王 媛,梁 涛

(1. 西安煤航信息产业有限公司,陕西 西安 710054; 2. 陕西省地理空间信息工程技术研究 中心,陕西 西安 710054)

一种利用DEM数据进行数字线划图生产的方法

王 媛1,2,梁 涛1,2

(1. 西安煤航信息产业有限公司,陕西 西安 710054; 2. 陕西省地理空间信息工程技术研究 中心,陕西 西安 710054)

围绕基于DEM数据的地貌要素提取，对DEM的精度评价方法，基于DEM数据的地形特征提取原理及典型算法进行了研究，总结了基于DEM数据生产数字线划图的技术特点，设计了作业流程，并进行了生产试验。试验表明，在采用高分辨率DEM数据的情况下，基于DEM的数字线划图生产可满足基本等高距大于2 m、比例尺小于1∶2000的数字线划图生产，可以作为摄影测量的一种补充技术。

数字高程模型；特征点；特征线；数字线划图

近年来，随着全数字摄影测量、激光雷达、干涉雷达等测量技术的普及推广，DEM数据获取的成本已大大降低。随着GIS技术和图像处理技术的应用和发展，自动提取山顶点、鞍部点、山脊线的技术研究都较为活跃并取得了大量的科研成果[1-6]。但研究成果没有在实际工程中得到充分应用。

本文选取试验区测试基于DEM自动提取地形特征点、地形特征线的方法，并利用提取到的地形特征点、线辅助数字线划图地貌要素部分的生产，探索基于DEM数据进行数字线划图生产的方法。

1 技术路线

选取具有典型地貌特点的测区作为试验区。按以下步骤进行试验：①利用不同分辨率、不同高程精度的DEM数据提取等高线，研究DEM分辨率和高程精度对提取等高线高程精度的影响；②研究DEM分辨率和高程精度对提取地形特征点位置精度、高程精度的影响；③研究DEM分辨率和高程精度对提取地形特征线位置精度的影响。DEM提取地貌要素在ArcGIS10.0软件环境下进行。

通过对基于DEM提取地貌要素成果与常规立体采集成果进行对比分析，研究利用DEM提取地貌要素的精度；制定基于DEM数据数字线划图的作业流程，探索该方法在实际生产中的适用范围。

2 试验过程

2.1 试验数据概况

试验区位于内蒙古中部，地形类别为山地和平地，植被主要为草地和旱地，面积约6.7 km2，DEM数据采用航空摄影测量方式获取，航摄参数如下：

航摄仪：DMC，地面分辨率：0.18 m，测区影像图如图1所示。

测区地形主要为山地和平地，测区DEM示意图如图2所示。

2.2 基于DEM提取等高线的精度分析

结合试验区的特点，提取等高线精度分析试验分为平地地区和山地地区两类分别开展[7-8]。利用多种格网间距、不同精度的DEM数据分别提取等高线，在数字摄影测量工作站中用立体模型对不同分辨率DEM提取的等高线进行精度检查。

图1 影像图

图2 DEM示意图

2.2.1 平地地形提取等高线精度试验

平地地形选在南部的平地地区进行，试验区域大小约0.25 km2，基本等高距设置为1 m。

提取的等高线成果如图3所示。

图3 平地地区提取等高线与DOM套合效果图

对图3进行分析可得：①提取等高线可表现地形特点；②提取的居民地及建筑区内部等高线明显不合理，需要进行人工编辑；③提取的等高线存在部分短小闭合线，影响图面美观。

检测采用抽检的方法进行，检查时在区域内均匀地选取25条等高线，在每条等高线检测5处，取平均高程误差作为本条等高线的高程误差，对25条等高线的高程误差进行计算，获取提取等高线的高程中误差。结果统计见表1。

表1平地不同分辨率DEM提取等高线精度统计m

序号格网尺寸高程中误差最大误差最小误差中误差DEM10．250．200．180．030．14DME20．50．190．220．040．16DEM310．180．310．050．24DEM420．210．420．040．31DEM550．221．210．120．76DEM60．250．480．590．100．46DEM70．50．510．560．160．49

