基于ARCGIS数字高程模型（DEM）质量控制的方法与技巧

陈翠婵 黄国森 钟静

摘要：本文以广东省1：1万DEM数字高程模型整合项目的质量控制为例，探讨了在质量控制过程中如何利用有效的检查方法和工具对数字高程模型（DEM）进行检查，提高工作效率，阐述了基于ARCGIS数字高程模型（DEM）质量控制的一些方法与技巧。

关键词：1：1万数据整合 DEM ArcGIS

0 引言

数字高程模型（Digital Elevation Model DEM）是“4D”产品的一种，它是一定区域范围内对于地球表面地形地貌的一种离散数字表达。近年来，随着数字中国地理空间框架建设的加速推进，全国各省、市、自治区测绘部门的1：1万基础地理信息数据库建设发展迅速，覆盖范围不断扩大。为满足地理信息应用服务、地理国情监测普查、地理信息公共服务平台建设、多级基础地理信息数据快速联动更新等需要，建立了一套基础地理信息数据更新机制，综合利用各种来源的现势资料，包括最新的航空影像、最新的数字高程模型（DEM）数据、高分辨率卫星遥感影像、最新的行政勘界资料、最新的地面实测数据等，形成符合国家标准的全国横向统一、纵向衔接的基础地理信息数据库，建成优化升级版的广东省1：1万基础地理信息数据库管理系统和服务系统，最终为满足广东省1：1万数据库动态更新、快速制图、多尺度数据联动更新与集成应用服务的需要提供了数据。

因此数字高程模型（DEM）数据的质量控制显得尤为重要，由于全省数据源比较复杂，质量的控制难度很大，迫使在质量控制方面探讨更有效的检查方法和技巧，以便提高质量控制的效率。

1 DEM质量控制方法研究的背景

1.1 影响DEM精度的主要因素及误差来源

影响DEM精度的因素多种多样，其中DEM原始数据的质量是最主要的因素，自基础库建成全省第一代1：10000 DEM数据后，广东省分区域持续开展了1：10000 DEM数据更新工作，紧跟1：10000 DLG框架要素和全要素数据更新进度，1：10000 DEM数据的现势性与1：10000 DLG 框架要素和全要素数据的现势性基本一致。 但由于广东省经济发展速度快，地形地物变化多，现有1：10000 DEM数据与2013年最新更新的核心要素数据现势性差异比较大，特别是与道路等特征线符合不好，此外，1：10000 DEM各测区更新时间不同，新旧测区之间存在部分图幅数据成果不接边等问题。

1.2 DEM数据源数据与设计规范要求差异的分析

广东省1：10000 DEM 数据的规格与国家《总体方案》和《生产技术规定》要求对比分析。

①数学基础：采用统一的数学基础，平面坐标系统为1980西安坐标系，高斯-克吕格投影，3°分带，高程系统采用1985国家高程基准。其中，广东省数据平面坐标系统与国家《总体方案》和《生产技术规定》要求的CGCS2000平面坐标系统不一致。

②格网间距全省统一为5米，与国家要求一致。

③广东省数据格网起止点坐标按测绘行业标准《基础地理信息数字产品1：10000 1：50000数字高程模型》计算，与国家《总体方案》的要求和1：50000DEM衔接存在差异。

2 DEM整合技术路线及质量控制流程

DEM整合技术路线：利用ArcGIS软件，选取目前各区域现势性最好的1：1万DEM数据源，按不同的投影分带，以分块的方式组织数据源，采用七参数法或改正数修正的方法进行坐标系统转换，转换过程中采用双线性内插方法进行格网点高程值内插和格网起算点修改，分块转换完成后按照国家《总体方案》要求进行分块拼接和分幅裁切，DEM整合处理方法与总体思路如图1所示：

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图1 DEM数据整合技术路线及质量控制流程图

3 基于ARCGIS 数字高程模型DEM质量控制方法

①利用ARCGIS软件进行自动检查，检查空间数据的图形与属性、图形与图形、属性与属性之间存在有一定的逻辑关系和规律，检查和发现数据中存在的错误。

②半自动检查（人机交互检查）。DEM数据质量控制的过程中程序自动检查的手段不能完全确定其正确与否，但程序检查能将有疑点的地方搜索出来，缩小范围或精确定位，再采用人机交互检查方法，由目视检查判断数据的正确性。

③目视检查。通过人工检查核对影像、数据表格等，从而判断检查内容的正确性。

4 基于ARCGIS 数字高程模型DEM质量控制内容与技巧

4.1 基于ARCGIS软件对数字高程模型（DEM）质量控制的内容

利用ARCGIS软件对数字高程模型（DEM）质量控制的内容有DEM原始的数学基础、DEM数据起始点坐标的正确性、DEM原始数据的质量、高程值有效范围区是否正确、DEM的内插模型、DEM数据的接边、高程异常值包括高程值突变值。

