4D產品在地理國（?。┣楸O測中的應用探討

白 穆， 薛 明

（1.國家測繪地理信息局 陜西基礎地理信息中心，陜西 西安710054）

4D產品在地理國（?。┣楸O測中的應用探討

白 穆1， 薛 明1

（1.國家測繪地理信息局 陜西基礎地理信息中心，陜西 西安710054）

分析了4D產品的數據特性，介紹了陜西省地理國（?。┣楸O測試點工作使用的4D產品，并詳細說明了利用4D產品提取地理國（?。┣楸O測信息的技術途徑。通過試點工作，總結出4D產品是地理國（?。┣楸O測數據生產的基礎數據，并就4D產品使用中存在的問題進行了闡述。

地理國（省）情監測；省情；4D產品；陜西；試點

2011年3月，陜西省人民政府與國家測繪地理信息局在北京簽署合作開展地理國（省）情監測試點工作的協議書，陜西省成為地理國（?。┣楸O測工作的首個試點省份。4D產品是試點工作采用的主要數據源，包括1∶10 000和1∶50 000比例尺的數字線劃圖和數字高程模型、1 m和2．5 m空間分辨率的數字正射影像圖、早期的數字柵格地圖等多種基礎地理信息成果。

本文首先介紹了數字線劃圖、數字高程模型、數字正射影像圖和數字柵格地圖等4D產品的內容和規格，再結合陜西省地理國（省）情監測試點工作，探討4D產品在地理國（?。┣楸O測中的應用特點，對今后利用4D產品進行地理國（?。┣楸O測提供技術借鑒。

1 4D產品分析

數字線劃圖、數字高程模型、數字正射影像圖和數字柵格地圖，即通常所說的4D產品（DLG、DEM、DOM和DRG）。

數字線劃圖是以矢量數據形式表達地形要素的地理信息數據集[1,2]，包括了水系、地貌、居民地、交通網、境界和土質與植被等自然地理和社會經濟要素，這些要素主要由以矢量結構描述的帶有拓撲關系的空間信息以及以關系結構描述的屬性信息所組成。數字線劃圖包含的自然社會經濟要素具有以下特征：①與人類活動和軍事應用有密切關系，要素可用于方位判定，例如土質和植被可用于部隊的通行能力判斷，水系可用于軍事上的防守和進攻以及空中和地面判定方位[3,4]；②幾何形狀由點、線和面組成，并具有明確的拓撲關系；③要素的屬性表在數據字典中有詳細的定義；④自然社會經濟要素的詳細程度與比例尺有較大關系,包括表現方式和要素選擇兩個方面，例如居民地在大比例尺圖上可表示居民地建筑物的質量特征，在中小比例尺圖上采用輪廓圖或圈狀符號表示[4]，在大于1∶100 000的圖上表示的人行橋在小于1∶100 000的圖上不再表示[5]；⑤不同要素的采集指標是有差異的，在不同的地域依據要素的重要性和分布特征，要素綜合取舍的程度也不同，例如水中灘的最小圖上面積是10 mm2，池塘的最小圖上面積是2～4 mm2，而缺水地區圖上面積小于2 mm2的池塘可擴大到2 mm2表示[6]。

數字高程模型是在一定范圍內通過規則格網點描述地面高程信息的數據集，用于反映區域地貌形態的空間分布[7]。數字高程模型按照比例尺的差異，其規則格網的尺寸也不一致。例如1∶10 000數字高程模型的規則格網尺寸為5 m，1∶50 000數字高程模型的規則格網尺寸為25 m。

數字正射影像圖是將地表航空航天影像經垂直投影而生成的影像數據集[8]。數字正射影像圖可用于數字線劃圖的數據生產，不同的比例尺對數字正射影像圖的地面分辨率有要求。同時，數字正射影像圖的色彩模式分為全色和彩色兩種形式，目前彩色數字正射影像圖多以真彩色為主。