对表1进行分析可得：①随着DEM分辨率的降低，提取等高线的高程精度降低。②DEM高程精度的降低，明显导致提取等高线高程精度的降低。③对于提取1 m基本等高距的等高线，为保证提取等高线的高程精度与DEM高程精度一致，应采用优于0.5 m分辨率的DEM数据；为保证提取等高线的高程精度优于0.5 m，应采用优于2 m分辨率的DEM数据。

2.2.2 山地地形提取等高线精度试验

山地地形选在试验区北部山地,试验区域大小约1.0 km2，基本等高距设置为2 m。

提取的等高线成果如图4所示。

图4 山地地区提取等高线效果图

对图4进行分析可得：①提取的等高线完全能够反映地貌特点，并且可以较好地表现出微小地貌；②与立体采集的等高线相比，提取的等高线不够圆滑，图面美观度稍差；③提取的等高线对地形特征线表现能力较差。

对山区等高线的高程精度进行检测，结果统计见表2。

表2山地不同分辨率DEM提取等高线精度统计m

序号格网尺寸高程中误差最大误差最小误差中误差DEM10．250．500．580．440．51DME20．50．520．580．440．51DEM310．490．630．470．55DEM420．500．640．480．56DEM550．480．900．670．78

对表2进行分析可得：①随着DEM分辨率的降低，提取等高线高程精度降低；②DEM高程精度的降低，明显导致提取等高线高程精度的降低；③对于提取2 m基本等高距的等高线，为保证提取等高线高程精度与DEM高程精度一致，应采用优于1 m分辨率的DEM数据；④随着DEM分辨率的降低，提取等高线与采集等高线的套合精度明显降低。

2.3 基于DEM提取地形特征点的精度分析

选择北部山区进行DEM提取地形特征点试验。利用多种规格的DEM数据提取地形特征点，利用立体模型目视检查提取特征点的地理位置偏差，利用立体模型检测提取特征点的高程精度，分析DEM的分辨率、高程精度对地形特征点提取精度的影响。

2.3.1 山顶点(山谷点)精度分析

试验利用多种规格的DEM数据进行山顶点(山谷点)提取试验[9-11]，利用软件自动提取的山顶点(山谷点)中存在多余点，套合等高线、DEM和DOM数据对自动提取的结果进行编辑，剔除错误的提取点后作为最终的山顶点成果。

山顶点提取成果如图5所示。

图5 提取山顶点与DEM套合情况示意图

山谷点提取成果如图6所示。

对提取结果进行精度检查，用抽检方法在区域内均匀选取了30个山顶点(山谷点)，利用立体模型目视检查提取特征点的地理位置偏差，利用立体模型检测提取特征点的高程精度。结果统计见表3。

图6 提取山谷点与DEM套合情况示意图

序号格网尺寸DEM高程误差山顶点位置中误差山顶点高程中误差DEM110．502．50．54DME220．522．90．56DEM350．495．50．53DEM4100．5014．31．22DEM521．023．10．93DEM621．482．81．52

对图5和表3进行分析可得：①利用DEM数据可以较好地提取山顶点(山谷点)，调整提取参数，可以提取不同位置的山顶点(山谷点)；自动提取的山顶点(山谷点)存在一些错误点，需要通过手工编辑剔除。②随着DEM分辨率的降低，提取山顶点(山谷点)的位置精度降低；提取山顶点的位置精度与DEM数据的分辨率为同一数量级，并略低于格网间距。③随着DEM高程精度的降低，提取山顶点(山谷点)的高程精度降低；提取山顶点(山谷点)的高程精度与DEM数据自身的高程精度一致。

2.3.2 鞍部点精度分析

鞍部点提取试验采用与上述相同的数据和步骤[12]，鞍部点提取成果如图7所示。

图7 提取鞍部点与DEM、等高线套合情况示意图

对图7进行分析，可以得出以下结论：对于大比例成图中的局部鞍部点，利用DEM数据很难准确提取，自动提取的正确率低、错漏率高。

2.4 基于DEM提取陡坎的精度分析

试验利用多种规格的DEM数据进行陡坎提取试验。自动提取的陡坎为陡坎所在区域，需要人工对提取结果进行编辑，编辑时将提取陡坎区域与等高线、DEM和DOM数据套合，确定陡坎的坎上线、坎下线的具体位置，绘制最终的陡坎线。提取陡坎成果如图8、图9所示。

