多尺度DEM数据一致性检查方法探讨

赵鹏程

（浙江省地理信息中心，浙江杭州310012）

一、引 言

数字高程模型(DEM)是具有规则格网间距的高程数据集，是用数字表示地表起伏的一种模型。DEM数据在地形三维显示、流域分析、交通路线规划、虚拟地理环境建设等方面有许多重要应用，已成为数字城市、数字省区地理空间框架建设中的重要数据之一。随着基础测绘服务保障能力的日益增强，各级测绘行政主管部门已逐步建立起多尺度、多时态的DEM数据库。DEM数据按照格网间距一般分为5 m、25 m和50 m 3种尺度，不同尺度有可能采用不同的生产方式;DEM数据更新既有根据基础测绘计划进行的定期批量更新，又有根据重大工程竣工进行的动态更新，从而导致DEM数据在不同尺度之间存在着不一致的可能。

为确保共享服务数据的权威性，需要对数据之间的不一致情况进行处理。完全采用人工方式进行检查处理耗时耗力，数据检查效率低下，很难满足数据高现势性的要求。已有不少研究将GIS软件或开发数据质检辅助工具用于单尺度DEM数据质检［1］，取得了较好的应用效果，但是对于多尺度DEM数据之间的一致性检查仍有很多工作要做。本文结合工作实践，探讨了基于ArcGIS软件平台，结合开发嵌入式质检工具与ArcGIS 10.0以上版本工具来提高多尺度DEM数据一致性检查效率的方法。

二、DEM数据建库流程

不同尺度的DEM数据建库流程有所不同，5 m格网DEM数据的建库和更新流程与25 m、50 m的DEM有所区别。一般5 m格网DEM数据建库时，直接从基础地理信息数据库中提取相应尺度的DEM数据，经质检合格后镶嵌接边形成完整的DEM库体数据;若检查不合格，则采用与25 m、50 m格网DEM数据类似的生产方式，即从1∶10 000 DLG文件中提取等高线和其他特征要素，应用GeoTIN软件构TIN内插重采样，再利用ERDAS IMAGINE进行镶嵌接边，形成完整的库体成果(如图1所示)。DEM数据库建成后，更新时将最新5 m格网DEM与原始DEM进行镶嵌，更新数据与相邻数据进行接边处理。25 m格网和50 m格网间距DEM数据根据5 m格网DEM对应图幅TIN文件内插重采样逐级更新，同时更新元数据文件。

在DEM数据库的建库流程中，灰色填充的矢量数据编辑、构三角网、接边镶嵌是容易出错的环节，因此也是进行DEM数据库质检的重要节点。从DEM数据建库更新过程可以看出，DEM数据涉及3个层面的一致性需求:首先是DEM数据与DLG数据之间的一致性;其次是DEM数据库成果与分幅成果之间的一致性;最后是不同尺度DEM数据库成果之间的一致性。本文主要讨论不同尺度DEM之间的一致性错误检查。

图1 DEM数据建库技术流程

三、DEM数据检查内容

1.常规检查内容

DEM数据库检查包含过程检查与成果验收检查，过程检查注重对DEM数据质量进行检查;验收检查则侧重于对整合后的数据库整体质量特征进行验证与确认。

过程检查主要是对原始文件、数据接边与数据重采样情况进行检查。原始文件检查关注原始DEM数据质量及完整性，主要检查数据是否存在异常值，格网间距、坐标系统、数据格式是否正确，数据现势性及数据库成果与分幅成果的一致性;接边检查关注拼接后数据的接边处是否存在错位、同名点高程值是否相同;重采样检查关注重采样后数据的投影坐标、格网间距是否正确，多比例尺纵向一致性及同名点高程是否一致等。

成果验收检查包括对数学基础、数据质量与数据完整性进行检查，更注重对数据库完整性及数据库中不同比例尺序列之间的一致性检查。数学基础检查关注采用的空间定位参考系是否正确;数据质量检查关注数据范围、数据高程精度、接边精度等是否符合DEM数据质量要求;数据完整性检查关注数据内容是否完整，数据格式是否正确。

