基于dlg数据生产高精度dem的技巧及其检查方法

测绘与空间地理信息

ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｖｏｌ.４２ꎬＮｏ.１０Ｏｃｔ.ꎬ２０１９

基于ＤＬＧ数据生产高精度ＤＥＭ的

技巧及其检查方法

方　青ꎬ汪建峰ꎬ蒋丹妮

(西安测绘总站ꎬ陕西西安７１００５４)

摘要:ＤＥＭ作为重要的基础地理信息数据在测绘、气象、工程建设、军事导航等多个领域有着非常重要的作用ꎮ

本文结合生产实际ꎬ总结分析了利用ＤＬＧ数据快速生产高精度ＤＥＭ的方法流程、作业技巧ꎬ以及ＤＥＭ数据的检查方法ꎬ可为利用ＤＬＧ数据大规模生产ＤＥＭ成果提供借鉴和帮助ꎮ关键词:ＤＬＧꎻＤＥＭ数据ꎻ作业技巧ꎻ检查方法

中图分类号:Ｐ２３１.５　　　文献标识码:Ａ　　　文章编号:１６７２－５８６７(２０１９)１０－０２０４－０２

ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄＴｈｅｒｅｏｆｆｏｒＰｒｏｄｕｃｉｎｇ

Ｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎＤＥＭＢａｓｅｄｏｎＤＬＧＤａｔａ

(Ｘｉ'ａｎＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｖｉｓｉｏｎｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇ＆ＭａｐｐｉｎｇꎬＸｉ'ａｎ７１００５４ꎬＣｈｉｎａ)

Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＡｓａｂａｓｉｃｄａｔａｏｆｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬＤＥＭｐｌａｙｓａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｒｏｌｅｉｎｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｓｕｒ￣ｃｈｅｃｋｉｎｇꎬｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｂｅａｈｅｌｐｆｕｌｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｆｕｔｕｒｅｗｏｒｋ.

ｖｅｙｉｎｇａｎｄｍａｐｐｉｎｇ.ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｐｒｏｐｏｓｅｓａｗａｙｔｏｐｒｏｄｕｃｅｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙＤＥＭｗｉｔｈＤＬＧｄａｔａａｎｄｒｅｃｏｍｍｅｎｄｓｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒａｃｃｕｒａｃｙＫｅｙｗｏｒｄｓ:ＤＬＧꎻｄａｔａＤＥＭꎻｗｏｒｋｍａｎｓｈｉｐꎻｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒａｃｃｕｒａｃｙｃｈｅｃｋｉｎｇ

ＦＡＮＧＱｉｎｇꎬＷＡＮＧＪｉａｎｆｅｎｇꎬＪＩＡＮＧＤａｎｎｉ

０　引　言

数字高程模型(ＤＥＭ)是利用离散的有序数值阵列对地表形态进行的一种数字化表达ꎮ作为一种重要的空间地理信息数据ꎬＤＥＭ目前在测绘、气象、工程建设、以及军事导航等多个领域有着广泛的应用[１]ꎮ因此ꎬ如何快速高效地生产高精度ＤＥＭ数据已成为目前需要解决的重要问题ꎮ

一般来说ꎬＤＥＭ数据的获取方式主要有４种ꎮ第一种是地面测量ꎬ即利用全站仪、经纬仪等设备直接进行野外实测获取数据ꎻ第二种是利用已有地形图数字化ꎻ第三种是利用空间传感器获取ＤＥＭ数据ꎬ即结合ＧＰＳ定位系统ꎬ利用近些年来迅速发展起来的ＬｉＤＡＲ技术进行数据采集ꎻ第四种是通过航空摄影测量内业生产ＤＥＭ数据ꎮ由于受生产成本、实际地形、产品精度等多方面的ꎬ目前通过航空摄影测量内业是生产高精度ＤＥＭ数据的主要途径ꎮ传统航测内业生产要经过空中三角测量、立体采集、后期编辑等多个环节和步骤ꎬ生产作业人员劳动

收稿日期:２０１８－０５－０７

强度大ꎬ生产效率较低ꎮ而基于已有的高精度ＤＬＧ数据生产ＤＥＭ数据ꎬ经过后期编辑处理ꎬＤＥＭ成果数据可以达到ＤＬＧ数据的精度水平ꎮ因此ꎬ利用这种方法生产ＤＥＭ不仅可以保证数据精度ꎬ而且可以极大地提高作业效率ꎮ

１　基于ＤＬＧ数据生产ＤＥＭ数据的流程

ＤＬＧ数据中等高线直接内插生成格网ＤＥＭ数据ꎻ另外一种方法是先将等高线生成ＴＩＮ网ＤＥＭꎬ然后再内插生成格网ＤＥＭ数据[２

－３]

