數字高程模型（DEM）在國內地質工程研究中的應用現狀綜述

向曉宇

摘 要：數字高程模型（Digital Elevation Model）是通過有限的地形高程數據實現對地面地形的數字化模擬。它已成為人們進行地形地貌分析、水土保持分析、土壤侵蝕分析與滑坡分析的重要數據。由于DEM在解析的過程中受到分辨率、解析模型以及選取窗口的影響比較大，因此在模擬地形地貌時存在些許誤差。而隨著近年來無人機技術的飛速發展，DEM空間分辨率已高達2米，這大大提高了模型的精確性，也拓寬了DEM的應用范圍。總的來說，數字高程模型的應用使人們可以直觀地觀察地形地貌，為研究地貌相關領域開辟了新途徑，使原有的地質地貌研究從定性進入半定量和定量化階段。

關鍵詞：數字高程模型（DEM）;地形地貌;水土保持

1引言

數字高程模型是對地球表面地形地貌的數字表達和模擬基于DEM的地形地貌研究實質上就是數值計算的過程。通常，DEM以特定的數據結構組織表達，包括二維數據矩陣、規則格網、不規則三角網等，其中GRID-DEM在地貌研究中的應用最為廣泛。數字高程模型DEM理論和相關分析技術業已得到地學工作者的廣泛關注，國際上已將其作為一種常規的地形地貌研究手段和工具。隨著新的傳感器和數據編解碼技術的不斷提高和改進，數字高程模型的精度也由早期的千米級中低分辨率發展到現今的米級高分辨率，這種數據精度的提高不僅為我們進行宏觀尺度地貌（如大陸尺度、造山帶尺度等）研究提供了數據支持，而且也使得進行微觀尺度地貌（如活動冰川、溝谷流域等）的定量化研究成為可能。目前人們對于DEM數據已經應用到了地形地貌分析，水土保持，土壤侵蝕等多方面。

2 DEM在國內的研究應用現狀

目前，利用數字高程模型（digital elevation ?model， DEM）進行地貌要素的自動提取是地貌科學研究的熱點，在基本地貌形態分析中的應用已日趨成熟。基于DEM進行基本的地貌要素分析，能快速、準確地獲取傳統地形圖無法表征的相關信息，易于進行可視化研究、統計分析和區域分析，在進行大范圍地貌研究或交通不便區域地貌普查工作中具有重要的應用價值。

區域地貌研究是區域地理研究不可分割的重要組成部分。秦翔[1]基于SRTM、DEM（90m）數據的地貌信息分析，證實弧形斷裂帶活動的動力來源于青藏高原北東向構造擠壓作用。同樣地，肖清華[2]通過構建崀山地區的數字高程模型（DEM），對比進行了對比，結果表明TIN模型比GRD模型擁有更好的拓撲結構，能更好的顯示山脈的細節。并選擇兩個微觀地形因子進行數據提取，制作坡度圖和坡向圖，分別統計了研究區的優勢坡度區間與優勢坡向區間。在巖性識別上，王婷[3]指出地形因子作為對地形地貌特征進行數字表達的定量參數，對巖性識別精度的提高具有重要的意義。羊秀娟[4]指出地形因子是認識地形地貌特征的重要的參數。她以三臺縣為例，分析了基于不同分辨率下DEM數據，提取坡度、坡向、曲率、地表粗糙度，對結果進行統計分析。

在滑坡信息提取領域中，無人機航空攝影測量技術具有機動靈活，獲取的影像分辨率高、受云霧等天氣條件影響較小等優點。齊坤[5]對無人機攝影測量成圖過程進行了分析。并結合廣西隆縣坡合鉬多金屬礦區地形測量為實例闡述無人機攝影測量精度進行對比分析。

