数字城市建设中DEM数据的采集与建立

数字城市建设中DEM数据的采集与建立
摘要：数字城市又称作信息城市，是指运用计算机技术、全球定位系统、遥感遥测、互联网等技术，对城市的地理、经济、人口、资源等进行三维描述，把城市的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现。

dem数据的采集和建立是数字城市建设的基础信息之一，是建设数字城市的三维景观和构建数字城市工程设计的基础信息。

该文讲述数字城市建设中dem数据的采集和建立。

关键词：数字城市数字城市建设 dem数据采集 dem数据建立
中图分类号：tn2 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）02（c）-0-01
dem是数字高程模型digital elevation model的简称。

随着获取dem数据技术的发展，采集和建设的dem数据的信息越来越准确、丰富、且更新速度快，dem数据的应用范围也越来越广，涉及环境、测绘、土木工程、军事、商业等各个领域。

数字城市建设也离不开dem数据的应用，dem数据是数字城市建设的重要基础数据，是构建城市三维景观和进行各种工程设计的基础信息。

1 数字城市建设中dem数据的采集
dem数据获取的技术方法与使用的数据源和仪器设备紧密相连，数据源包括形图、航片等；仪器有扫描仪、计算机、解析测土仪、数字摄影测量系统等。

dem数据的采集有地面测量、利用现有地形图提取和建立dem、空间传感器（gps、雷达、激光测高仪）、数字摄影测量方法、合成孔径雷达干涉测量技术（insar）获取dem 5
种方法。

（1）地面测量法，利用自动记录的测距经纬仪建立dem，这种方法获得的数据精度高，但同样成本也高，而且工作量大，工作的周期较长，适用于建立小范围大比例尺区域的dem，不宜在数字城市建设中采用。

（2）空间传感器，利用雷达、gps、激光测高仪等进行数据采集，成本较高。

（3）利用合成孔径雷达干涉测量技术（insar）获取dem，此种方法获取的dem精度较高，但价格昂贵。

现在数字城市建设中dem数据的获取最常使用的方法是利用现有地形图提取dem法和数字摄影测量法。

1.1 利用现有地形图提取dem数据
对底图上的等高线、地性线矢量化，常用的方法有数字化仪手扶跟踪、扫描仪半自动采集法、地形图扫描矢量化，这种方法生产效率较高、操作简单，适用于数字城市建设中dem的数据采集，是当今常用的提取dem数据的方法之一。

1.1.1 手扶跟踪数字化仪
将地图平放在数字化仪的台面上，手持鼠标跟踪等高线或其他地形地物符号，按等时间间隔或等距离间隔的数据流模式记录平面坐标，或由人工按键输入。

1.1.2 地形图的扫描以及纠正
根据地形图种类、质量的不同扫描时的分辨率设置也不同。

地形图可分为纸质图、彩图、二底图，彩图需要用黑白扫描仪扫描获取黑白影象，扫描分辨率需大于400dpi，对扫描后的栅格图进行图廓纠正；二底图需用黑白扫描仪以二值的方式扫描，扫描分辨率需大
于300dpi；二底图可用四个图廓点作为已知点，纠正时采用仿射变换的方式；纸质图或彩图则需要用四个图廓点及公里网点作为已知值，可用仿射变换或其他数学变换的方式纠正。

1.1.3 矢量化
矢量化通常是用已纠正的栅格图作为底图，利用相关软件对底图上的等高线、控制点及其他高程点等要素进行矢量化，并赋予相应的属性。

根据扫描图的实际情况，矢量化可采用自动矢量化和人机交互矢量化方法进行采集。

1.2 数字摄影测量法
构建dem可以利用立体测图仪、立体坐标仪、航摄立体像、解析测图仪、卫星图像立体像等。

数字摄影测量技术成本较低、效率高，获得的信息量丰富，适用于数字城市建设中的数据采集。

数字摄影测量法获取数据以后需要对城市的建筑物、河流、林地等进行人工辅助编辑，采集立体三维数据。

数字摄影测量法包括混合采样、选择采样、渐近采样、沿断面扫描、规格格网采样、沿等高线采样，利用自动化测图系统进行完全自动化的dem数据采集。

1.3 dem数据的建立
数字城市建设收集到的矢量地形图是autocad格式。

在地在形图中通过使用gis软件提取出标高点、等高线、河流、水库等信息。

根据提取的信息和应用方向的不同，选择不同的插值方法生成dem。

1.3.1 由高程点直接插值成规则格网dem
当地形图中的等高线的高程属性数据与高程标注不一致或者地
形图中的等高线太破碎时，可将高程标注转为点图层，从点图层直接插值生dem，arcgis的空间分析模块和3d模块都提供了由高程点插值成栅格图的方法，包括样条插值法（spline）、克里格插值法（kriging）以及反距离加权插值法（idw）等，根据不同情况选择合适的方插值法。

例如：样条插值法是采用一种数学函数对高程值进行估计，使表面的曲率最小化，生成一个精确通过采样点的平滑渐变的曲面，但有可能会超出采样点的高程值范围；克里格插值法则适合在距离和方向上有空间相关性的采样点使用；反距离加权插值法在采样点足够密集，能够表现区域地形变化情况时使用。

1.3.2 由高程点、等高线等插值成不规则三角网（tin），再转为规则格网dem
arcgis的3d模块中提供了由点、线、面等共同插值成tin的方法。

将等高线和高程点作为mass points，水系作为硬断线（hard line），用create tin命令生成不规则三角网，再由tin to raster 命令将tin转换为规则格网dem。

这样产生的dem的插值数据不会超出采样点的高程值范围，是目前生成dem比较常用的方法。

1.3.3 使用topogrid命令，由高程点、等高线、湖泊、河流等插值成规则格网dem
数字城市建设中的dem用于水文分析时，需要用arcgis的topogrid命令生成的dem数据，这样可以较好的突出区域的流域特征。

将高程点、河流沟渠、等高线、湖泊水库等作为初始条件输入，系统将使用有限次重复内插技术，生成输入图层边界范围内以lake
作为最低高程的dem。

dem主要描述地面高程信息，dem数据包含大量的自然地理要素，能够直观的展现一个地方的地貌、地质特征，也可通过dem提取大量的地表形态信息。

根据城市的现状和需要选择合适的dem数据采集和建设方式，才能使dem数据发挥最大的作用，才能对数字城市建设起到辅助推动
作用。

参考文献
[1] 陈瑾怡，鲁铁定.基于arcgis的dem精度评估改进方法研究[j].科技致富向导，2012（6）.
[2] 张瑞军，杨武年，刘汉湖，等.数字高程模型（dem）的构建及其应用[j].工程勘察，2005（5）.
[3] 焦绪青.数字高程模型（dem）数据库建设探讨[j].科技情报开发与经济，2007（28）.。