數字柵格地圖是以柵格數據形式表達地形要素的地理信息數據集[2]。目前主要的數字柵格地圖是由模擬地圖進掃描、幾何糾正及色彩歸化等處理后形成。

2 4D產品在地理國（?。┣楸O測中的應用

2.1 4D產品使用情況

陜西省現有覆蓋全省的1∶50 000基礎地理信息成果和覆蓋全省約70%區域的1∶10 000 基礎地理信息成果，均為“十五”和“十一五”期間生產和更新的成果，包括數字線劃圖、數字正射影像圖和數字高程模型等。同時，測繪資料檔案部門還存有20世紀60年代以來各個時期的紙質地形圖、航空影像和數字柵格地圖。這些資料和數據準確反映了不同歷史時期陜西省境內自然地理環境和基礎設施建設等方面的信息，是歷史地理國（?。┣樾畔⑻崛〉闹匾獢祿础?/p>

2.2 地理國（?。┣樾畔⑻崛》椒ǚ治?/p>

陜西省地理國（省）情信息包括基本地理省情信息和專題地理省情信息[9]。陜西省基本地理省情信息可以概括為地理位置、地形地貌、境界信息、水系流域和地理統計分析等方面內容。使用4D產品的專題地理省情信息包括地表覆蓋變化監測、城鎮化進程監測、水資源保護和治理監測等方面內容。

陜西省地理國（省）情信息主要從4D產品中通過直接提取、GIS分析以及輔助解譯兩種途徑獲得。

2.2.1 直接提取途徑

直接提取的陜西省地理國（?。┣樾畔ⅲ?D產品中的基礎地理信息要素[5]均可通過屬性選擇或地圖矢量化技術，提取成為地理國（?。┣樾畔?。

例如，陜西省基本地理省情成果中的陜西省主要山峰地理位置信息和境界信息均來自于1∶50 000 DLG數據；水資源保護和治理監測的大中型水庫成果同樣采用1∶50 000 DLG的水系數據，利用GB字段獲得水庫圖斑，選擇面積超過0．01 km2的水庫監測成果；地表覆蓋變化監測中的多期紅堿淖變化監測包含了從20世紀70年代至2011年的7次監測，早期紅堿淖水域范圍監測的數據源均來自于存檔DRG數據和1∶50 000 DLG數據。

2.2.2 GIS分析和輔助解譯途徑

GIS分析和輔助解譯是陜西省地理國（?。┣樾畔⑻崛〉闹饕夹g手段。利用GIS的空間分析功能從4D產品中可以派生出諸多反映區域地理特征的地理國（?。┣樾畔ⅲ煌瑫r，在以遙感數據為主要數據源的地理國（?。┣樾畔祿a過程中，4D產品可充分發揮先驗知識和地形輔助解譯的作用，用于輔助地理國（?。┣樾畔⑻崛　?/p>

在地形地貌方面，主要包括了陜西省地貌分類及面積，陜北、關中、陜南自然區域界線及面積，陜西省黃土塬面分布及面積，各級行政區域的最高、最低點海拔和位置，海拔分段及各分段面積、平均海拔、坡度分段及各分段面積、平均坡度等，采用1∶50 000DEM和1∶50 000DLG數據。分別從等高線、高程點和DEM數據中，獲取各縣的最高、最低高程，比較分析后獲得各市的最高、最低高程。將行政區域矢量數據柵格化，與高程分級和坡度分級柵格圖疊加，統計行政區域內高程和坡度的分級值和柵格數據，計算行政區域內各高程段和坡度段面積。按照行政區域分別劃分DEM和坡度圖，并逐格網遍歷，再分別用高程累積值和坡度累積值除以有效格網總數，獲得各行政區域的平均高程和平均坡度。依照坡度、高程和起伏度指標，將陜西省全區域劃分為風沙過渡區、黃土高原區、關中平原區、秦嶺山地區、漢江盆地區和大巴山地區6個地貌類型區域。在水系流域方面，根據GIS中的水文分析模型，采用DEM和DLG數據，劃分長江水系和黃河水系分水嶺，再將關中平原區和黃土高原地貌界線與洛河和涇河流域分界線進行疊加，形成陜北、關中和陜南地理分界線。采用陜西省1∶10 000DEM數據作為主要數據源，輔助2．5 m分辨率遙感影像數據，利用坡度差和地貌分區界線提取陜西省黃土塬面信息。

