基于ARCGIS數字高程模型（DEM）質量控制的方法與技巧

陳翠嬋 黃國森 鐘靜

摘要：本文以廣東省1：1萬DEM數字高程模型整合項目的質量控制為例，探討了在質量控制過程中如何利用有效的檢查方法和工具對數字高程模型（DEM）進行檢查，提高工作效率，闡述了基于ARCGIS數字高程模型（DEM）質量控制的一些方法與技巧。

關鍵詞：1：1萬數據整合 DEM ArcGIS

0 引言

數字高程模型（Digital Elevation Model DEM）是“4D”產品的一種，它是一定區域范圍內對于地球表面地形地貌的一種離散數字表達。近年來，隨著數字中國地理空間框架建設的加速推進，全國各省、市、自治區測繪部門的1：1萬基礎地理信息數據庫建設發展迅速，覆蓋范圍不斷擴大。為滿足地理信息應用服務、地理國情監測普查、地理信息公共服務平臺建設、多級基礎地理信息數據快速聯動更新等需要，建立了一套基礎地理信息數據更新機制，綜合利用各種來源的現勢資料，包括最新的航空影像、最新的數字高程模型（DEM）數據、高分辨率衛星遙感影像、最新的行政勘界資料、最新的地面實測數據等，形成符合國家標準的全國橫向統一、縱向銜接的基礎地理信息數據庫，建成優化升級版的廣東省1：1萬基礎地理信息數據庫管理系統和服務系統，最終為滿足廣東省1：1萬數據庫動態更新、快速制圖、多尺度數據聯動更新與集成應用服務的需要提供了數據。

因此數字高程模型（DEM）數據的質量控制顯得尤為重要，由于全省數據源比較復雜，質量的控制難度很大，迫使在質量控制方面探討更有效的檢查方法和技巧，以便提高質量控制的效率。

1 DEM質量控制方法研究的背景

1.1 影響DEM精度的主要因素及誤差來源

影響DEM精度的因素多種多樣，其中DEM原始數據的質量是最主要的因素，自基礎庫建成全省第一代1：10000 DEM數據后，廣東省分區域持續開展了1：10000 DEM數據更新工作，緊跟1：10000 DLG框架要素和全要素數據更新進度，1：10000 DEM數據的現勢性與1：10000 DLG 框架要素和全要素數據的現勢性基本一致。 但由于廣東省經濟發展速度快，地形地物變化多，現有1：10000 DEM數據與2013年最新更新的核心要素數據現勢性差異比較大，特別是與道路等特征線符合不好，此外，1：10000 DEM各測區更新時間不同，新舊測區之間存在部分圖幅數據成果不接邊等問題。

1.2 DEM數據源數據與設計規范要求差異的分析

廣東省1：10000 DEM 數據的規格與國家《總體方案》和《生產技術規定》要求對比分析。

①數學基礎：采用統一的數學基礎，平面坐標系統為1980西安坐標系，高斯-克呂格投影，3°分帶，高程系統采用1985國家高程基準。其中，廣東省數據平面坐標系統與國家《總體方案》和《生產技術規定》要求的CGCS2000平面坐標系統不一致。

②格網間距全省統一為5米，與國家要求一致。

③廣東省數據格網起止點坐標按測繪行業標準《基礎地理信息數字產品1：10000 1：50000數字高程模型》計算，與國家《總體方案》的要求和1：50000DEM銜接存在差異。

2 DEM整合技術路線及質量控制流程

DEM整合技術路線：利用ArcGIS軟件，選取目前各區域現勢性最好的1：1萬DEM數據源，按不同的投影分帶，以分塊的方式組織數據源，采用七參數法或改正數修正的方法進行坐標系統轉換，轉換過程中采用雙線性內插方法進行格網點高程值內插和格網起算點修改，分塊轉換完成后按照國家《總體方案》要求進行分塊拼接和分幅裁切，DEM整合處理方法與總體思路如圖1所示：

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圖1 DEM數據整合技術路線及質量控制流程圖

3 基于ARCGIS 數字高程模型DEM質量控制方法

①利用ARCGIS軟件進行自動檢查，檢查空間數據的圖形與屬性、圖形與圖形、屬性與屬性之間存在有一定的邏輯關系和規律，檢查和發現數據中存在的錯誤。

②半自動檢查（人機交互檢查）。DEM數據質量控制的過程中程序自動檢查的手段不能完全確定其正確與否，但程序檢查能將有疑點的地方搜索出來，縮小范圍或精確定位，再采用人機交互檢查方法，由目視檢查判斷數據的正確性。

③目視檢查。通過人工檢查核對影像、數據表格等，從而判斷檢查內容的正確性。

4 基于ARCGIS 數字高程模型DEM質量控制內容與技巧

4.1 基于ARCGIS軟件對數字高程模型（DEM）質量控制的內容

利用ARCGIS軟件對數字高程模型（DEM）質量控制的內容有DEM原始的數學基礎、DEM數據起始點坐標的正確性、DEM原始數據的質量、高程值有效范圍區是否正確、DEM的內插模型、DEM數據的接邊、高程異常值包括高程值突變值。