2.一致性检查内容

无论是在过程检查阶段，还是在成果验收检查环节，数据一致性都是检查的重点内容。常规DEM检查包括人工判读、利用已知高程点自动检查、等高线回放、分层设色和三维可视化等方法［2］。对于一些不需过多人工经验干预的一致性问题，可以通过开发数据质检工具来提高数据质检效率，此类问题包括:高程异常值(包括裂缝、黑边、静水面高程是否一致)、分幅数据接边处的高程偏差、多尺度格网间距数据之间纵向一致行检查等。DEM数据库中也存在大量纵向一致性问题需要结合计算机辅助检查与人工目视判读才能发现。

四、DEM数据一致性检查方法

1.开发嵌入式质检工具

由于DEM数据存储模式与ArcGIS数据结构关系密切，本文基于ArcGIS+C#.NET平台开发质检工具。当DEM库体数据与原始分幅数据进行一致性比较时，需调用MicroStation软件的相关接口。为了确保检查工具的灵活性，可以将被检查数据、检查参考数据、质检结果路径、分析工作区范围等参数开放出来，供检查人员进行自由设置。质检工具界面设计如图2(a)所示。通过适当的参数设置，既可以对单一尺度的DEM数据进行检查，了解该数据是否存在明显异常值(即高程过高或过低)、接边高程偏差、海域面高程值不为0、静水面高程值不一致等问题;也可以将某个尺度的DEM数据作为参考数据，用来校验较小尺度的DEM数据在相应格网区间，彼此高程值是否吻合。

按照错误类型及分幅图号对数据进行分组统计，如图2(b)所示，以便检查人员有侧重地选择需要复查的数据，可双击定位。鉴于数据质检工具的高效性，在设计开发工具时，也可以将元数据完整性与规范性的质检功能整合进来进行批处理检查。

2.模拟等高线回放的分层设色

人工判读、等高线回放、分层设色是进行DEM精度检查的重要手段。等高线回放是将内插生成的DEM根据内插算法生成等高线，并将新生成的等高线和原始等高线进行比较，检查等高线误差的实际状况。通过该方法可以检查DEM精度的总体状况及其与实际地形吻合程度［3］。分层设色是根据格网点不同高程值分别用相应的色彩，按格网点位置连续显示为分色图像，从而直观地观察地形走向及其大致轮廓。

ArcGIS 10.0版本提供色彩离散(discrete color)功能，通过采用适当的色彩方案，对各尺度DEM数据按高程设色，可以模拟出等高线回放的视图效果。采用该方法可以充分结合分层设色与等高线回放检测的优点。该方法的核心在于准确设置数据离散间隔参数(number of colors)，该参数应与DEM数据的分辨率保持一致，即5 m格网DEM的参数值设为5 m，其他尺度同理设置。各尺度DEM数据进行色彩离散后效果如图3所示。

图2 一致性检查工具参数设置及检查结果界面

图3 数字高程模型符号化示例

至此，再结合人工目视判断的方式则较为容易发现DEM数据异常区域。使用ArcGIS自带的点查询工具，点击疑似异常区域的栅格矩阵，得到各比例尺DEM数据的高程值，即可通过人工经验判读高程值是否存在异常。

五、结束语

上述两种检查方法均已成功运用在实际工作中，对于较大区域范围的DEM数据检查起到了较好的效果。不过，仅依靠上述方法进行一致性检查还是不够的，在实际工作中还需结合多种检查方法来共同确保DEM数据的一致性。

［1］ 王剑辉.ArcGIS中ModelBuilder建模工具在DEM质量检查中的应用［J］.科技创新与应用，2012(16):14-15.

［2］ 李志林，朱庆.数字高程模型［M］.武汉:武汉大学出版社，2001.

［3］ 王晓东.DEM精度检查与质量评估系统研究［D］.长春:吉林大学，2006:27-29.

［4］ 陈艳丽.1:10000DLG生产 DEM的质量检查与评定［J］.地理空间信息，2011，9(2):29-31.