在水土保持方面，陳偉華[6]指出地形因子不僅可以認識地貌，還對土壤侵蝕的方式及強度具有控制作用。徐珍[7]通過對地形因子的計算和分析，為土壤侵蝕防治及治理提供一定的參考，同時為水土流失評價提供科學依據。張宏鳴[8]指出大范圍灌區渠系的制圖對于現代節水灌溉技術以及合理配水、安全輸水具有重要意義。另外，張方利[9]指出數字地形分析和流域水文學是地理學領域的重點研究內容，地形要素對流域內地表水循環的產流、匯流等過程以及水資源的時空動態分布具有重要影響。

在DEM在其它應用方向的研究上，楊燦燦[10]指出地形要素是對地形在地表的空間分布特征具有控制作用的點、線或面狀要素，其合理劃分可為城市地形建模提供數據基礎。實驗結果表明，提出的地形要素分類和表達方法能夠整體控制并有效表達集幾何和語義信息為一體的復雜城市地形，在全局和局部地形上均有較好的建模效果。

3結論與討論

數字高程模型描述了地面高程信息，廣泛應用于測量、水文、氣象、地貌、地質、土壤、工程建設、通信等領域。軍事等國民經濟和國防建設以及人文自然科學等領域有著廣泛的應用。 如果在工程建設中，可以用于防洪減災的土方量計算等，則可以用數字高程模型進行水文分析，如流域面積分析、水系網絡分析、降雨分析和蓄洪計算、淹沒分析等。目前國內研究主要集中在以下幾個方面：一是通過運用DEM數據進行地形地貌分析。目前對滑坡體的觀測主要采用衛星影像，無人機遙感在近年來得到了廣泛的應用，但對于滑坡信息的提取，特別是利用高精度DEM和DOM對滑坡區域進行定量提取和分析的研究較少。二是通過DEM對土壤侵蝕及水土流失進行分析。數字地形分析和流域水文學是地理學領域的重要研究內容。流域水文模擬的現實需求也促進了地形分析在擴展模型、豐富理論和改進算法等方面的發展和完善。三是對于DEM數據的解析。DEM數據受解析模型以及分辨率的影響比較大，分辨率降低將會導致數據大量丟失。隨著傳感器技術的不斷提高和地面分辨率精度的不斷提高，數字地面模型地貌研究引入了數字高程模型。微地貌研究無疑將是最有效的手段和工具，在地形分析和地貌解譯研究中的應用前景已受到國外地學家的廣泛關注，并逐漸成為一種常規的地貌分析方法。

參考文獻：

[1]秦翔， 施煒， 李恒強， 等. 基于DEM地形特征因子的青藏高原東北緣寧南弧形斷裂帶活動性分析[J]. 第四紀研究， 2017（2）.

[2]肖清華， 張慧峰， 晏涵. 基于DEM的湖南崀山丹霞地貌地形因子分析[J]. 價值工程， 2017（29）.

[3]王婷. 基于DEM的地形因子分析與巖性分類[D].

[4]羊秀娟， 黎武， 楊曉. 不同DEM分辨率下影響三臺縣水土流失的地形因子分析[J]. 安徽農學通報， 2017（12）：97-99.

[5]齊坤， 田億， 羅輯. 無人機在礦山地形圖測量與成圖過程中的應用研究[J]. 世界有色金屬， 2017.

[6]陳偉華， 唐慶， 王娜娜， 等. 基于DEM的桐柏縣地形因素分析與評價[J]. 安徽農學通報， 2017（11）：118-120.

[7]徐珍， 蔣婷， 黎武 ，等. 基于DEM的井岡山市地形因子分析[J]. 上饒師范學院學報， 2017（3）.

[8]張宏鳴， 李瑤， 王猛， et al. 基于無人機DEM的灌區渠系提取方法[J]. 農業機械學報， 2017（10）：170-176.

[9]張方利， 周啟鳴. 地形分析在流域水文建模中的應用進展[J]. 地理與地理信息科學， 2017（4）.

[10]楊燦燦， 江嶺， 陳昕， 等. 面向城市DEM構建的地形要素分類及表達[J]. 地球信息科學學報， 2017（3）.