鄱阳湖基础地理测量DEM生产要求及实现

2014-07-18危来龙

江西测绘 2014年3期

关键词：格网等高线鄱阳湖

危来龙

（江西省水利规划设计院江西南昌 330029）

鄱阳湖基础地理测量DEM生产要求及实现

危来龙

（江西省水利规划设计院江西南昌 330029）

作者根据鄱阳湖地理环境特点，为满足高精度DEM生产要求和鄱阳湖地理信息系统建设的需要，设计了该区DEM生产技术要求。又由于不同格式的基础数据的特点，选择了一种方便适用的软件进行DEM生产，经法定权威机构对成果质量进行评定，可满足鄱阳湖区建设的实际需要。

鄱阳湖；DEM；Geoway；CAD；ARCGIS

1 概述

鄱阳湖是我国第一大淡水湖泊，鄱阳湖平原是我国重要的商品粮棉油基地之一，它位于江西省北部，长江中下游南岸，古称彭蠡泽。为给研究鄱阳湖、利用鄱阳湖、保护鄱阳湖提供科学的基础性资料，服务于鄱阳湖生态经济区和推进鄱阳湖水利枢纽工程建设，须在有效利用鄱阳湖数字线划图（DLG）的基础上，生产高精度数字高程模型（DEM）。高精度的数字高程模型（DEM）是进行三维模型设计，提取流域地形特征，进行水文分析、洪水淹没分析、动态库容计算的前提。

2 DEM生产技术要求

DEM包括规则网格模型Grid和不规则三角网模型TIN，广义的DEM还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。在大型地理信息系统中，由于数据量大，采用TIN进行存储，算法复杂，运算速度极慢，难以满足实际应用需要。通常采用Grid格式，鄱阳湖地理信息系统DEM采用规则网格模型Grid。

2.1 格网间距要求

鄱阳湖区内堤防众多，河流、草州、泥滩、岛屿等纵横交错，以1985国家高程基准21m为界，鄱阳湖区覆盖面积达5000多平方千米。为实现如此大面积的洪水淹没分析、动库容分析计算，DEM格网选择是一个比较关键的内容。格网间距越大，承载数据量越少，计算机处理速度越快。格网间距越小，数据量越多，对地形的逼近程度越高，却不利于工程实际应用。可以说，数据量太大将不利于工程的实际需要，数据量太小又不能定量反映鄱阳湖区域高程实测精度。由于鄱阳湖区域堤防宽度一般为6～8m，要准确表达堤防高度，同时参照GB/T 17941-2008《数字测绘成果质量要求》对于1∶10000数字高程模型的要求（最高精度6.25米），选择DEM格网间距为5m。

2.2 分幅与编号要求

鄱阳湖基础地理测量DEM分幅与编号按GB/ T 13989-92执行，即：按经纬度分幅，经差3′45″，纬差2′30″，采用高斯-克吕格投影，按3°带分带，测区在第39带，中央子午线为117°。坐标系统采用2000国家大地坐标系。

2.3 质量要求

(1)高程中误差为：平地1.0m；丘陵地2.5m；山地5.0m；高山地10.0m。

(2)森林等隐蔽地区的高程中误差可按规定的高程中误差的1.5倍计，DEM内插点的高程精度按格网点高程精度的1.2倍计。高程中误差的两倍为采样点数据最大误差限，相邻图幅DEM的公共点高程必须一致。

2.4 数据格式要求

鄱阳湖基础地理测量DEM以分幅方式提交，DEM为矩形，起止格网的坐标计算公式为：

式中：X1，Y1，…，X4，Y4为四个图廓点坐标，XMAX，YMIN为DEM格网起始点（左上角）坐标，XMIN，YMAX为DEM格网终止点（右下角）坐标，式中以米为单位。

3 生产平台选择

3.1 基础资料情况

由于水利枢纽工程对高程的特殊要求，根据鄱阳湖基础地理测量进度要求和存在大面积水域的实际情况，基础资料的获取采用以下三种方法进行。

（1）航摄测地物、野外测高程注记点。保护区以外陆上部分采用VirtuoZo全数字摄影测量系统测地物、野外测高程注记点方法，经过像控点的布设、像片控制点平面和高程施测、航片扫描、解析空三加密、数据采集、调绘、实测高程、数据编辑等各环节，高程精度满足鄱阳湖基础地理测量技术方案要求。

（2）RTK或全站仪进行全野外解析测量。保护区部分，采用RTK或全站仪进行全野外解析测量，为提高测点精度，将测区按高程异常分布规律分成5个区，合理筛分出各分区的水准联测GPS点和待拟合GPS点，采用外部平差软件进行严密分区拟合。将各分区的拟合系数提供给作业小组，在采集专题数据时严格按照分区进行拟合系数的选择。拟合分区结果表明，内符合精度大部分在2～3cm左右，最差内符合精度优于8cm。为确保采集点高程精度，在采集数据时，挂靠最近已知点。