在專題地理省情信息方面，4D產品主要參與輔助解譯。例如，在城鎮化進程監測方面，主要提取陜西省重點鎮、縣和地級市等主城區在不同時期的范圍信息，對其面積、擴展方向和城市重心等信息在近10 a的變化進行監測，采用1∶10 000 DLG、1∶50 000DLG、1 m分辨率DOM、2．5 m分辨率DOM為基礎數據源，參考基礎測繪居民地內業提取的相關技術指標，利用高分辨率衛星影像確定城市主城區范圍，分別獲取陜西省地市級、縣級和鄉鎮級的城市主城區空間分布，分別形成本底數據和監測數據；在地表覆蓋變化監測方面，主要提取榆林北六縣的地表覆蓋類型變化信息和地表覆蓋二級分類試驗，榆林北六縣地表覆蓋類型變化監測采用1∶10 000DLG、1∶50 000DLG數據中的居民地和道路信息輔助衛星影像數據的信息提取，地表覆蓋二級分類試驗采用1∶50 000DLG數據中相關的居民地、道路、水系等要素，利用這些要素信息作為先驗知識用于面向對象分類規則的建立，可有效減少“同譜異物”和“同物異譜”的錯分現象。

3 結 語

本文深入剖析了4D產品的數據特性，在此基礎上介紹了地理國（?。┣楸O測陜西試點工作中利用4D產品提取地理國（?。┣樾畔⒌募夹g途徑，主要結論有以下2個方面：

1）4D產品是地理國（省）情信息數據生產的重要基礎數據。DLG數據包含了大量的基礎地理信息要素，可直接提取成為地理國（?。┣樾畔祿?。GIS分析和輔助解譯可應用于地理國（省）情信息數據生產。DEM數據是地貌劃分、地形特征描述的重要基礎數據，在基本地理國（?。┣樾畔⑻崛?、地表覆蓋變化監測中都發揮了重要作用。DOM一般用于比例尺1∶50 000、1∶10 000和1∶5 000地形圖編制的主要數據源，具有高空間分辨率、重復更新和質量可控的特點，是地理國情專題監測信息人工解譯的重要數據源。DRG是地理國（省）情監測歷史信息提取的重要基礎。

2）4D產品的數據特性決定了在地理國（?。┣樾畔祿a中存在一定的局限性。首先，由于DLG數據存在制圖綜合，導致在不同地域同一地理要素的詳細程度有所差別，而地理國（省）情監測對同一地理要素成果的精度指標一致，在統計分析中才具有更高的數據可比性；其次，目前DOM數據主要采用黑白和真彩色色彩模式，往往近紅外波段不參與DOM的波段組合，致使影像的光譜信息大為減少，特別是區分植被類型方面有很大的限制；DOM的另外一個局限性在于數據勻色處理操作時，影像數據勻色后，光譜信息會發生改變，不利于光譜信息參與影像數據的信息提取。

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[9] 謝露蓉．對陜西省地理國（省）情監測的思考與實踐[J]．測繪標準化,2012,28(2):5-8

P208

B

1672-4623（2014）05-0007-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2014.05.003

白穆，工程師，主要從事地理國（省）情監測項目實施和研究工作。

2013-11-08。

項目來源：國家測繪地理信息局科技發展計劃資助項目（2011-03）；地理空間信息工程國家測繪地理信息局重點實驗室經費資助項目（201212）。