基于ArcGIS和DLG数据的DEM高效生产

梁 思，张 亮，方 芳，周 艳

（1.精密工程与工业测量国家测绘局重点实验室，湖北 武汉 430079；2.湖北省航测遥感院，湖北 武汉 430074；3.湖北省测绘工程院，湖北 武汉 430074）

基于ArcGIS和DLG数据的DEM高效生产

梁 思1,2，张 亮1,3，方 芳2，周 艳2

（1.精密工程与工业测量国家测绘局重点实验室，湖北 武汉 430079；2.湖北省航测遥感院，湖北 武汉 430074；3.湖北省测绘工程院，湖北 武汉 430074）

基于湖北省第一次全国地理国情普查DEM数据制作的生产实际情况，介绍利用ArcGIS软件和DLG数据生产DEM的工艺流程，重点研究基于ArcGIS平台自动批量增加特征点以及DEM反生等高线与DLG套合编修的方法。

数字高程模型；数字线划图；ArcGIS；特征点

数字高程模型（DEM）作为4D基础测绘产品中最重要的一种，在实际生产中应用非常广泛[1]。利用已有数字线划图（DLG）生产DEM技术已经在实际生产中被广泛使用，方法成熟[2-5]。由于生产平台多样性，DEM生产的速度、质量等方面会有所差别，生产流程略有差别，也有许多可以改进的地方[6]。ArcGIS是一套成熟专业的GIS应用整合套装软件，有强大的空间数据处理功能，在此平台上生产DEM有一定优势。因此，本文总结了在ArcGIS平台下利用DLG数据高效高质量生产DEM的完整工艺流程，提出一些改进措施，能有效减少人工工作量，提高大批量DEM生产的自动化程度。

为满足湖北省开展全国地理国情普查工作的需要，湖北省测绘地理信息局安排全省以1∶10 000比例尺分幅生产2 m格网DEM。湖北省面积约18．59万km2，全省1∶10 000DEM生产要求在1 a内完成，共计生产任务区图幅5 602幅，补充省界接边图幅322幅。“湖北省第一次全国地理国情普查1∶10 000DEM（5 672幅）”项目采用全数字摄影测量方法制作，主要采用基于已有1∶10 000DLG和已有2 m格网DEM数据在立体模型上编辑这两种技术方法生产DEM，其中约一半图幅采用基于已有1∶10 000DLG数据生产的方法。本文在基于DLG数据生产DEM的常规做法基础上，通过生产实践，总结一套完整的工艺流程，并运用ArcToolbox功能和ArcGIS模型构建器建模封装成新工具，实现高效半自动批量生产DEM。

1 DEM生产

1.1 1∶1万DLG生产DEM的工艺流程

利用已有DLG数据生产DEM的原理是利用1∶1万DLG上的地形、自然及人工地貌要素，包括等高线、高程点、部分湖泊、水库等数据，通过构TIN内插生成格网形式的DEM数据[7]，具体流程如图1所示。在生产DEM的整个流程中，修改水系层面缝隙和反生等高线套合DLG编修等高线、高程点、特征点和水系层等这两个步骤需要在ArcGIS平台上人工处理，其余步骤通过在ArcGIS平台建模或者二次开发小工具可全部实现自动批量完成。如果DLG原始数据是E00格式，则在数据提取前需要在Geoway中转换为SHP格式。

图1 1∶10 000DLG生产DEM工艺流程

1.2 DLG数据预处理

DLG数据预处理主要是数据提取，在ArcGIS中基于DLG原始数据自动提取等高线和高程点分别建立terlk线层和点层，提取湖泊、水库和池塘等静面水建立hydnt面层。本项目用于生产DEM的DLG原始数据主要是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动批量提取，生成等高线、高程点和静面水3个层，分别命名为“图幅号_TERLK_LN”、“图幅号_TERLK_PT”和“图幅号_HYDNT_PL”。在1．1中提到过，如果DLG原始数据是E00格式，则在数据提取前需要在Geoway中转换为SHP格式。本项目平面坐标系统采用2000国家大地坐标系，按3°分带。如果DLG原始数据不是此坐标系统，则在数据提取前还需要进行坐标转换，可利用均匀覆盖全区的控制点文件在ArcMap中实现。

1.3 自动批量增加特征点和构TIN

自动批量生成地形特征点是基于DLG数据生产DEM的关键和难点，对保证DEM的质量非常重要。利用等高线和高程点数据自动批量增加特征点生成特征点层，命名为“图幅号_ breakpoint”。自动生成的特征点中会有少量点的高程值错误，在“反生等高线套合DLG编修”环节可对高程值错误的特征点做相应修改。利用等高线、高程点和特征点数据批量构TIN并转为栅格，特征点能有效消除TIN中的“平台”。如图 2所示，无特征点时在山顶、山脊、鞍部、山谷等地方有明显的平台，即地形细节不能很好地表达，DEM反生等高线与原始等高线不套合。在平台处增加特征点后，“平台”被消除，DEM反生等高线与原始等高线套合非常好，几乎重合，如图3所示。

