遙感學(xué)會(huì)論文-精細(xì)化DEM在數(shù)字廣西地貌生產(chǎn)中的應(yīng)用.docx

精細(xì)化DEM在數(shù)字廣西DLG地貌生產(chǎn)中的應(yīng)用 胡煥琳 (廣西壯族自治區(qū)地圖院,廣西 南寧 530023) 摘要: 在簡(jiǎn)單介紹1:10000精細(xì)化DEM的基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)對(duì)精細(xì)化DEM在兩種GIS軟件里生成等高線的應(yīng)用方法和效果進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，以進(jìn)一步闡述精細(xì)DEM和生成的等高線如何在數(shù)字廣西地貌要素生產(chǎn)中發(fā)揮出來(lái)的輔助作用。關(guān)鍵詞: DEM; 精細(xì)化;數(shù)字廣西;DLG; 等高線;地貌數(shù)據(jù)Application of Fine DEM in Productionof Landscape for Digital Guangxis DLG ProjectAbstract:In this paper,on the basis of a brief introduction of 1:10 000 Fine DEM,focusing on DEM in two kinds of GIS software to generate the application method and effect of contour analysis and evaluation,to further expound how fine DEM and generating contours in digital landscape elements in Guangxi production play a supporting role.0 引 言 “數(shù)字廣西”地理空間框架的建設(shè)，將為廣西政府各部門和各市縣的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供規(guī)劃、設(shè)計(jì)和決策支持的基礎(chǔ)地理信息支撐平臺(tái)和環(huán)境。數(shù)字廣西1:10000DLG(Digital Line Graphic,數(shù)字線劃地圖)數(shù)據(jù)的更新生產(chǎn)是數(shù)字廣西地理空間框架建設(shè)的重要內(nèi)容之一。精細(xì)化DEM生產(chǎn)是數(shù)字廣西1:10000DLG項(xiàng)目中重要的前期工作,如何準(zhǔn)確、高效地生產(chǎn)DEM數(shù)據(jù)顯得尤為必要。在傳統(tǒng)的航攝立體測(cè)圖模式下，等高線的生成是依靠在模擬測(cè)圖儀上繪出計(jì)曲線，然后通過(guò)手工或軟件內(nèi)插出首曲線來(lái)完成的。我院利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)源精細(xì)化DEM，自動(dòng)生成等高線然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行立體測(cè)圖，可以縮減傳統(tǒng)DLG地貌采集中的工作量，從而進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，為保障“數(shù)字廣西”基礎(chǔ)數(shù)據(jù)任務(wù)的順利完成提供了便利條件。1 精細(xì)化DEM的評(píng)價(jià)1.1 DEM的特性數(shù)字高程模型（簡(jiǎn)稱DEM）是一定范圍內(nèi)規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（X，Y）及其高程（Z）的數(shù)據(jù)集，是描述區(qū)域地貌形態(tài)的空間分布的虛擬表示。DEM可表征地表區(qū)域上的三維向量的有限序列，即地表單元上高程的集合，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：z=f(x,y)。精細(xì)化DEM能精確地表示地球表面空間連續(xù)起伏狀態(tài)，其常常被應(yīng)用于等高線圖、坡度剖面圖、數(shù)字正射影像圖及不同地面的比較和統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)字高程模型的精度用格網(wǎng)點(diǎn)的高程中誤差表示。高程中誤差的兩倍為采樣點(diǎn)的最大誤差。高程值存儲(chǔ)時(shí)可以采用浮點(diǎn)型或放大至整型。 1.2 DEM的精度指標(biāo)數(shù)字廣西1:10000DEM的一級(jí)精度指標(biāo)見(jiàn)表1：表1：1:10000DEM一級(jí)精度指標(biāo)比例尺高程中誤差(一級(jí)精度) 單位:米1:10 000平地丘陵地山地高山地0.51.22.55.02 DEM自動(dòng)生成等高線的原理和實(shí)現(xiàn)方法2.1實(shí)現(xiàn)原理和算法 等高線是地形圖上高程相等的相鄰各點(diǎn)所連成的閉合曲線，它是DEM規(guī)則格網(wǎng)上經(jīng)過(guò)內(nèi)插等高點(diǎn)然后連接而成的線模式。DEM生成等高線實(shí)現(xiàn)的算法思路主要經(jīng)過(guò)等高線的確立、等高線短線的構(gòu)成和等高線的連接三大步驟，流程圖如圖1所示圖1 算法流程圖2.2 GlobalMapper生成等高線1）使用global_mapper13打開(kāi)數(shù)據(jù)，該軟件支持帶高程數(shù)據(jù)的Bil、Grid和Geotiff格式。點(diǎn)擊“file”菜單下的“generation contours”，在彈出的對(duì)話框中“contour options”選項(xiàng)卡中的“contour interval”項(xiàng)中設(shè)置等高線的等高距和簡(jiǎn)化綜合（Simplification）指標(biāo)。