基于ＤＬＧ数据生产ＤＥＭ通常有两种办法:一是由

且后期编辑修改效率低ꎮ因此ꎬ在实际生产过程中ꎬ通常先将等高线数据生成ＴＩＮ网ＤＥＭꎬ进行适当的编辑修改处理ꎬ然后再内插生成格网ＤＥＭ数据ꎮ

利用等高线生成ＴＩＮ网ＤＥＭ数据可由两种办法实现ꎬ一种将等高线数据以断裂线形式生成ＴＩＮ网ＤＥＭꎻ二是将等高线离散成为节点数据ꎬ然后生成ＴＩＮ网[４]ꎮ在实际生产中ꎬ通常采用第二种方法ꎬ因为将等高线数据以断裂线形式生成ＴＩＮ网时ꎬ将产生ＴＩＮ网ＤＥＭ文件数据

ꎮ等高线直接生成格网ＤＥＭꎬ耗时长

作者简介:方　青(１９８６－)ꎬ男ꎬ陕西榆林人ꎬ工程师ꎬ学士ꎬ主要从事航天航空遥感影像的生产应用与研究工作ꎮ

第１０期

方　青等:基于ＤＬＧ数据生产高精度ＤＥＭ的技巧及其检查方法

２０５

量大、生产效率低、后期编辑修改不方便等诸多问题ꎮ

基于ＤＬＧ数据生产ＤＥＭ数据的基本流程为:首先将等高线离散化ꎬ利用离散化后的等高线数据构建ＴＩＮ网数据ꎬ在立体环境中对ＴＩＮ网数据进行编辑处理后ꎬ将提交数据成果ＴＩＮ网数据内插生成格网ꎬ流程如图１ＤＥＭ所示数据ꎮ

ꎬ然后进行精度检查ꎬ

图１　利用ＤＬＧ数据生产ＤＥＭ流程Ｆｉｇ.１　ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆＤＥＭｗｉｔｈＤＬＧ

２　基于ＤＬＧ数据生产ＤＥＭ过程中的作业

技巧

　的方法　利用等高线离散化得到的不规则点构建ꎬ由于未考虑等高线的约束关系ꎬ直接构建生成的ＴＩＮ网ＤＥＭ在地形较为平坦的地区ＴＩＮ网ＤＥＭ数据中存在三角形的边穿越等高线的情况ꎬ通常还会出现三角形的３个顶点ꎻ

位于同一等高线上ꎬ即平三角现象ꎮ同时ꎬ由等高线离散化后直接构建的ＴＩＮ网数据内节点数过多ꎬ导致数据量过大ꎮ因此ꎬ在实际生产作业过程中通常需要采用适当的作业技巧和方法ꎬ在保证ＤＥＭ数据精度的同时ꎬ减少数据量ꎬ从而提高整个生产的成果质量和作业效率ꎮ

化后１)ꎬ通过对得到的节点进行抽稀处理对等高线离散后的节点适当抽稀ꎬꎮ可减少数据量将等高线离散

ꎮ但随着抽稀力度的加大ꎬＤＥＭ数据的精度将随之降低ꎮ通过多次试验比较ꎬ分析论证ꎬ通常对于１∶１００００的ＤＥＭ数据成果ꎬ将离散后节点的间距保持在３０—５０ｍ之间ꎬ这样不仅可以极大地减少ＴＩＮ网内节点的个数ꎬ也可以保证ＴＩＮ网ＤＥＭ数据的精度ꎮ

数据中的高程点作为特征点导入２)引入特征点线文件ꎬ保证细部数据精度ＴＩＮ网ꎬ将ＤＬＧꎮ将数据中ＤＬＧ

的河流、冲沟、陡坎、乱掘地边缘线等自然地物以及后期采集的山脊线、山谷线、坡度变化线、鞍部特征线以断裂线形式导入ＴＩＮ网ꎬ不仅可以有效避免ＴＩＮ网中平三角现象、鞍部不显现等现象的出现ꎬ保证ＤＥＭ数据与ＤＬＧ数据的一致性ꎬ还可以极大地减少后期编辑工作量ꎬ提高作业效率ꎮ

产中通常要求对池塘３)特殊区域合理使用参考、水库等区域数据置平ＤＥＭ文件ꎮꎬＤＥＭ以保证数据生

ＤＥＭ

数据的逻辑合理性ꎮ因此ꎬ在格网ＤＥＭ编辑过程中可将ＤＬＧ形式ꎬ数据中的池塘生成参考ＤＥＭ、水库数据、海岸线等矢量数据以断裂线的ꎬ保证格网ＤＥＭ编辑时对这些区域逐个进行面置平处理ꎬ使得最终成果数据的逻辑合理ꎮ