4.2 基于ARCGIS软件对数字高程模型（DEM）质量控制的技巧

针对数字高程模型（DEM）的质量控制的内容与数据源的复杂性，为了提高质量控制的效率，在工作中积累

了一些经验，通过实践与对比找出最佳的检查方案与技巧。

4.3 数字高程模型（DEM）接边及图廓点坐标的质量控制的技巧

数字高程模型（DEM）数据的接边及标准图幅图廓点坐标的质量控制，一般采用程序自动批量处理，利用ARCGIS软件栅格接边，同名点交叉批量检查所有图幅，对于高程出错的和接边有误差的程序检查出的问题会建立以后缀为*.REP的文本文件。利用程序的自动检查处理，若检查图幅数量多，可以利用计算机后台自动处理。

4.4 数字高程模型（DEM）数据的质量控制的技巧

DEM数据的质量控制很重要，目视检查是质量控制其中必要的手段之一，如根据地形或者影像判断出来的高程突变值，是否同高的鱼塘水库的高程值，都需要目视检查，如何判读高程值的合理程度，则需要参照影像数据及DLG数据再叠合等高线来判断DEM是否正确。首先利用ARCGIS软件把64幅1：1万DEM图拼成10万大幅，生成曲线进行检查，可以直观检查DEM的突变值，不合理的DEM值。以下是生成等高线的方法及步骤：

由于源数据无数值或图幅不满幅产生-99999和-10000数值参会影响曲线的生成，因此生成曲线之前需删除原数据DEM中-99999值。 DEM生成曲线的方法：打开ArcGIS——ArcToolbox——Spatial Analyst 工具——表面分析——等值线。

根据等高线的套合差来进行质量的控制，利用DEM生成曲线比较直观，高程的骤变值和不合理只有通过目视检查，对1万标准幅检查来说，以10万大幅为单位可以减少曲线生成的图幅数量，可以更快更准地发现问题，提高检查的效率。高程的骤变值是区域内高程值突变，形成与周围高程值的差值很大。对此过程中的质量监控更能保证下工序的顺利进行，作业过程中发现问题得到及时处理可避免反复的数据转换工作。如对高程骤变的处理方法为：确定其所在的相邻图幅，对与影像套合较差的图幅，参考DLG及影像进行DEM编辑，使其逻辑合理化。对于精度不能满足规范要求的区域，作为DEM高程推测区处理。

4.5 数字高程模型（DEM）标准图幅图廓坐标的质量控制技巧

标准图幅数字高程模型（DEM）数据的裁切： 批量数据由1980西安坐标系数据转换为2000国家大地坐标系后，利用Geoway软件生成2000国家大地坐标系1：1万 DLG标准分幅图框，导入ArcGIS，按照1：1万 DEM数据格网起止点坐标公式，转换成2000国家大地坐标系的1：1万 DEM标准分幅的图框。数据的批量裁切，根据公式所生成的图廓点坐标，抽取任意两三幅DEM的图廓坐标进行检查即可。

4.6 数字高程模型（DEM）的高程值有效值即无数值点（即-99999值）质量控制

质量控制方法：

第一步，打开ArcGIS10——ArcToolbox——Spatial Analyst 工具——地图代数——栅格计算器。

第二步打开ArcGIS10——ArcToolbox——转换工具——由栅格转出——栅格转面。

第三步打开ArcGIS10——ArcToolbox——数据管理工具——要素——要素转点。注意“内部（可选）”选项打上勾。

打开shp文件的属性表，按属性选择"GRIDCODE" = 1，导出文件即为查找到的值小于“-99999”的不合理可疑点。对导出shp的文件进行排查，除了图边和图幅不满的部分有无数值点-99999，其他情况均属不合理。利用此文件可以直观地查找出问题所在图幅及坐标值。对于有几千幅1：1万拼接的DEM，能快速找出无数值点，并导出文件显示图幅号及相应的坐标值。有效提高了检查效率和避免人工检查的遗漏问题。

5 结束语

随着数字中国地理空间框架建设的加速推进，数据的不断更新和完善，数据量的不断增加，影响DEM质量的因素多种多样，它们产生于生产过程中的每个环节，质量控制越来越显出其重要性和迫切性。实践表明，通过利用ARCGIS对数字高程模型（DEM）质量控制的一些方法与技巧，从误差产生和扩散的每个过程和环节入手，能使质量控制的过程更自动、高效、稳定，在保证数据成果的正确性与一致性的同时，提高检查验收的工作效率。

参考文献：

[1]雷蓉，邱振戈，张士涛.基于遥感影像生成DEM的质量检查[C].测绘通报，2005.

[2]汤国安，王春.等高线套合差及在DEM质量拼价中的应用研究[C].测绘通报，2007.

[3]国家基础地理信息中心.1：10000基础地理信息数据库整合处理生产技术规定（试行稿）（2013）[G].北京：国家基础地理信息中心，2013.

作者简介：

陈翠婵（1974-），女，广东新会人，本科，工程师，从事测绘工作。