浅析生成高精度DEM的方法

浅析生成高精度DEM的方法
【摘要】本文通过淄河某段地形图的加工利用，生成DEM，阐述了将地形图加工生成DEM的详细过程。

对其中关键环节详细介绍，将常用的插值拟合方法进行分类，附加其适用范围，使得本文适用其他地貌特征的DEM建立。

【关键词】DEM，地形图，插值，拟合
一、引言
随着工程设计的发展，对地形数据的要求越来越详细，除了基本的地形图之外，由于某些复杂地形的工程量计算和对产品效果预测要求提高，DEM的需求逐渐增加,本文通过对现有的地形图和坐标数据编辑、插值，转化为TIN，进而得到DEM。

按照以下流程由淄河地形图生成DEM:
二、淄河下游基本情况
淄河下游某段河宽一般在200m-300m，由于上游水源不足，导致部分河段干涸，常年无水，河内采砂过度，部分河段较2004年河底高程下降4m，且取沙坑密集，取沙坑边缘多为直坎，其他为天然河口和河道内大车拉运沙石形成的道路，坡度较缓。

三、测量数据特征
1.前期测量阶段，采集1:1000地形图，部分复杂区域进行加密测量。

2.由于取沙坑过多，且面积不大，在坑底测量少量的坡脚点。

3.河口、河道内沟渠上口使用直坎或者斜坡表示，测量部分坡脚，并且在坡度变化处增加数据。

部分沟渠使用水面线代替坡脚。

如下图，为某段地形图。

四、测量数据加密
由于部分区域采用少量坡脚点，在生成TIN中因为数据量不足而造成生成的TIN不符合实际情况，故使用下述方法进行数据点加密：
.高程数据按照距离加权得出，即通过：求出高程值。

在该实验中采用检查点法。

检查点法既事先将检查点按格网或任意形式进行分布，对插值数据点进行检查。

将这些点处的内插高程和实际高程逐一比较得到各个点的误差,然后算出中误差（插值前删除图面部分高程点，插值过后将插值与原数据进行比较）。

假设检查点的高程为( k= 1,2,3,…,n)，插值点高程为，插值精度为σ=。

通过50个检查点检查，得出插值精度为30cm。

.过已知坡脚点做坎线的平行线，在平行线上按照上述距离加权加密坐标点。

如下图为加密前后比较：
加密前加密后
五、综合地形图生成TIN
通过测量采集和加密的的坐标数据，可以建立TIN，但是地形特征不够准确，使用地形图增加特征线，即利用地形图中陡坎、斜坡等线状特征。

如下图为考虑特征线后生成的TIN:
六、生成DEM
利用生成的TIN，根据地形特征,选择合适的插值拟合方法,本文选用三次B样条拟合法。

各种插值拟合方法的特点如下：
七、结论
利用本方法生成DEM，优点在于将传统的地形图再加工，并且对于实际测量的队伍来说，根据自身的测绘习惯，在后期加密地形图坐标点时，可以保证很高的精度，以下左图（图1）是未进行坐标点加密，右图（图2）是对地形图加密后生成的带有等高线的对比，可以看出：未进行加密的测量图由于高程信息
不符合实际，不能直接用于生成DEM。

而进行加密之后的地形图，生成的等高线和实际情况相符。

图1 图2
由地形图生成DEM，关键点在于选择地形图三维坐标点的加密方法和TIN拟合生成DEM的插值拟合方法，必须根据实地的特点选择合适的拟合方法。

在实际的工作中，对测量的地形图进行稍加编辑，便可以生成精度很高的DEM，进而可以方便的提取断面，计算土方、库容等，随着DEM功能的开发利用，由地形图生成DEM将随之体现其在测绘、设计工作的实用价值。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。