基于ArcGIS和DLG數據的DEM高效生產

梁 思，張 亮，方 芳，周 艷

（1.精密工程與工業測量國家測繪局重點實驗室，湖北 武漢 430079；2.湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430074；3.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

基于ArcGIS和DLG數據的DEM高效生產

梁 思1,2，張 亮1,3，方 芳2，周 艷2

（1.精密工程與工業測量國家測繪局重點實驗室，湖北 武漢 430079；2.湖北省航測遙感院，湖北 武漢 430074；3.湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

基于湖北省第一次全國地理國情普查DEM數據制作的生產實際情況，介紹利用ArcGIS軟件和DLG數據生產DEM的工藝流程，重點研究基于ArcGIS平臺自動批量增加特征點以及DEM反生等高線與DLG套合編修的方法。

數字高程模型；數字線劃圖；ArcGIS；特征點

數字高程模型（DEM）作為4D基礎測繪產品中最重要的一種，在實際生產中應用非常廣泛[1]。利用已有數字線劃圖（DLG）生產DEM技術已經在實際生產中被廣泛使用，方法成熟[2-5]。由于生產平臺多樣性，DEM生產的速度、質量等方面會有所差別，生產流程略有差別，也有許多可以改進的地方[6]。ArcGIS是一套成熟專業的GIS應用整合套裝軟件，有強大的空間數據處理功能，在此平臺上生產DEM有一定優勢。因此，本文總結了在ArcGIS平臺下利用DLG數據高效高質量生產DEM的完整工藝流程，提出一些改進措施，能有效減少人工工作量，提高大批量DEM生產的自動化程度。

為滿足湖北省開展全國地理國情普查工作的需要，湖北省測繪地理信息局安排全省以1∶10 000比例尺分幅生產2 m格網DEM。湖北省面積約18．59萬km2，全省1∶10 000DEM生產要求在1 a內完成，共計生產任務區圖幅5 602幅，補充省界接邊圖幅322幅。“湖北省第一次全國地理國情普查1∶10 000DEM（5 672幅）”項目采用全數字攝影測量方法制作，主要采用基于已有1∶10 000DLG和已有2 m格網DEM數據在立體模型上編輯這兩種技術方法生產DEM，其中約一半圖幅采用基于已有1∶10 000DLG數據生產的方法。本文在基于DLG數據生產DEM的常規做法基礎上，通過生產實踐，總結一套完整的工藝流程，并運用ArcToolbox功能和ArcGIS模型構建器建模封裝成新工具，實現高效半自動批量生產DEM。

1 DEM生產

1.1 1∶1萬DLG生產DEM的工藝流程

利用已有DLG數據生產DEM的原理是利用1∶1萬DLG上的地形、自然及人工地貌要素，包括等高線、高程點、部分湖泊、水庫等數據，通過構TIN內插生成格網形式的DEM數據[7]，具體流程如圖1所示。在生產DEM的整個流程中，修改水系層面縫隙和反生等高線套合DLG編修等高線、高程點、特征點和水系層等這兩個步驟需要在ArcGIS平臺上人工處理，其余步驟通過在ArcGIS平臺建模或者二次開發小工具可全部實現自動批量完成。如果DLG原始數據是E00格式，則在數據提取前需要在Geoway中轉換為SHP格式。

圖1 1∶10 000DLG生產DEM工藝流程

1.2 DLG數據預處理

DLG數據預處理主要是數據提取，在ArcGIS中基于DLG原始數據自動提取等高線和高程點分別建立terlk線層和點層，提取湖泊、水庫和池塘等靜面水建立hydnt面層。本項目用于生產DEM的DLG原始數據主要是SHP和E00格式。如果是SHP格式，可以用矢量要素提取工具直接自動批量提取，生成等高線、高程點和靜面水3個層，分別命名為“圖幅號_TERLK_LN”、“圖幅號_TERLK_PT”和“圖幅號_HYDNT_PL”。在1．1中提到過，如果DLG原始數據是E00格式，則在數據提取前需要在Geoway中轉換為SHP格式。本項目平面坐標系統采用2000國家大地坐標系，按3°分帶。如果DLG原始數據不是此坐標系統，則在數據提取前還需要進行坐標轉換，可利用均勻覆蓋全區的控制點文件在ArcMap中實現。

1.3 自動批量增加特征點和構TIN

自動批量生成地形特征點是基于DLG數據生產DEM的關鍵和難點，對保證DEM的質量非常重要。利用等高線和高程點數據自動批量增加特征點生成特征點層，命名為“圖幅號_ breakpoint”。自動生成的特征點中會有少量點的高程值錯誤，在“反生等高線套合DLG編修”環節可對高程值錯誤的特征點做相應修改。利用等高線、高程點和特征點數據批量構TIN并轉為柵格，特征點能有效消除TIN中的“平臺”。如圖 2所示，無特征點時在山頂、山脊、鞍部、山谷等地方有明顯的平臺，即地形細節不能很好地表達，DEM反生等高線與原始等高線不套合。在平臺處增加特征點后，“平臺”被消除，DEM反生等高線與原始等高線套合非常好，幾乎重合，如圖3所示。