图2 无特征点时有“平台”的DEM（红色线为反生的等高线，黄色线为原始等高线）

构TIN并转为栅格是在运用ArcToolbox功能和ArcGIS模型构建器建模并封装而形成的新工具中一步直接实现的，操作简单、高效、便捷。一般一幅1∶1万地形图可以生成2万个左右的特征点，地形越复杂，真实表现地形特征需要的点越多，生成的特征点就越多，平均5 min能完成。

图3 加入特征点后消除“平台”的DEM（红色线为反生的等高线，黄色线为原始等高线）

1.4 静面水系层处理

将1．2节中提取出的单幅静面水系层合并，并在ArcMap中处理面缝隙，可将单幅图框加入，沿图框相接处查找面缝隙，更省时省力。利用1．3节中生成的TIN计算水面高程即给水面赋高程值同时裁切为单幅静面水系层输出。由于TIN是由没有经过任何编修的数据生成的，因此计算的水面高程也会有个别错误，同样需要在后面统一编修。

1.5 DEM生成及反生等高线与DLG套合编修

利用等高线、高程点、特征点和处理后静面水系层数据（即DLG数据）批量构TIN并转为栅格，用生成的栅格DEM数据反生等高线，将等高线与DLG套合。若生成的DEM有问题，则反生的等高线会与DLG不套合，在ArcMap中人工检查，不套合的地方一目了然。不套合的地方一般是DLG数据有问题，人工分析后可对数据作相应编辑处理。通常是以下几类问题：

1） 等高线不连续，如有坎、陡崖等的地方；

2） 等高线不合理，如等高线打折、不光滑、自相交、重复等；

3） 高程点和等高线点线矛盾；

4） 特征点高程值错误；

5） 静面水高程值错误或与等高线相交；

6） 图幅接边没处理好，特别是等高距不同的图幅间。

DEM反生等高线与DLG套合编修的优势在于有问题的地方一目了然，可以针对性修改问题数据，省时省力，效率较高。如果按照通常做法[5,6]，在DLG预处理阶段编修DLG数据，需要放大到一定比例尺，再全图逐屏浏览，查找需要修改的地方，这样做不仅人工工作量大、效率低，而且容易查漏查错，效果不好。

重复该环节步骤，直至反生的等高线与DLG套合差在限差内。通常重复2～3次就能达到很好的效果。

1.6 DEM与水面栅格叠加并裁切

将1．5节中编辑好的水系层合并、融合高程并转为栅格叠加覆盖到1．5中最后生成的DEM上，裁切DEM即为最终产品，渲染后的效果如图4所示。

图4 渲染后的DEM

2 成果检查

对制作1∶10 000 DEM成果进行检查。检查采用内、外业相结合的方式，外业采用的仪器设备为GPS RTK 接收机，内业检查采用的软件平台为4D Mapper V2．5、国普质检软件QC Spatial 等。依据 GB/T 18316-2008 《数字测绘成果质量检验与验收》规定，本次验收批量为1 446幅数字高程模型（共8个测区），根据随机抽样原则，分为11个区抽取175幅图作为样本进行详查。通过内外业检查，样本图幅的空间参考系、位置精度、逻辑一致性、时间精度、栅格质量、附件质量等均符合要求。

3 结 语

本文充分利用ArcGIS软件功能，通过生产实践，总结出一套完整且行之有效的工艺流程。自动批量增加特征点的方法效率高，能有效提高DEM质量。DEM反生等高线与DLG套合编修的方法比在生产DEM前编修DLG更省时省力，编修效果更好。通过检验该工艺流程的产品精度，证明该方法可以实现高效高质量半自动批量DEM生产，尤其适合大范围DEM生产。不足之处在于自动增加的特征点仍有一些错误，需要人机交互修改，另外有些该增加特征点的地方没有增加或者数量不够导致有少量“平台”效应，这些问题都有待今后进一步研究和探索。

[1] 宋志勇,全晓萍．基于ArcGIS和DLG地形图的DEM生产[J]．一线技术,2007(18):173-174

[2] 眭海刚,朱庆．一种从DLG生成高质量DEM的混合方法[J]．测绘通报,2001(4):16-18

[3] 张志平,张素华,杜启胜,等．基于ArcGIS 的DEM 生成方法及应用[J]．地理空间信息，2009,7(5):69-71

[4] 张凯选,潘梦清,方辉,等．利用等高线生成DEM方法的研究[J]．测绘工程,2007,16(3):15-18

[5] 戴腾,周汉华,陈庆,等．利用 DLG 数据高效高质量生成DEM 的方法研究[J]．地理空间信息,2014,12(4):66-68

[6] 游薇．生产DEM的一种混合式作业方法[J]．地理空间信息,2008,6(5):66-67

[7] 戴腾,张亮,胡菡,等．1:10 000 DLG生产DEM的关键问题研究[J]．地理空间信息,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。

项目来源：精密工程与工业测量国家测绘地理信息局重点实验室开放基金资助项目（PF2015-9）。

梁思，硕士，工程师，从事摄影测量生产和研究。