完特征地物后，构建三角网，然后自动生成DEM。由于地形图及高程点文件都是标准幅的方式，故生成的DEM以默认范围保存即是标准幅。生产流程技术路线图如图1所示。

图1 DEM制作技术路线图

5 质量检查

5.1 三维显示检查

DEM生成后，采用VirtuoZo软件的立体显示功能，首先进行粗略检查，显示是否存在明显飞点等异常，然后比对地形图，看是否和实地一致。对于发现的问题则进入高级编辑，进行检查修改，直至单幅数据符合要求。

5.2 接边检查

单幅数据过关后，在VirtuoZo 3.7的高级选项中进行DEM自动拼接并检查接边精度，对于拼接平地大于0.5 m，山地大于2.5 m的模型，返回高级编辑找到相应位置，加载立体模型，进行重新编辑，直至符合要求。

最后经检查发现拼接精度小于2.5 m的点占全区域的98.16%，大于2.5 m小于 5.0 m的为1.84%，其他为0，基本符合要求，进行拼接。

5.3 分幅

单幅内DEM及接边处的问题都解决完后，按照甲方提供的标准幅图框，在VirtuoZo中利用坐标进行分幅、命名并保存。

5.4 综合检查

质量检查人员将分幅后的DEM再进行一次三维显示检查，保证接边并分幅后的每一幅DEM，都能够正确反映地势、地貌情况，不存在飞点现象，与地形图也保持一致。

5.5 格式转换

检查结果符合要求之后，将数据转换为grid格式进行提交。在数据分幅与格式转换的环节，我们也可以将整块的DEM数据先转换成grid格式，然后在Arc-GIS中利用多边形裁剪进行分幅。

数据质量是地理信息的生命，没有质量保证的信息等于零。本次生产的DEM数据通过了层层检查，发现问题随时整改，直到符合精度要求。质量检查的过程如图2所示。

图2 数据质量检查流程图

6 总结

本次项目的DEM按照上述流程制作完毕，实践证明，该方法制作的DEM精度高于传统方法，且速度比较快。生产过程中由于基础数据原因导致的高程不准是我们遇到的最大问题，按照依野外实测高程修改特征地物的方法解决了该问题。

［1］国家测绘局陕西基础地理信息中心.DEM(数字高程模型)介绍［EB/OL］.http://www.sxgis.cn/detail.asp?id=438，［2006 －08 －24］

［2］清风细雨江.DEM制作与应用全过程［EB/OL］.http://hi.baidu.com/zaaaaaa/blog/item/aafdca3dc34243e83d6d9780.html，［2008 －07 －25］

［3］数字哈尔滨－地理信息网.引入已有DEM制作正射影像［EB/OL］.http://www.hrbmap.com/AAAMoPAAEAAAAj6AAA.asp，［2010 －3 －20］

［4］郑学东，谭德宝，张治中.三峡水库DEM制作技术线路与方法［J］.长江科学院院报，2005(4).

［5］李志林，朱庆.数字高程模型［M］.武汉:武汉测绘科技大学出版社，2000.

［6］阮明.大范围DEM数据的快速生产［J］.城市勘测，2011(1).

［7］谢新秀，吕磊，林国彬等.矿区DEM的建立与研究［J］.西部探矿工程，2011(1).