利用地形图生产DEM 数据的研究.doc

利用地形图生产DEM数据的研究余鹏刘丽芬(国家基础地理信息中心100044)【摘要】数字高程模型在生产中的应用越来越广泛，本文对比了航摄法与用地形图生产DEM方法的优缺点，提出了一种用地形图生产DEM数据的一般方法。对生产过程中几个重要的技术问题进行了探讨：数据精度问题、采样间距问题、质量检查问题等。一、研究意义数字地面高程模型(Digital Elevation Models)简称DEM，是一种用X、Y、Z坐标表达地表形态的数字形式，在生产中具有很高的利用价值。首先，它能够反映区域内的地形条件，为各用图部门提供地形基础；其次，用它制作沙盘，具有快速、简便、精确的优点，可用于军事指挥和模型演示；它能够用于农业部门的农田水利规划；能用于水利部门的洪水淹没损失估算及水利建设的土方量计算；能用于交通、建筑等各建设部门的选址、规划；能用于通讯部门信号覆盖范围的规划与计算；能用于地质、勘探部门地形的分析；能用于各旅游景点的规划及土地资源调查等。可以说DEM数据具有广泛的应用潜力。由于DEM数据具有广泛的使用价值，国外将DEM数据的提供作为其基本的服务项目之一。国家测绘局自从开始研制各种基本比例尺的数字地图产品以后，也开始了各种比例尺DEM数据的研制工作。笔者在对外提供DEM数据的基础上，摸索了一套DEM数据生产的方法，该方法对用地形图大面积生产DEM数据将提供一定的经验。二、生产过程http;/测绘信息网1. 两种生产方法的对比生产DEM数据一般有两种方法。一种是用航摄法，另一种是用地形图生产DEM数据的方法。采用航摄法即利用两相邻像对，在全数字自动摄影测量系统的支持下，通过输入地面控制点，经过相对定向和绝对定向及影像自动相关匹配，生成DEM数据。采用该方法进行生产，相对来说资料的时效性较好，如果与地面控制点进行配合，往往能达到很高的数据精度。但是该方法也存在许多问题：首先，原始资料的成本太高。如果研究地区有航片，可以购买航片，如果没有航片，临时航飞代价太高。其次，对软硬件要求较高。也有用卫片来生产DEM数据的，如利用法国的SPOT影像或俄罗斯的SPIN2影像等。其生产原理与航摄法类似，因为都是采用栅格数据进行处理，所以都存在用航摄法生产所带来的困难。用地形图生产DEM数据，具有如下优点：第一，地形图相对较为便宜，也容易得到。地形图上的等高线含有丰富的高程信息，利用这些高程信息生产DEM数据，可以极大地发挥地形图的作用，而地表的地形变化一般来说都是比较小的。其次，当前国内的数字化软件已相当便宜，普通的微机就可以运行，对软硬件的要求较低。第三，地形数据以矢量形式存储、运算，减少了昂贵的内外存开销。第四，可以批量生产。2. 生产过程http;/测绘信息网DEM数据的生产包括如下几个过程：(1) 数字化栅格底图的生成该过程包括如下几个步骤： 地形图的扫描：即对购买来的地形图或二底图通过扫描仪扫描，以获得数字化栅格底图； 对栅格底图进行纠正，以消除纸张变形所带来的误差。(2) 高程信息的获取高程信息的获取，就是在栅格底图上进行数字化，以获取生成DEM所必须的高程信息，它包括如下几个步骤： 对等高线进行屏幕跟踪矢量化； 对等高线标赋高程值； 对离散高程点进行屏幕矢量化； 对高程点标赋高程；最后，对这些矢量化产品进行编辑、检查、拼接以生成拓扑关系完整的矢量图。(3) DEM生成 将生成的矢量图在ARC/INFO软件中利用不规则三角网(TIN)进行内插，以使整个研究区域都含有高程值； 将TIN数据进行采样，转换为GRID数据(lattice格式)，对数据进行进一步检查； 将生成好的GRID数据转成DEM数据(USGS格式)。三、几个重要问题的探讨1. 数据精度问题http;/测绘信息网对DEM数据而言，数据精度包括平面位置精度和垂直高程精度。国内对DEM数据生产的精度要求还未见有关文档，美国地质调查局(USGS)在制定的DEM数据标准中要求RMSE不允许超过1/3等高距，最大误差不超过2/3等高距。在DEM数据生产过程中，考虑到误差的传播性，在生产的每一步都要尽量减少误差。用地形图生产DEM的精度问题包括如下几个方面：(1) 地形图扫描误差：该误差主要影响地形的平面精度，从而进一步影响DEM数据的高程精度。扫描误差主要来源于纸张变形。由于这种误差是一种不依比例的不规则变形，因此，在栅格数据生成后，要对栅格图进行纠正，以消除这种变形误差。(2) 屏幕数字化过程中所产生的数字化误差：该误差也主要是影响地形的平面精度。