规则格网DEM质量检查与评价系统设计与实现

罗茜

（江西省测绘成果质量监督检验测试中心 江西南昌 330209）

规则格网DEM质量检查与评价系统设计与实现

罗茜

（江西省测绘成果质量监督检验测试中心 江西南昌 330209）

对DEM数据检查、质量评价的技术和方法，进行系统的研究和探讨，并就如何实现DEM的可视化检查及规则格网DEM进行粗差探测。利用Visual C#结合ArcEngine9.3开发出一套DEM质量检查与精度评定实验系统。实现了DEM高程精度评定、接边精度检查、等高线套合差检查、格网点粗差检查，以及分层设色、晕渲图等可视化辅助检查功能。根据江西省范围内部分1：10000及1:50000两种比例尺标准分幅格网DEM数据，对实验系统的功能及运行进行了测试。

DEM；质量检查；地形可视化；粗差探测

1 引言

数字高程模型 (Digital Elevation Model)简称DEM，它是地形表面简单的、离散的数字表示模型，通常所说的DEM是指具有规则格网间距的高程数据集，一般以栅格数据的形式表示。数字高程模型是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟,或者说,是地形表面形态的数字化表示，DEM是GIS地理数据库中最为重要的空间信息资料，是GIS、RS、VR等领域赖以进行三维空间数据处理与地形分析的核心内容,是国家地理信息的基础内容之一。DEM作为新一代数字测绘产品已在测绘、资源环境、灾害防治等与地形分析有关的各个领域发挥着越来越大的作用,也在国防建设与国民生产中取得了重要和广泛的应用。

对DEM质量进行检查、处理与控制已成为空间数据生产中一个重要环节和基础理论研究方向之一。DEM数据质量好坏直接影响应用DEM进行分析的结果及其可靠性，因此，对DEM进行有效的质量检查与评价，是保证DEM数据有效使用的关键所在。

2 DEM质量检查与评价系统设计

2.1 系统设计原则

2.1.1 实用性

系统的设计，应首先考虑实用性原则，为各级质量检查部门提供实用、高效的检查手段。

2.1.2 高效率

质量检查内容复杂，运算量大。因此，应保证系统具有一定的检查效率，以满足信息化测绘检查工作的需要。

2.1.3 通用性

具有通用性，兼容不同格式（格网）DEM及不同种比例尺数据。

2.1.4 标准化

系统代码编码、检查方法和手段、分析评价、系统集成等均将采用标准化方法。应严格执行国家、行业标准或规范，没有标准或规范的，采用业界通用做法。

2.1.5 易扩充

系统应能根据用户需要做相应修改和扩充，具有很好的功能扩充性。

2.2 系统的开发环境

操作系统为:Windows XP；

系统硬件开发环境为:CPU P2.8G2G内存，500G硬盘；

系统开发工具:VisualStudio 2005 C#、Arc Engine9.3

2.3 系统的功能模块设计

2.3.1 系统逻辑结构

系统的逻辑结构和物理结构是一个系统中设计的关键和重点，系统以面向对象为核心，从逻辑结构上将其划分为支持层、软件层和应用层三层体系结构，如下图所示：

图2-1 系统逻辑结构

2.3.2 系统功能组成

系统包括检查工程管理、DEM质量检查模块、DEM精度评定模块、可视化显示模块、辅助工具基本操作模块五大部分。具体结构框图如图2-2所示：

图2-2 系统功能框图

2.4 系统界面设计

系统主界面由图层控制窗口、地图显示窗口、错误结果显示窗口、工具栏、状态栏等组成，如图2-3所示：

图2-3 系统主界面

3 DEM质量检查与评价系统实现

3.1 系统功能实现

3.1.1 DEM质量检查工程管理

系统提供了检查工程创建、保存、修改等基本功能，提供了外部数据导入功能，便于多源数据的一致性检核。

3.1.2 DEM可视化

DEM可视化检查是最直观的检查与表达方式之一，尤其便于DEM粗差的发现。系统实现了四种基本的可视化形式：晕渲图、灰度图、分层设色图、等高线图。效果如图3-1至图3-4：