圖2 無特征點時有“平臺”的DEM（紅色線為反生的等高線，黃色線為原始等高線）

構TIN并轉為柵格是在運用ArcToolbox功能和ArcGIS模型構建器建模并封裝而形成的新工具中一步直接實現的，操作簡單、高效、便捷。一般一幅1∶1萬地形圖可以生成2萬個左右的特征點，地形越復雜，真實表現地形特征需要的點越多，生成的特征點就越多，平均5 min能完成。

圖3 加入特征點后消除“平臺”的DEM（紅色線為反生的等高線，黃色線為原始等高線）

1.4 靜面水系層處理

將1．2節中提取出的單幅靜面水系層合并，并在ArcMap中處理面縫隙，可將單幅圖框加入，沿圖框相接處查找面縫隙，更省時省力。利用1．3節中生成的TIN計算水面高程即給水面賦高程值同時裁切為單幅靜面水系層輸出。由于TIN是由沒有經過任何編修的數據生成的，因此計算的水面高程也會有個別錯誤，同樣需要在后面統一編修。

1.5 DEM生成及反生等高線與DLG套合編修

利用等高線、高程點、特征點和處理后靜面水系層數據（即DLG數據）批量構TIN并轉為柵格，用生成的柵格DEM數據反生等高線，將等高線與DLG套合。若生成的DEM有問題，則反生的等高線會與DLG不套合，在ArcMap中人工檢查，不套合的地方一目了然。不套合的地方一般是DLG數據有問題，人工分析后可對數據作相應編輯處理。通常是以下幾類問題：

1） 等高線不連續，如有坎、陡崖等的地方；

2） 等高線不合理，如等高線打折、不光滑、自相交、重復等；

3） 高程點和等高線點線矛盾；

4） 特征點高程值錯誤；

5） 靜面水高程值錯誤或與等高線相交；

6） 圖幅接邊沒處理好，特別是等高距不同的圖幅間。

DEM反生等高線與DLG套合編修的優勢在于有問題的地方一目了然，可以針對性修改問題數據，省時省力，效率較高。如果按照通常做法[5,6]，在DLG預處理階段編修DLG數據，需要放大到一定比例尺，再全圖逐屏瀏覽，查找需要修改的地方，這樣做不僅人工工作量大、效率低，而且容易查漏查錯，效果不好。

重復該環節步驟，直至反生的等高線與DLG套合差在限差內。通常重復2～3次就能達到很好的效果。

1.6 DEM與水面柵格疊加并裁切

將1．5節中編輯好的水系層合并、融合高程并轉為柵格疊加覆蓋到1．5中最后生成的DEM上，裁切DEM即為最終產品，渲染后的效果如圖4所示。

圖4 渲染后的DEM

2 成果檢查

對制作1∶10 000 DEM成果進行檢查。檢查采用內、外業相結合的方式，外業采用的儀器設備為GPS RTK 接收機，內業檢查采用的軟件平臺為4D Mapper V2．5、國普質檢軟件QC Spatial 等。依據 GB/T 18316-2008 《數字測繪成果質量檢驗與驗收》規定，本次驗收批量為1 446幅數字高程模型（共8個測區），根據隨機抽樣原則，分為11個區抽取175幅圖作為樣本進行詳查。通過內外業檢查，樣本圖幅的空間參考系、位置精度、邏輯一致性、時間精度、柵格質量、附件質量等均符合要求。

3 結 語

本文充分利用ArcGIS軟件功能，通過生產實踐，總結出一套完整且行之有效的工藝流程。自動批量增加特征點的方法效率高，能有效提高DEM質量。DEM反生等高線與DLG套合編修的方法比在生產DEM前編修DLG更省時省力，編修效果更好。通過檢驗該工藝流程的產品精度，證明該方法可以實現高效高質量半自動批量DEM生產，尤其適合大范圍DEM生產。不足之處在于自動增加的特征點仍有一些錯誤，需要人機交互修改，另外有些該增加特征點的地方沒有增加或者數量不夠導致有少量“平臺”效應，這些問題都有待今后進一步研究和探索。

[1] 宋志勇,全曉萍．基于ArcGIS和DLG地形圖的DEM生產[J]．一線技術,2007(18):173-174

[2] 眭海剛,朱慶．一種從DLG生成高質量DEM的混合方法[J]．測繪通報,2001(4):16-18

[3] 張志平,張素華,杜啟勝,等．基于ArcGIS 的DEM 生成方法及應用[J]．地理空間信息，2009,7(5):69-71

[4] 張凱選,潘夢清,方輝,等．利用等高線生成DEM方法的研究[J]．測繪工程,2007,16(3):15-18

[5] 戴騰,周漢華,陳慶,等．利用 DLG 數據高效高質量生成DEM 的方法研究[J]．地理空間信息,2014,12(4):66-68

[6] 游薇．生產DEM的一種混合式作業方法[J]．地理空間信息,2008,6(5):66-67

[7] 戴騰,張亮,胡菡,等．1:10 000 DLG生產DEM的關鍵問題研究[J]．地理空間信息,2014,12(1):142-143

P208

B

1672-4623（2017）10-0067-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.10.021

2016-07-26。

項目來源：精密工程與工業測量國家測繪地理信息局重點實驗室開放基金資助項目（PF2015-9）。

梁思，碩士，工程師，從事攝影測量生產和研究。