但是该误差产生又有几个原因：第一，地形图的复杂程度；第二，地形图的清晰程度；第三，屏幕数字化人员的操作熟练程度。如果地形图质量不太好，或者扫描参数不太好，都会使地形图上的等高线产生“粘连”，影响地形图数字化的质量。(3) TIN内插过程中所产生的误差：从矢量图开始转换到TIN，由于考虑到数据量问题，必然对数据有所取舍，这种转换过程就会造成信息损失。这种损失将会造成数据高程精度的误差。(4) 采样间距对数据误差的影响：生成的TIN数据还必须经过采样，转换为一定采样间距的DEM数据。由于DEM数据是以采样间距大小的Cell来表示区域的高程，这个转换过程中也会产生数据损失，从而严重影响数据高程精度。http;/测绘信息网2. 格网间距问题格网间距除影响数据精度外，对地貌形态的反映也比较敏感。在不同的地貌形态下，为保持相同的数据精度，宜采用不同的格网间距。但是，格网间距与地貌形态之间的关系问题一直没有得到很好的解决。笔者对用15万地形图生产DEM数据进行了研究，地貌类型包括高山、中山、低山以及喀斯特和黄土地貌。研究方法包括高程采样分析、坡度分析、等高线反演以及存储量计算等。通过对比、统计，我们认为用15万地形图生产DEM数据，在喀斯特地貌、中山地貌、黄土地貌等相对高差不大，地形切割并不显著的地区，用2530 m格网间距可以很好的保留地形信息，且数据量不大；而高山地区，最好使用20 m格网间距，否则将损失很多地形信息；而低山地区可以考虑用50 m格网间距。很显然，采样格网大小与使用DEM数据的应用要求有很大关系。格网间距的确定应该与应用紧密挂钩。3. 数据质量及检查http;/测绘信息网传统的DEM数据检查方法，主要是抽样。但是抽样方法有两个弊端：第一，采点的工作量太大；其次，必须有精确的定位点高程数据。我们在生产过程中发现，数据质量问题主要出现在矢量数据的形成时期，最重要的是要把好矢量数据的质量关。我们首先要对生产出的矢量数据(等高线和离散高程点)进行回放检查。不同高程的等高线用不同的颜色表示，以检查等高线的高程值标赋是否正确。如果高程标赋有错，回放出来的等高线颜色没有规律，就必须重新标赋等高线高程。在这一阶段也可发现等高线数字化时等高线错位的情况，并可通过编辑矢量图加以解决。数据质量检查的第二阶段检查是在生成DEM数据之后，主要是从整体趋势观察数据是否符合地势起伏变化的规律。这要绘制研究地区的灰阶图、分层设色图和晕渲图。从灰阶图和分层设色图上通过观察灰阶或颜色变化是否均匀，以确定等高线或高程点高程值标赋是否正确；其次我们还要进一步生成晕渲图，晕渲图能够立体反映地形的起伏变化，便于更加直观的发现数据中存在的问题。数据检查的最后一步，我们要将DEM数据反演生成等高线。将喷绘出来的等高线与原始地形图等高线进行对比，以确定哪些地区等高线标赋有错，从而加以改正。这种从原始图来又回到原始图的方法，我们可以作为最终数据检查的标准。四、实例http;/测绘信息网采用以上DEM数据生产的思路，我们用110万地形图生产了浙江等省、市地区的DEM数字产品。我们发现用这种方式生产出来的DEM数据成本低廉、生产周期短，具有较高的实用价值。如下是我们用生产出的浙江省杭州地区的DEM数据绘制的晕渲图(见图1)。图1浙江省杭州地区晕渲图五、结束语http;/测绘信息网通过长时间的实际工作，我们在实践中摸索出了一套用地形图生产DEM数据的方法，并对该方法在生产上所存在的许多技术难点进行了深入的研究，为DEM数据的批量生产提供了借鉴。但也应该看到，当前我国对DEM数据的生产还处于试验论证阶段，还有许多问题值得我们去研究，特别是对DEM数据的生产标准研究得不够。我们期待着我国基础DEM数据研制成功，在生产中发挥越来越大的作用。参考文献1 USGS,Digital Cartographic Data StandardsDigital Elevation Models,19872 黄幼才、刘文保等.GIS空间数据误差分析和处理.武汉：中国地质大学出版社，1995年我的大学爱情观1、什么是大学爱情：大学是一个相对宽松，时间自由，自己支配的环境，也正因为这样，培植爱情之花最肥沃的土地。大学生恋爱一直是大学校园的热门话题，恋爱和学业也就自然成为了大学生在校期间面对的两个主要问题。恋爱关系处理得好、正确，健康，可以成为学习和事业的催化剂，使人学习努力、成绩上升；恋爱关系处理的不当，不健康，可能分散精力、浪费时间、情绪波动、成绩下降。