图3-1 DEM晕渲图显示

图3-2 DEM灰度图显示

图3-3 DEM分层设色显示

图3-4 DEM等高线套合灰度图显示

3.1.3 基本检查功能

主要包括数学基础检查、数据格式检查、接边检查及高程精度检查。

图3-5 高程精度检查

图3-6 等高线套合检查

3.1.4 元数据质量检查

批量检查元数据文件格式、元数据项名称、数据范围等内容，界面如图3-7。

图3-7 元数据检查模块

3.1.5 错误信息存储和定位

本系统对检查结果管理实现了自动化、可视化。用户只需指定检查路径，提供即可在该路径下自动生成检查结果数据库。进行检查时，检查结果自动分类，保存到该数据库中，并对当前检查结果在错误结果显示界面显示，用户点击每项，系统自动把该检查结果缩放到错误数据所在位置，以便用户核查。

3.1.6 数据格式转换功能

系统针对常用的 3种 DEM格式:Virtuozo-DEM、国家标准地球空间数据交换格式DEM（简称CNSDTF-DEM）以及美国地质测量局DEM （简称USGS-DEM）实现了三种格式的相互自动转换 （图形－8）。

图3-8 数据格式转换界面

3.1.7 其他功能

系统除提供基本检查功能外，还提供了DEM标准图廓计算、DEM统计信息显示、视图管理等辅助功能（图3－9）。

图3-9 DEM属性信息查看

3.2 实验分析

3.2.1 实验样区概况

实验区域选取地形相对复杂的江西赣南地区，地形总体由山地、高山地组成。海拔最高为1087米，最低为131米。共为13幅l：1万DEM，4幅1:5万DEM范围，东西长约为100公里，南北宽约为19公里，DEM原始数据使用摄影测量方法获取。

3.2.2 数据分析

实验提取的资料有：实验地区1∶1万比例尺地形图、按照国家DEM生产规程生成的1∶1万(5m分辨率)及1∶5万(25m分辨率)DEM数据、元数据及相关文档资料。

本实验样区采用的1：1万DEM数据为 JX4，VirtuoZo立体测图系统采集产生，经转换而形成的标准NSTDF格式数据，数据存储为ASCLL文本文件格式，格式如下：

DEM高程值以米为单位。高程数据精度保留小数后三位，放大系数为1000，高程平移量为0。DEM数据范围按标准分幅范围向四周外扩100米。坐标系统为2000国家大地坐标系。

NSDTF文件头的格式如下：

NSDTF-DEM…………………文件格式标志

1.0 …………………………………格式版本

M……………………………………坐标单位

0.0 ………………………………………预留

0.0 ………………………………………预留

39355415.000 ………DEM矩阵左_上角X坐标

2822225.000………DEM矩阵左上角Y坐标

5.00…………………………X方向格网宽度

5.00…………………………Y方向格网宽度

938…………………………………矩阵列数

1269…………………………………矩阵行数

1000…………………………………高程倍率

3.2.3 实验结果

图3-10 等高线套合检查效果图

高程中误差检查结果（部分）：

ID 检测点X 检测点Y 理论H HG ΔHG HE ΔHEP1 2819167.993 39356481.715 207.48 206.81 0.67 211.70-4.22 P2 2819292.264 39356302.557 207.17 206.25 0.92 214.10-6.93 P3 2818789.623 39358317.113 247.59 249.18-1.59 247.50 0.09 P4 2819064.918 39358622.399 252.64 244.80 7.84 272.90-20.26 P5 2821221.640 39360633.045 253.31 251.31 2.00 254.70-1.39 P6 2821441.304 39360535.876 270.61 269.46 1.15 273.40-2.79 P7 2822061.582 39360291.575 273.32 272.70 0.62 281.00-7.68 P8 2820983.873 39359908.970 251.00 248.59 2.41 252.00-1.00 P9 2820954.276 39359549.390 246.88 244.73 2.15 250.00-3.12……………………………………P52 2814636.34 39366652.55 328.54 329.76-1.22 337.80-9.26

4 结束语

本系统能够涵盖GB/T18316-2008标准所有DEM检查项目，DEM精度检查模型在应用中达到理想的效果。DEM评价方式完全符合评价标准，实现了DEM的可视化及数据检查管理等功能。

系统对DEM粗差探测算法做了一定的探索，对原有算法进行了一些改进，提出逐步筛选的方式进行粗差探测，但是由于算法本身的局限性，计算工作量较大，此外对于地形变换点的探测易出现误报的情况，系统下一步计划加入地形特征线辅助筛选。

［1］汤国安,李发源,刘学军.数字高程模型[M].北京:科学出版社,2010.

［2］李志林，朱庆.数字高程模型[M].武汉:武汉大学出版社，2001.