３　ＤＥＭ数据的检查

对基于ＤＬＧ数据生产的ＤＥＭ成果ꎬ需要进行数据检查、精度分析ꎬ以确保成果数据达到精度要求ꎬ满足实际生产的需求ꎮ对ＤＥＭ数据的检查方法主要有３种:保密点检查法、剖面分析法、等高线回放法ꎮ

描述１)ＤＥＭ保密点检查法是指利用保密点高程值的中误差来

精度的方法ꎮ通常规定在立体模型上均匀选取至少３０个保密点(其中８个点分布于图幅边缘ꎬ其余点均匀分布于图幅内)ꎬ详细记录其位置和高程值ꎮ当保密点中误差达到或优于规定限差要求时ꎬ即认为ＤＥＭ数据

满足精度要求ꎮ保密点检查法由于简单易行ꎬ因而被广泛使用ꎮ但是这种方法的缺陷是采用不同数量、不同位置的保密点ꎬ所得到的精度统计结果不尽相同ꎬ而且仅用保密点检查对于单独畸变点难以发现ꎮ此外保密点的精度取决于空中三角测量精度以及检查人员的量测精度ꎬ因而这种方法具有一定的局限性ꎮ

任意方向２)剖面分析法是按一定的剖面)量测计算高程点和实际高程点的精度计算方(沿Ｘ方向、Ｙ方向或

法ꎮ可以用数学方法(如传递函数法)计算任意剖面的误差ꎬ也可以用实际剖面和内插剖面相比较的方法估算高程误差[５]上的精度ꎮ这种方法理论上可以分析ꎬ但在实际生产应用中难以操作ＤＥＭꎬ数据在任意断面因此较少采用ꎮ

得到等高线３)等高线回放法是指用生产的ꎬ同用于生产ＤＥＭ数据的ＤＥＭＤＬＧ数据内插反演

数据中的等高线进行叠加比较ꎬ进而全面评价ＤＥＭ的数据精度[６－７]

该方法可以查看ＤＥＭ与ＤＬＧ数据的整体套和情况ꎬ通常ꎮ

规定ＤＥＭ内插等高线与原始等高线的距离不得超过半个等高距ꎬ对于陡崖、陡坎等地形裂变处可以适当放宽要

求ꎮ等高线的差异实际就是ＤＥＭ精度误差的综合表现ꎬ原国家测绘局要求对于同时生产的ＤＥＭ数据和ＤＬＧ数据ꎬＤＥＭ数据必须用检查验收合格后的ＤＬＧ中的等高线数据进行回放检查ꎮ这种方法的缺陷在于对ＤＥＭ数据的数学精度难以量化ꎮ

通过多次试验分析ꎬ利用等高线回放法结合保密点检查法来检查ＤＥＭ成果ꎬ可以全面评价量化整体ＤＥＭ成果精度ꎬ且简单易行ꎮ首先利用等高线回放法对ＤＥＭ内插等高线与原始等高线对比分析ꎬ整体评价ＤＥＭ数据的精度ꎬ判断误差的分布和程度ꎬ对精度超限的区域标注记录并返回立体环境进行编辑修改ꎮ对利用等高线回放法检查合格的ＤＥＭ数据再用保密点检查法进行检查ꎬ认真详实记录每个保密点的误差值ꎬ统计中误差ꎬ进而量化整体ＤＥＭ数据的数学精度ꎮ图２所示为利用等高线回放法检查ＤＥＭ精度时的检查情况ꎬ其中细线为ＤＬＧ数据中的等高线ꎬ粗线为ＤＥＭ内插反演生成的等高线ꎬ圆圈表示该区域ＤＥＭ精度超限需返回立体环境编辑修改ꎮ通过保密点检查法与等高线回放法结合使用基本能够全面、合理地评价ＤＥＭ数据的整体精度ꎮ

(下转第２０９页)

第１０期

刘　勇等:露天开采资源量计算方法的比较分析

２０９

调整为５ｍꎬ提高计算精度ꎬ用５ｍ方格网法重新计算矿山开采资源量为４２.７２万ｍ３ꎬ以此数据作为矿山开采资源量准确参考值ꎮ

通过计算结果对比(见表２)ꎬ其中平行断面法计算误差最大ꎬＤＴＭ法计算误差最小ꎮ

表２　３种不同计算方法误差统计表

Ｔａｂ.２　Ｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｅｒｒｏｒｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ

