基于ARCGIS的数字高程模型生成问题的探讨

基于ARCGIS的数字高程模型生成问题的探讨
王雪英[1]张傲[2]
（1 河南中化地质测绘院有限公司河南郑州 450011 2 太原理工大学矿业工程学院山西太原 030024）
【摘要】本文主要介绍了通过ArcGIS软件实现数字高程模型的最终生成。

提出了生成过程中常见问题的解决方法，并评定数字高程模型的精度，进行精度分析。

【关键词】DEM；不规则三角格网；ArcGIS
引言
数字高程模型是将三维的现实世界通过二维的平面展现在人们眼前的一种数学方法。

随着科学技术的发展，尤其是计算机科学技术的发展，数字高程模型的产生与应用领域都在不断扩展。

数字高程模型作为“数字中国”应用中一个重要分支，已在测绘、地理信息、地质、水文、农业、林业等众多领域发挥着越来越重要的作用[1]。

1 本文主要研究内容
（1）运用数据建立数字高程模型；
（2）对数字高程模型进行精度分析，确定数字高程模型的精度因子，同时提出相关解决方法；
2 技术流程图
选用ArcGIS 9.2作为平台创建数字高程模型。

3.1 EasyMap软件中图像处理
通过EasyMap软件对地形图进行矢量化，提取高程信息。

矢量化时要注意对图幅进行纠正。

地形图在绘制完毕后会受到环境等方面因素的干扰，发生变形问题。

如未对其进行纠正，矢量化后提取的信息就不准确，导致最终生成的高程模型出错。

在矢量化过程中一定要分层，这样可以保证数据的正确，同时也简化了后续的操作。

矢量化过程中通常避免使用全自动化的方式，因为自动矢量化过程中通常将一些线性信息提取错误。

这通常使用人机交互的方式进行矢量化。

图1 EasyMap软件提取出的等高线数据
Fig.1 contour data extracted from EasyMap software
3.2 AutoCAD软件中图像处理
矢量化过程中不可避免的会出现一些数据错误，将矢量化好的数据导入到AutoCAD软件中，对数据信息进行修复，同时完善各项属性信息，建立起正确的数字高程模型所必须的各项数据。

由于在GIS系统中数据只存在三种形式：点、线和面，所以需要在AutoCAD中将矢量化后的数据形式转换为上述的三种形式。

具体方法如下：
点：将各种点状符号删除，仅留下点并记录相应的属性。

同时还需要将展点展出来的圆删掉，否则，当数据转入GIS系统中时，点成为一个面，会造成GIS系统数据的冗余。

线：将各种线性符号删除，并记录其属性。

然后将矢量化后分散的原本在一起的线条连接起来，这样可以使数据转换变得简单同时也可以避免大量的数据冗余。

面：将各种面域填充起来并画出其边界线，组成一个闭合的线条。

若有的边界未闭合，则将其闭合，同时记录其属性。

图2 AutoCAD中等高线数据
Fig.2 contour data extracted from AutoCAD software
3.3 ArcToolbox转化数据
当AutoCAD中的数据全部成为GIS所要求的格式时，就可以通过ArcToolbox进行格式转换了。

使用该工具进行转换时一定要分层转换，这样可以避免属性各数据的混乱，同时也可以根据分层后的不同数据得到不同的处理结果。

在使用ArcToolbox时要注意将所有的过程全部设置成英文，以免在数据输入时发生加载错误。

使用该工具中的Conversion Tools命令中的To Shapefile，将AutoCAD 中的数据转换成为可被ArcGIS识别的.shp格式。

3.4 ArcMap中建立数字高程模型
首先用ArcGIS软件加载AutoCAD中的线数据图层，通过3DAnalyst工具中的Create TIN from features命令，将等高线数据生成不规则三角格网（如图3），然后再使用Convert命令，将生成的不规则三角格网转化为栅格，最后对栅格进行填充，生成数字高程模型（如图4）。

由于输入的数据较大，计算机处理起来较为吃力，可能会在短时间内对输入的数据没有任何的处理。

图3 生成不规则三角网
Fig.3 generation of the TIN
图4 DEM模型显示
Fig.4 display of DEM
4 对生成DEM的精度评定
4.1 执行规范
我国国家测绘局对1：1万数字高程模型生产技术规定（暂行本）对数字高程模型格网附近野外控制点的高程中误差要求见表1。

