数字高程模型(DEM)数据采集方法及对比分析
来源:用户上传
作者: 徐有聪,叶培鹏,霍红建
摘 要 本文简要论述数字高程模型（DEM）数据采集方法及对比分析。
关键词 数字高程模型（DEM）；数据采集方法；对比分析
中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)012-0214-01
随着测绘技术设备和计算机技术的结合与科技技术不断发展。数字化地图逐渐取代了以往模式，其中数字高程模型数据作为地理性息的基础数据以广泛的应用于国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域。本文简要论述数字高程模型（DEM）数据采集方法及对比分析。
1 数字高程模型（DEM）
数字高程模型（Digal Elevation Model）是在高斯投影平面上规格的各网点的平面坐标（X，Y）及高程（H）数据集。DEM的格网间隔应与其高程精度相适配。并形成有规则的格网数据。为完整反映地表形态，应配套相应的离散高程点。
2 数字高程模型（DEM）数据采集方法
为建立数字高程模型（DEM），必需按精度要求采集足够的点位三维坐标。下面就简述数据的采集方法。
2.1 纸介质地形图数据采集方法
原有的纸图成已不能满足社会发展的需要，数字化地图产品的输出已成为必然。纸质图数据化是一种DEM数据获取的最基本方法，可分为手扶跟踪数字化和扫描矢量化。
1）手扶跟踪数字化。手扶跟踪数字化是目前最为广泛使用的将已有地图数字化的手段，利用手扶跟踪数字化仪可以输入点地物、线地物以及多边形边界的坐标，通常采用两种方式，即点方式和流方式，流方式又分距离流方式和时间流方式。手扶跟踪数字化，可以直接获取矢量数据。用数字化仪跟踪纸介质图形中的点、线等信息，通过数字化软件实现图形信息向数字化信息的转换。使用跟踪数字化仪（手扶或自动）将地图图形要素（点、线、面）进行定位跟踪，并量测和记录运动轨迹的X，Y坐标值，获取矢量式地图数据。
2）扫描矢量化。扫描矢量化的基本原理是对各种类型的数字工作底图如纸质地图、黑图或聚酯薄膜图，使用扫描仪及相关扫描图像处理软件，把底图转化为光栅图像，对光栅图像进行诸如点处理、区处理、桢处理、几何处理等，在此基础上对光栅图像进行矢量化处理和编辑，包括图像二值化、黑白反转、线细化、噪声消除、结点断开、断线连接等。这些处理由专业扫描图像处理软件进行，其中区处理是二值图像处理（如线细化）的基础，而几何处理则是进行图像坐标纠正处理的基础，通过处理达到提高影像质量的目的。然后利用软件矢量化的功能，采用交互矢量化或自动矢量化的方式，对地图的各类要素进行矢量化，并对矢量化结果进行编辑整理，存储在计算机中，最终获得矢量化数据，即数字化地图，完成扫描矢量化的过程。
2.2 采样原理
采样主要有两大类: 一类是随机采样，另一类是系统采样。随机采样是指通过随机方式选取采样区中平面坐标的方式来确定采样点，由于每个坐标点都有预先选择的概率，应用概率论的知识，可以对整个采样区进行概括。但是由于是随机的方式，运气不佳的时候，就会产生随机抽取的采样点可能会集中在采样区域的某一个小区域中，特别是在采样点较少时。因此，为了能将采样点均匀的分布在整个采样区域中，就产生了系统采样。
这里所谈到的系统采样是指所有以系统采样为基础的采样方式主要包括规则随机采样、局部随机分配下的系统采样、网格随 机变化下 的系统采样、聚类采样，等高线采样、横切面采样等。每一种方法都有其本身的优势和局限，及适用的范围，在实际应用中应该综合考 虑，选取其中的适合的方法。为了能更好地进行样本的预处理，在对某个区域进行高程采样时，应尽量遵守以下基本原则。
1）采用规则随机采样：这样做可以使采样点覆盖整个地区。
2）通过对整个区域的观察，确定在哪些局部区域需要加密，对这些地区应用横切面采样。
3）对整个区域内的大规模的突变点应用特殊化规则随机采样。由于大规模的突变一般是呈线状，且位于两个区域的边界，所以采样时沿突变边界应用规则采样。
2.3 野外测量数据采集方法
野外测量数据采集的方式主要有：全站仪测量、GPS测量、车载GPS采集等方法。野外的数据采集工作量大，数据采集过程中需注意碎部微地形，以提高数据采集的质量与完整性。为方便后续的工作，野外数据采集要求有完整的地物编码系统。
2.4 空间传感器
利用GPS、雷达和激光测高仪等进行数据采集。
1）合成孔径雷达干涉测量数据采集方法。合成孔径雷达干涉测量（InSAR）是传统的微波遥感与射电天文干涉技术相结合产物。他利用了多普勒频移的原理改善了雷达的分辨率，特别是方位分辨率，提高了雷达测量的数据精度。合成孔径雷达干涉测量是通过对不同空间位置获取的同一地区的两个雷达图像利用杨氏双缝光干涉原理进行处理，从而获取该地区的地形信息。
2）机载激光扫描数据采集方法。机载激光扫描系统又称为机载激光雷达。由于激光扫描不需要反光镜，还可以被看到，而且也很少受气候条件影响，测量精度又高，因此机载激光扫描成为测绘困难地区和地物密集地区，森林地区和电力线等的新兴技术。
机载激光扫描的原理主要利用主动遥感的原理，机载激光扫描系统发射出激光信号，经有地面反射后到系统的接收器，通过计算发射信号和反射信号之间的相位差或时间差来得到地面的地形信息。
3 数字高程模型（DEM）数据采集方法及对比分析
1）纸质地形图数据采集容易获取，所需设备和人员却要求不高，采集速度也比较快，易于大批量作业。
2）摄影测量在基本比例尺测图中起到了非常关键的作用，影像数据的特点是更新速度快，对于大范围、大批量的数据获取是一种主要方法。但高程数据的精度受外界因素影响较大，对于精度要求高的DEM需局部野外实测配合作业。
3）野外实测数据精度最高，但数据采取工作量较大，效率不高，费用较高，适用于小范围大比例尺DEM作业。其可做大范围DEM的局部更新以及工程用DEM的建设。
4 结束语
通过以上数字高程模型（DEM）数据采集方法及对比分析。根据数字高程模型（DEM）精度要求，应选择合适的数据采集方法，提高采集效率和质量，为后续工作提供可靠的DEM数据源。
参考文献
[1]高英杰,潘剑君,刘世峰.1:10000大比例尺DEM的制作及其地学应用研究[J].安徽农业科学,2009,02.
[2]魏巍,蔡栋.基于二叉树结构的面状目标主骨架生成算法[J].安徽农业科学,
2009,16.
[3]李明泽,范文义,张元元.基于全数字摄影测量的林分立木高度量测[J].北京林业大学学报,2009,02.
[4]张婷,王春,李建利,吴良超.数字高程模型(DEM)不确定性研究[J].测绘标准化,2004,04.
[5]乔凯,柳荣其.DEM建模中基于等高线的高程样本值预处理方法[J].计算机与数字工程,2010,7.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-1602321.htm