4.2 基于ARCGIS軟件對數字高程模型（DEM）質量控制的技巧

針對數字高程模型（DEM）的質量控制的內容與數據源的復雜性，為了提高質量控制的效率，在工作中積累

了一些經驗，通過實踐與對比找出最佳的檢查方案與技巧。

4.3 數字高程模型（DEM）接邊及圖廓點坐標的質量控制的技巧

數字高程模型（DEM）數據的接邊及標準圖幅圖廓點坐標的質量控制，一般采用程序自動批量處理，利用ARCGIS軟件柵格接邊，同名點交叉批量檢查所有圖幅，對于高程出錯的和接邊有誤差的程序檢查出的問題會建立以后綴為*.REP的文本文件。利用程序的自動檢查處理，若檢查圖幅數量多，可以利用計算機后臺自動處理。

4.4 數字高程模型（DEM）數據的質量控制的技巧

DEM數據的質量控制很重要，目視檢查是質量控制其中必要的手段之一，如根據地形或者影像判斷出來的高程突變值，是否同高的魚塘水庫的高程值，都需要目視檢查，如何判讀高程值的合理程度，則需要參照影像數據及DLG數據再疊合等高線來判斷DEM是否正確。首先利用ARCGIS軟件把64幅1：1萬DEM圖拼成10萬大幅，生成曲線進行檢查，可以直觀檢查DEM的突變值，不合理的DEM值。以下是生成等高線的方法及步驟：

由于源數據無數值或圖幅不滿幅產生-99999和-10000數值參會影響曲線的生成，因此生成曲線之前需刪除原數據DEM中-99999值。 DEM生成曲線的方法：打開ArcGIS——ArcToolbox——Spatial Analyst 工具——表面分析——等值線。

根據等高線的套合差來進行質量的控制，利用DEM生成曲線比較直觀，高程的驟變值和不合理只有通過目視檢查，對1萬標準幅檢查來說，以10萬大幅為單位可以減少曲線生成的圖幅數量，可以更快更準地發現問題，提高檢查的效率。高程的驟變值是區域內高程值突變，形成與周圍高程值的差值很大。對此過程中的質量監控更能保證下工序的順利進行，作業過程中發現問題得到及時處理可避免反復的數據轉換工作。如對高程驟變的處理方法為：確定其所在的相鄰圖幅，對與影像套合較差的圖幅，參考DLG及影像進行DEM編輯，使其邏輯合理化。對于精度不能滿足規范要求的區域，作為DEM高程推測區處理。

4.5 數字高程模型（DEM）標準圖幅圖廓坐標的質量控制技巧

標準圖幅數字高程模型（DEM）數據的裁切： 批量數據由1980西安坐標系數據轉換為2000國家大地坐標系后，利用Geoway軟件生成2000國家大地坐標系1：1萬 DLG標準分幅圖框，導入ArcGIS，按照1：1萬 DEM數據格網起止點坐標公式，轉換成2000國家大地坐標系的1：1萬 DEM標準分幅的圖框。數據的批量裁切，根據公式所生成的圖廓點坐標，抽取任意兩三幅DEM的圖廓坐標進行檢查即可。

4.6 數字高程模型（DEM）的高程值有效值即無數值點（即-99999值）質量控制

質量控制方法：

第一步，打開ArcGIS10——ArcToolbox——Spatial Analyst 工具——地圖代數——柵格計算器。

第二步打開ArcGIS10——ArcToolbox——轉換工具——由柵格轉出——柵格轉面。

第三步打開ArcGIS10——ArcToolbox——數據管理工具——要素——要素轉點。注意“內部（可選）”選項打上勾。

打開shp文件的屬性表，按屬性選擇"GRIDCODE" = 1，導出文件即為查找到的值小于“-99999”的不合理可疑點。對導出shp的文件進行排查，除了圖邊和圖幅不滿的部分有無數值點-99999，其他情況均屬不合理。利用此文件可以直觀地查找出問題所在圖幅及坐標值。對于有幾千幅1：1萬拼接的DEM，能快速找出無數值點，并導出文件顯示圖幅號及相應的坐標值。有效提高了檢查效率和避免人工檢查的遺漏問題。

5 結束語

隨著數字中國地理空間框架建設的加速推進，數據的不斷更新和完善，數據量的不斷增加，影響DEM質量的因素多種多樣，它們產生于生產過程中的每個環節，質量控制越來越顯出其重要性和迫切性。實踐表明，通過利用ARCGIS對數字高程模型（DEM）質量控制的一些方法與技巧，從誤差產生和擴散的每個過程和環節入手，能使質量控制的過程更自動、高效、穩定，在保證數據成果的正確性與一致性的同時，提高檢查驗收的工作效率。

參考文獻：

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[3]國家基礎地理信息中心.1：10000基礎地理信息數據庫整合處理生產技術規定（試行稿）（2013）[G].北京：國家基礎地理信息中心，2013.

作者簡介：

陳翠嬋（1974-），女，廣東新會人，本科，工程師，從事測繪工作。