因此，大学生的恋爱观必须树立在健康之上，并且树立正确的恋爱观是十分有必要的。因此我从下面几方面谈谈自己的对大学爱情观。2、什么是健康的爱情：1) 尊重对方，不显示对爱情的占有欲，不把爱情放第一位，不痴情过分；2) 理解对方，互相关心，互相支持，互相鼓励，并以对方的幸福为自己的满足; 3) 是彼此独立的前提下结合；3、什么是不健康的爱情：1)盲目的约会，忽视了学业;2)过于痴情，一味地要求对方表露爱的情怀，这种爱情常有病态的夸张;3)缺乏体贴怜爱之心，只表现自己强烈的占有欲;4)偏重于外表的追求;4、大学生处理两人的在爱情观需要三思：1. 不影响学习：大学恋爱可以说是一种必要的经历，学习是大学的基本和主要任务，这两者之间有错综复杂的关系，有的学生因为爱情，过分的忽视了学习，把感情放在第一位；学习的时候就认真的去学，不要去想爱情中的事，谈恋爱的时候用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。2. 有足够的精力：大学生活，说忙也会很忙，但说轻松也是相对会轻松的！大学生恋爱必须合理安排自身的精力，忙于学习的同时不能因为感情的事情分心，不能在学习期间，放弃学习而去谈感情，把握合理的精力，分配好学习和感情。3、 有合理的时间；大学时间可以分为学习和生活时间，合理把握好学习时间和生活时间的“度”很重要；学习的时候，不能分配学习时间去安排两人的在一起的事情，应该以学习为第一；生活时间，两人可以相互谈谈恋爱，用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。5、大学生对爱情需要认识与理解，主要涉及到以下几个方面：（一） 明确学生的主要任务“放弃时间的人，时间也会放弃他。”大学时代是吸纳知识、增长才干的时期。作为当代大学生，要认识到现在的任务是学习学习做人、学习知识、学习为人民服务的本领。在校大学生要集中精力，投入到学习和社会实践中，而不是因把过多的精力、时间用于谈情说爱浪费宝贵的青春年华。因此，明确自己的目标，规划自己的学习道路，合理分配好学习和恋爱的地位。（二） 树林正确的恋爱观提倡志同道合、有默契、相互喜欢的爱情：在恋人的选择上最重要的条件应该是志同道合，思想品德、事业理想和生活情趣等大体一致。摆正爱情与学习、事业的关系：大学生应该把学习、事业放在首位，摆正爱情与学习、事业的关系，不能把宝贵的大学时间，锻炼自身的时间都用于谈情说有爱而放松了学习。 相互理解、相互信任，是一份责任和奉献。爱情是奉献而不时索取，是拥有而不是占有。身边的人与事时刻为我们敲响警钟，不再让悲剧重演。生命只有一次，不会重来，大学生一定要树立正确的爱情观。（三） 发展健康的恋爱行为 在当今大学校园，情侣成双入对已司空见惯。抑制大学生恋爱是不实际的，大学生一定要发展健康的恋爱行为。与恋人多谈谈学习与工作，把恋爱行为限制在社会规范内，不致越轨，要使爱情沿着健康的道路发展。正如马克思所说：“在我看来，真正的爱情是表现在恋人对他的偶像采取含蓄、谦恭甚至羞涩的态度，而绝不是表现在随意流露热情和过早的亲昵。”（四） 爱情不是一件跟风的事儿。很多大学生的爱情实际上是跟风的结果，是看到别人有了爱情，看到别人幸福的样子（注意，只是看上去很美），产生了羊群心理，也就花了大把的时间和精力去寻找爱情（五） 距离才是保持爱情之花常开不败的法宝。爱情到底需要花多少时间，这是一个很大的问题。有的大学生爱情失败，不是因为男女双方在一起的时间太少，而是因为他们在一起的时间太多。相反，很多大学生恋爱成功，不是因为男女双方在一起的时间太少，而是因为他们准确地把握了在一起的时间的多少程度。（六） 爱情不是自我封闭的二人世界。很多人过分的活在两人世界，对身边的同学，身边好友渐渐的失去联系，失去了对话，生活中只有彼此两人；班级活动也不参加，社外活动也不参加，每天除了对方还是对方，这样不利于大学生健康发展，不仅影响学习，影响了自身交际和合作能力。总结：男女之间面对恋爱，首先要摆正好自己的心态，树立自尊、自爱、自强、自重应有的品格，千万不要盲目地追求爱，也不宜过急追求爱，要分清自己的条件是否成熟。要树立正确的恋爱观，明确大学的目的，以学习为第一；规划好大学计划，在不影响学习的条件下，要对恋爱认真，专一，相互鼓励，相互学习，共同进步；认真对待恋爱观，做健康的恋爱；总之，我们大学生要树立正确的恋爱观念，让大学的爱情成为青春记忆里最美的风景，而不是终身的遗憾！