（3）RTK+水下测深仪进行水下测量。对于水下部分测量，利用CORS系统，通过南方S86 RTK流动站+中海达SDH-17型测深仪进行，通讯信号未覆盖地方仍采用基准站布设。水下测量在导航软件支持下，根据断面法要求做好计划线，断面计划线之间间距设置为50米，计划线根据原地形图布置成与等高线或水流方向大致成垂直的方向；水下地形点的密度能充分显示水下地形特征，因为采用方式为自动化采集，所以水下地形点点距，设置为按距离采集，每5米采集一点。

由于采集方法的不同，采用成图软件也不一样，有VirtuoZo、Geoway3.6、CASS9.0、MAPGIS等软件参与作业，分别对应不同的数据格式，给DEM生产带来不便。

3.2 DEM生产软件优劣对比

（1）VirtuoZo软件。该软件具有自适应地形的DEM自动高效提取功能，具有所见即所得的DEM交互编辑功能，但在大面积区域DEM生产中存在不足（IGS测图模块中地物不能超过60000个），且基于水利对高程精度的要求，增加了野外实测高程、等高线等内容，需进行数据重新导入的工作，采用VirtuoZo生产DEM变得更加困难。

（2）Geoway3.6软件、CASS9.0软件。此两种软件均能进行DEM生产，但由于该类软件线划图编辑功能强大，DEM编辑功能相对较弱，在大规模进行DEM生产时，存在运算速度等问题，且基础资料不同格式的数据之间需要转换，难免会造成一些信息的丢失，针对实际情况，不宜采用此两种软件。

（3）MapGIS软件。MapGIS可对离散的、随机采样的高程数据点进行网格化处理，具有数据插密功能等许多DEM生产的强大功能，在处理等值线数据、离散点数据均有相应功能，但在处理同时含有等值线数据、离散点数据的文件时，微显不足，需统一成离散点数据进行处理，且基础资料中MapGIS格式文件相对较少，也不宜采用此软件。

（4）ARCGIS软件。A RC GIS是美国ESRI公司开发的一套功能强大的GIS软件，为用户提供了一套完整的生成DEM数据和进行各种DEM分析的对象库和接口，在进行DEM生产时具有强大的功能。考虑到鄱阳湖地理信息系统采用ARCGIS平台，所有数据均需转换成ARCGIS格式，在统一数据格式下，进行DEM生产较为方便，故采用ARCGIS进行DEM生产。

4 生产实现

4.1 数据转换

在相应软件支持下，均能按要求输出ARCGIS格式。在数据转换中，均有不同程度的数据损失。为防止数据丢失，可打开原图，逐类进行比较，对于存在数据丢失的类，可先转换成自定义类，当正确转换成ARCGIS格式后，再更改相应类名。在CASS9.0转换成ARCGIS格式时，由于CASS9.0不支持填充图案的转换，在转换该层时，应采用FME软件进行处理。

4.2 数据预处理

数字线划图DLG中等高线、高程点、堤防、陡坎、斜坡等地貌特征线表示高程变化，在制作DEM时，需对特征点、线进行数据预处理。特征点为山顶、凹地、鞍部、山谷及地形突变点；特征线为山脊线、山谷线、水系、水域线、断裂线及地形变换线或等高线等等。为保证DEM生成精度，采集的矢量数据范围四周要大于DEM的实际范围约300米左右为好，因TIN网是按临近原则找点的，若数据不够，易导致边缘的DEM数据出错；

4.3 利用矢量数据SHP制作TIN、G rid

（1）在ArcMap中新建一个地图文档，添加等高线、高程点等矢量数据。

（2）激活3D Analyst扩展模块，启动3D分析工具条；执行工具栏[3D分析]中的菜单命令[3D分析]〉〉[创建/修改TIN]〉〉[从要素生成TIN]。

（3）在[从要素生成TIN中]对话框中定义每个图层的数据使用方式；在需要参与构造TIN的图层名称前的检查框上打上勾，并指定每个图层中作为高度源的字段，设定三角网特征输入方式。

（4）生成Tin。如果有特征点，可通过Add Features to Tin来添加。

（5）利用Convert-〉Tin to Raster将Tin转为Raster。

（6）在ArcMap中，将生成的Raster数据保存为GeoTiff的Grid DEM。

5 精度评定

野外使用网络RTK实地采集地形、地貌点的坐标、高程值，在4D-checker软件中通过比对检查，统计受检成果的高程中误差；将DEM反生成的等高线与数字地形图的等高线套合，检查超限数量；内业在软件中通过接边检查功能，检查数字高程模型接边图幅同名格网高程值不符合要求的个数。经过多种方法进行比较，高程中误差在±0.30m以内，精度指标远高于相应比例尺规范要求。