等高線生成后的效果見(jiàn)圖2。 圖2 GlobalMapper生成等高線的效果圖2） 導(dǎo)出等高線，點(diǎn)擊“file”菜單下的“export vector format ”，在彈出對(duì)話框中選擇“shapefile”，點(diǎn)擊OK，在彈出的對(duì)話框中勾選“export line”，在彈出另存對(duì)話框中輸入文件名，把generate 3D選項(xiàng)打勾，點(diǎn)擊ok導(dǎo)出等高線（導(dǎo)出的shp中高程值在ELEVATION字段）。3） 給導(dǎo)出的等高線定義投影：執(zhí)行Arcgis10.1-Arctools-數(shù)據(jù)管理工具-定義投影命令,對(duì)等高線進(jìn)行投影定義。數(shù)字廣西1:10 000DLG的地貌數(shù)據(jù)在內(nèi)業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：采用 2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系，投影平面直角坐標(biāo)， 3分帶，中央經(jīng)線有105、108和111三種。2.3 Arcgis10.1提取等高線與數(shù)據(jù)整理 1）在Arcgis10.1軟件下，加載DEM數(shù)據(jù)，利用ArcToolbox里的3D Analyst工具，執(zhí)行命令3D Analyst柵格表面等值線，如下圖3 圖3 Arcgis提取等高線的方法2）3D Analyst里生成的等高線，高程屬性值存儲(chǔ)在contour字段，等高線線型效果和GlobalMapper出來(lái)的曲線略有不同，這和軟件各自的內(nèi)插算法和平滑算法有關(guān)。Arcgis里生成的等高線彎曲較多，線條不夠GlobalMapper生成的平滑，需要進(jìn)一步簡(jiǎn)化和光滑處理。所以，我們應(yīng)該首選GlobalMapper生成的曲線作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行下一步的整理工作。3）運(yùn)行Arcgis10.1下的Arctoolbox，執(zhí)行命令數(shù)據(jù)管理 -字段-增加GB和ELEV字段：GB字段，字段類型TEXT，長(zhǎng)度6；ELEV字段，字段類型DOUBLE。4）從global_mapper導(dǎo)出的等高線shapefile文件，里面的高程值最開(kāi)始是存放在ELEVATION字段，這需要我們將高程值轉(zhuǎn)賦到ELEV字段。操作方法很簡(jiǎn)單：ArcMap10.1下打開(kāi)數(shù)據(jù)屬性表-選中ELEV數(shù)列-右鍵菜單字段計(jì)算器-錄入ELEV= ELEVATION.5) 等高線GB屬性歸類賦值。在ArcMap 10.1下打開(kāi)屬性選擇對(duì)話框,用求余函數(shù)式先選擇計(jì)曲線（2.5米等高距：MOD(ELEV,10)=0；5米等高距：MOD(ELEV,25)=0），把選中的計(jì)曲線的GB值賦為710102。填好計(jì)曲線的GB值后，通過(guò)反選，選中其他等高線（首曲線），把GB值賦為710101。6）刪除多余字段（arctoolbox-數(shù)據(jù)管理-字段-刪除字段）7）最后把整理好的等高線數(shù)據(jù)（shapefile）導(dǎo)入作業(yè)軟件吉威中，高程字段選擇ELEV，地物類字段選擇GB。3 精細(xì)化DEM在地貌生產(chǎn)中的輔助作用1）在Geowaydps里導(dǎo)入DEM生成的等高線并重新加載作業(yè)方案，然后在立體環(huán)境下重點(diǎn)針對(duì)山頭、山谷、山脊等容易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的部分進(jìn)行檢查和修改。植被茂密不能明確地表位置的地方視具體情況進(jìn)行修測(cè)。2）在Geowaydps立體測(cè)圖環(huán)境下，在圖形編輯菜單下執(zhí)行套合DEM工具命令，接著加載原有的精細(xì)化DEM數(shù)據(jù)，這樣就能將二維平面下采集的地物數(shù)據(jù)（附注：水系、道路、居民地等地物原來(lái)沒(méi)有高程信息），回放到三維立體環(huán)境下。其主要實(shí)現(xiàn)原理是將地物所覆蓋的DEM格網(wǎng)點(diǎn)的高程值重新擬合解算后再重新匹配給地物，這樣原有不帶高程信息的地物數(shù)據(jù)就可以在立體下和等高線一起關(guān)聯(lián)修測(cè)、采集了。3）在套合了DEM后，我們可以在立體上直觀地判斷出田坎、人工陡坎、陡崖陡岸以及道路兩旁的路堤路塹等地貌要素的精確位置，同時(shí)可以準(zhǔn)確處理地貌和地物的相互關(guān)系。例如：a、等高線穿過(guò)雙線路應(yīng)垂直穿過(guò)；b、等高線不能穿越單棟房屋；c、不能出現(xiàn)單線水系爬坡的現(xiàn)象。4 結(jié)束語(yǔ) 目前，生產(chǎn)精細(xì)化DEM的軟件較多，如何高效發(fā)揮其自身功能并與其它軟件高度配合進(jìn)行數(shù)字廣西DLG生產(chǎn)是我們生產(chǎn)者應(yīng)該關(guān)注的問(wèn)題。我院在已完成的高精度DEM數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)利用，生成DLG地貌的等高線數(shù)據(jù)，這樣既縮減了作業(yè)員手工采集的工作量，又提高了生產(chǎn)效率，為數(shù)字廣西1:10000DLG生產(chǎn)提供了輔助和便利。由于精細(xì)化DEM在不同GIS軟件里生成等高線的算法原理不統(tǒng)一，因此各自內(nèi)插生成的等高線效果也會(huì)不盡相同。此外，等高線的質(zhì)量精度和DEM有很大關(guān)聯(lián)，在生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)用中，當(dāng)DEM數(shù)據(jù)精度相對(duì)所需生成等高線精