表1 1：1万DEM精度标准
Table.1 the standard accuracy of 1:10 thousand DEM
4.2 实验结果
由实验得到的DEM的精度并不是绝对的可靠，只能在一定的置信水平上接受这个精度评价，因此有必要对DEM进行精度的评定[ 2]。

通常我们以检查点作为真实地面，利用检查点同内插出的相应点之间高差来计算中误差，并用来评定数字高程模型的精度。

而DEM精度估计可能受相关人员的能力、计算机运算的精确度、评价DEM精度的检查点的特性等因素影响。

这里假设除点位因素外的其它各项因素绝对可靠，着重考虑因点位因素而引起的数字高程模型的精度问题。

实验所用检查点个数为60，获取方式为在生成的DEM中利用随机加点的方式添加新的点位。

因为已知地形图的边界范围，所以在加点时尽量避开集中加点，最好让所有的点平均分配在图上的各个部分。

这样得到的点不仅分散在试验区内，同时还是随机分布的，符合精度评定中对点的要求。

当确定好检查点后，对原始等高线进行放大，用量距工具确定检查点和相邻两等高线的距离比例，以此求出检查点的高程，这些工作均是由人工方法完成的。

从数字高程模型的精度要求来说，这样的线性内插完全合理，而且我们侧重于精度的比较，所以内插点的精度可以不作考虑。

下面的数据，包括检查点的坐标，、检查点的真实高程数据、检查点的模型高程数据以及两者之间的差值。

表2 检查点的坐标值和高程值
Table 2 coordinates and elevation values of checked points
中误差∑
=-
=
n
i
k k
DEM
Z
R
n
1
2
)
(
1
σ=2.4315
最终计算高程点中误差为 2.4315
=
DEM
σ，符合表1中国家规范对1：1万数字高程模型中山地一级的精度要求。

4.3 精度分析
地形图在进行图幅纠正时，所选控制点的中误差为0.732，符合控制点选点的误差范围要求。

而在对纠正后的图幅进行矢量化的过程中，严格控制跟踪路径，使得矢量化后得到的等高线基本符合原图等高线的走向，因此由此生成的等高线图层时正确的。

在用ArcGIS生成数字高程模型时，由于其采用的内插方法生成的数字高程模型符合国家规范中对生成数字高程模型软件的要求，所以该项误差也是允许的。

根据ley（1986）提出的%
10
)
(
))
(
(=
DH
SD
DH
SD
SD（其中DH表示利用检查点内插出的相应点之间的高差，SD表示计算出的标准偏差）的指标，本实验选择60个点作为检查点检验数字高程模型的精度是正确的。

在选点的过程中，由于是将点位平均分散在整个数字高程模型之中，所以在等高线密集和稀疏之处均有大量的点位分布，检查点的精度能够反映出数字高程模型的精度。

经上述方法计算出数字高程模型内插高程点的中误差 2.4315
=
DEM
σ，符合国家规范对1：1万数字高程模型中一级山地控制点高程中误差的误差范围要求。

所以该精度评定方法是可行的。

结语
数字高程模型的应用越来越广泛，如提取坡度、坡向与可视化分析等。

经过精度分析与评定得出，借助ArcGIS软件生成数字高程模型是一种方便准确的方法，也可以进行深入研究。

参考文献
[1] 刘宝玲.1：50000数字高程模型（DEM）生产中有关问题初探[J].东北测绘，2000，4（23）：43-46
[2] Liu, X., Z. Zhang, J. Peterson and S. Chandra. The Effect of LIDAR Data Density on DEM Accuracy,1993.1363-1369
The research on Generation of Digital Elevation Model Based on ArcGIS Abstract: This text mainly introduces the acquisition of DEM data by ArcGIS. It put forword some ways about the common questions in this process, then estimates the accuracy of the DEM and analyse it
Key words: Digital Elevation Model; Triangulated Irregular Network; ArcGIS
WANG Xueying (CHEM Henan geological surveying institute Co.,Ltd，Zhengzhou 450011，China)。