图8 提取陡坎与DEM套合示意图

图9 提取陡坎与DOM套合示意图

利用立体模型对提取的陡坎结果进行检查，分析统计陡坎提取结果的正确率和错漏率。结果统计见表4。

表4 提取陡坎结果准确情况统计表 m

对图8、图9和表4进行分析可得：①陡坎提取的自动化程度较低，人工编辑工作量较大。②陡坎提取的正确率较高，但丢漏较多，编辑时必须进行图面查漏工作。③DEM数据分辨率的提高，可以减少陡坎提取的丢漏，但分辨率过高时，会导致正确率降低；基于DEM数据提取陡坎时应根据地形特点选择合适的DEM分辨率，一般平坦地区采用高分辨率DEM，陡峭地形采用低分辨率DEM。④DEM数据高程精度降低，会导致陡坎提取正确率降低，错漏率增加。

3 基于DEM的数字线划图生产方案

通过对提取地貌要素的精度所作出的分析，设计了一套基于DEM的数字线划图生产作业流程，如图10所示。

图10 基于DEM的数字线划图生产作业流程

按照作业流程进行基于DEM的数字线划图生产试验，并将基于DEM数据生成的数字线划图和航空摄影测量生产的数字线划图进行对比，总结出基于DEM数据生产数字线划图的技术特点叙述如下。

基于DEM数据生产数字线划图的优点包括：①自动化程度高，作业效率高；②不依赖于数字摄影测量工作站，节约生产投入；③能够将多种遥感数据用于数字线划图生产，有利于新技术的应用。

基于DEM数据生产数字线划图的缺点包括：①地貌要素采集时没有立体模型采集方式直观，较难理解。②作业时常常需要处理高分辨率的DEM数据，需要高性能计算机的支持。③与常规立体模型采集方式获取等高线相比，提取等高线的美观性较差；陡坎难以直接获取且位置精度较差。④地貌要素的精度受各种阈值设置的影响较大，要求作业人员具备一定的理论、实践基础。

4 展 望

随着遥感技术的发展，快速获取DEM数据的分辨率和精度将会大大提高，基于DEM的数字线划图生产是非常值得研究的课题之一[14-17]。

研究结果表明，在采用高分辨率DEM数据的情况下，基于DEM的数字线划图生产可满足基本等高距大于2 m，比例尺小于1∶2000的数字线划图生产，可以作为摄影测量的一种补充技术。

基于DEM数据的数字线划图生产技术已可以用于一定范围内的测绘生产，为使该技术在测绘生产中发挥更大的作用，还需要在以下几方面作进一步研究和改进：①研究鞍部点的提取算法；②研究陡坎的提取算法;③开发基于DEM数据提取地貌要素的集成软件，简化操作步骤，提高作业效率。

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ResearchontheMethodofDLGProductionwithDEM

WANG Yuan1,2,LIANG Tao1,2

(1. Xi′an Arsc Information Industory Co,Ltd, Xi′an 710054,China; 2. Geoinformation Engineering Research Center of Shaanxi, Xi'an 710054,China)

This paper focuses on the geomorphic feature extraction based on DEM while inuestigates its accuracy evaluation methods, principles and typical algorithms of terrain feature extraction on DEM. Furthermore, it summaried the technical characteristics of the DLG's production using DEM data, designed processes and conducted a production test. Tests show that DLG production with DEM can meet the needs of basic contour interval greater than 2 meters, the scale less than 1∶2000 DLG production in the case of high-resolution DEM data, which can be used as a complementary technology of photogrammetry.

digital elevation model; topographic feature points; terrain characteristic line; digital line graph

P283

A

0494-0911(2017)01-0139-05

王媛,梁涛.一种利用DEM数据进行数字线划图生产的方法[J].测绘通报，2017(1)：139-143.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0031.

2016-04-22；

2016-07-27

王 媛(1983—)，女，硕士，工程师，主要从事航空摄影测量工作。E-mail：123048072@qq.com