计算方法平行断面法方格网法(２０ｍ×２０ｍ)计算结果３９.５８万ｍ３绝对误差－３.３４万ｍ３相对误差

７.８％

４１.１２万ｍ３－１.６万ｍ３３.７０％

ＤＴＭ法

准确参考值

４２.８２万ｍ３４２.７２万ｍ３０.１万ｍ３２.３０％

方格网间距ꎬ降低开采形成陡边坡、陡坎和深坑对方格网法计算土方量的影响ꎬ提高精度ꎮＤＴＭ法计算时ꎬ加密采集坡度变化特征点数据ꎬ用不规则三角网拟合和很好表现复杂地形ꎬ利用三棱柱体积累加计算露天开采资源量时ꎬＤＴＭ法精度优于断面法ꎮ

４　结束语

通过动态监测实例ꎬ分别采用断面法、方格网法和ＤＴＭ法对露天矿山开采资源量进行计算和对比分析ꎮ断面法适用于开采规模不大ꎬ形态简单、厚度稳定和开采位置集中的采区ꎮ方格网法和ＤＴＭ法适用于开采后形成陡边坡、陡坎和深坑复杂现状地形ꎬ但是需加密采集地形坡度变化大的特征点数据ꎮ

在计算露天开采矿山资源量时ꎬＤＴＭ法和方格网法精度优于断面法ꎮ通过增加剖面线数量、缩短剖面线间距、保障剖面面积准确性ꎬ提高断面法计算精度ꎮ加密测量地形特征点、特征线和地形数据ꎬ同时调整方格网边长ꎬ提高方格网法计算精度ꎮ加密采集地形和特征点数据ꎬ合理取舍计算边界及附近三角网ꎬ提高ＤＴＭ法计算精度ꎮ

影响平行断面法计算精度主要因素有:剖面线矿体面积准确度、剖面线密度和分布、剖面间距、矿体复杂程度和计算公式模型等因素ꎮ剖面线密度越大ꎬ精度越高ꎬ但工作量越大ꎮ剖面线矿体面积准确度受原始地貌和开采后现状测量精度和内业制图精度影响ꎬ开采后形成细微连续变化边坡、地形特征点在剖面图上未能全面体现ꎮ开采矿体越复杂、越分散ꎬ平行断面法内业工作量越大ꎬ越复杂ꎬ误差越大ꎮ

影响方格网法计算精度主要因素有:原始地形和现状地形数据采集精度ꎬ地形特征点和特征线综合取舍程度ꎬ测量点密度和方格网计算边长ꎮ

影响ＤＴＭ法计算精度主要因素有:原始地形和现状地形数据采集点的密度和精度ꎬ地形特征点和特征线综合取舍程度ꎬ对三角网的取舍ꎮ

在计算露天开采资源量时ꎬ断面法适用于形态简单、厚度稳定和开采位置集中的采区ꎬ计算方法简单ꎮ方格网法计算时ꎬ开采形成陡边坡、陡坎和深坑ꎬ单个方格网未能准确反映周边地形高程特征ꎬ会导致计算方量产生较大误差ꎮ采用地形特征线分割方格网ꎬ重新划分多个计算区域ꎬ然后累计各个区域土方量ꎬ降低地形起伏过大时方格网法计算误差ꎮ同时也可以采用加密测量ꎬ缩小(上接第２０５页)

参考文献:

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算方法探讨[Ｊ].新技术应用与实践ꎬ２０１８(２):１８７－１８８ꎬ１９１.

[３]　张鹏川ꎬ褚小东ꎬ曾建平ꎬ等.传统资源量计算方法在第

三类矿产中的应用与对比研究:以宁夏某建筑用石灰岩矿山为例[Ｊ].中国矿业ꎬ２０１７ꎬ２６(９):３３－３７ꎬ４１.

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[５]　张广发.等高线在矿山资源储量计算中的应用[Ｊ].矿山

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[编辑:张　曦]

一定的实用价值ꎮ

参考文献:

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检程序设计与实现[Ｊ].处于空间地理信息ꎬ２０１３ꎬ３６(１):１６８－１７０.

图２　利用等高线回放法检查ＤＥＭ数据情况

Ｆｉｇ.２　ＣｈｅｃｋｔｈｅＤＥＭａｃｃｕｒａｃｙｂｙｐｌａｙｂａｃｋｔｈｅｃｏｎｔｏｕｒｓ

４　结束语

本文总结分析了利用已有ＤＬＧ数据快速生产ＤＥＭ的流程以及生产过程中的作业技巧ꎬ在分析对比常用ＤＥＭ数据检查方法的基础上ꎬ结合实际生产作业要求ꎬ提出了可操作性强的ＤＥＭ数据精度检查方法ꎮ通过在国家基础测绘任务中的实际应用ꎬ本文介绍的方法技巧可有效地提高成果质量和生产效率ꎬ检查方法可操作性强ꎬ对大规模开展基于ＤＬＧ数据的ＤＥＭ成果快速生产ꎬ具有

[编辑:任亚茹]