大范围高精度DEM制作方法研究

李晋

摘   要：数字高程模型（ Digital Elevation Model，DEM） 是地理信息数据库中最为重要的空间信息资料之一，是构建国家空间数据基础设施的重要框架数据。本文结合芜湖市 1∶1 000 高精度DEM 制作的生产实践，讨论了高精度DEM 的制作方法，为制作高精度DEM 指出了一条非常有效的途径，也为今后建立城市精细三维模型奠定了良好的基础。

关键词：DEM  高精度  大范围  WHCORS

中图分类号：P208                                   文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）06（a）-0019-02

近年来，随着城市建设步伐的不断加快和建设范围的不断扩展，各相关部门对基础地理信息数据的需求也越来越多。数字高程模型（DEM）作为城市基础地理空间框架的数据组成之一，在城市规划和各项管理过程中的应用也越来越广泛，作者结合在安徽省芜湖市城市地理空间框架更新项目中的要求，通过选择比较，确定技术路线，选择构建了芜湖市区1400km2范围内高精度1：1000DEM数据生产，为快速准确实现高精度、大范围DEM数据的批量生产提供一些经验。

1  生产项目、作业区的主要情况及基础数据

数据生产项目的范围要求为芜湖市城区1400km2，项目计划时间为4个月，项目经费若干。1：1000DEM数据采样间隔为1.0m，精度要求参照国家规范要求。作业区所在的芜湖市位于安徽省东南部，地处长江下游，南倚皖南山系，北望江淮平原。北与合肥市、马鞍山市毗邻，南与宣城市、池州市接壤，东与马鞍山市、宣城市相连，西与铜陵市、安庆市交界。地势南高北低，地形呈不规则长条状;地貌类型多样，平原丘陵，河湖水网密布。

在区域范围内，已有的资料包含芜湖市连续运行参考站综合服务系统（以下简称WHCORS），芜湖市似大地水准面精化成果，芜湖市区域1：1000基础地形图，可为本项目实施提供测绘基准服务和参考数据。

2  DEM数据获取方式比较

2.1 DEM数据源的选择

DEM数据成产过程中，DEM的数据来源主要有3种方式，第一种，利用原有1：1000地形图的方式。这种方法，生产速度快，成本低，工序较为简单，缺点在于地形图现势性及图面要素承载量的限制，数据成果的精度难以达到大比例尺DEM的精度要求。第二种，采用地面测量数据。这种方法的数据成果精度很高，但是效率很低，野外工作太多，成本也较高，不建议使用。第三种采用影像及电子数据包含航空摄影测量、航天遥感影像，及激光扫描、干涉雷达等方式。这种数据源所获得的DEM数据，有速度快，可大范围进行数据生产的优点。其中采用航天遥感影像数据，生产成本较低，生成高精度1：1000DEM成果的难度较大，在精度上很难满足要求。采用激光扫描、干涉雷达等新型方式，在实际操作过程中，经测算，每平方公里生产的成本费非常高，而且对于后期数据处理人员的技术要求也比较高，提高了人力成本，不适合本项目的实际生产情况。采用航空摄影测量的方式，通过新航摄不低于0.10m分辨率的航空影像做为基础数据，从精度、成本、效率等多方面的选择，效果较优。

通过多种测算，考虑实际生产的可操作性等方面要求，我们选用进行航空摄影测量的方式，做为DEM基础数据源。

2.2 DEM数据采集方法的选择

DEM数据的采样及采集方法较多，常用的方式有沿等高线采样、规则格网采样、选择性采样等方式。由于本次处理的数据涉及芜湖市区1400km2，并且区域内地貌类型多样，有平原丘陵，且河湖水网密布，采用单一的采样方式，将难以保证数据采集的精度。根据所选用的航测数据做为数据源的方式，对于采用多种采样方式进行结合，创造了条件，因为实际生产中，采用的是将规则网格采样与选择性采样进行相结合的方式，将部分山地的等高线成果，做为预处理的计算数据进行综合采样。

2.3 技术路线确定

根据前面的分析与研究，在项目的实际生产过程中建立了具体的技术路线：采用航摄不低于0.10m分辨率的航空影像成果进行模型建立，收集区域内部分山地区域的等高线成果，及在航测立体模型下采集封闭水面的成果，做为匹配预处理数据，进行规则格网采样后生成初步DEM成果后，导入立体模型下，对不符合地貌特征的区域进行特征线、特征点的采集，并根据成果构建TIN，生成DEM成果数据。

3  DEM数据主要生产过程及技术要点

3.1 主要成产过程

见图1所示。

3.2 特征数据采集的技术要点

特征点主要采集反映地面起伏的高程点，特征线主要指等高线、断裂线、地形突变线、道路边线、水域边界线等地貌突变线。特征要素的采集以1：1000比例尺图幅为单位存储，图幅内模型之间特征要素接边，对于测区外围图边，要求相应图幅的对应图廓边的范围外扩10m，同时要求在该外扩图廓边上适当加测一些特征点、线，以保证构建不规则三角格网（TIN）的需要。

进行城市区域采集时，人工建筑不参与DEM特征采集，河堤大坝需要采集河堤上下坡坎线，反映堤坝特征。高速铁路采集铁路线两侧加固或未加固陡坎，反映地面特征，如无坎则以常规地形采集，铁轨不参与DEM采集。公路两侧采集路肩路堑线，反映公路特征，在未能完整表达地表特征的区域，需要加测特征点或特征线。坡坎需加测上下高程。

进行水系要素采集时，可区分流动水域和静止水域。流动水域主要指河流，河流测出岸边线（可以用坎表示）和水涯线，如果岸边线为陡坎或斜坡的按陡坎、斜坡处理，如果河流岸边坡度变化平缓时，即便有等高线也要视情况适当加测一些特征线，流动水域最重要的是要保证其上、下游高程呈梯度下降，关系合理。静止水域主要包括湖泊、水库和塘等，静止水域要加测水面线并保证其闭合且采集数据的高程点要一致。水域中有小岛的把水域分为两块勾绘，但也要保证每块都闭合。测水面线在不能把握是同一高度测的情况下，可以将锁定打开。

4  产品质量控制

为了检核大面积DEM的高程精度，采取通过已有DLG数据提取高程点，结合外业实测检查点等高程数据展点插入DEM数据，进行高程值比对的方式，对数据精度进行检查和统计。如图2经检查图幅DLG与DEM同名地形点的高程较差，平均±0.250m，图幅最大±0.456m，图幅最小±0.065m，产品质量优良品率为96.8%，总体精度符合要求。

5  结语

通过实践表明，通过航空摄影测量的方式，合理编制技术方案，可以从时效上、精度上及成本上满足目前城市中大面积、高精度DEM数据生产要求的，也是当前测绘产品生产的主要方式。但是相信，随着雷达测量数据采集等新型数据采集方式的进一步普及与提高，DEM数据生产的效率与成果精度还有较多的上升空间，基础地理数据也将为城市发展提供更多、更广及全方位的服务。

参考文献

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