DEM、DOM、DLG产品的获取方式研究

2018-04-04蔡建德陈彦军

资源导刊(信息化测绘) 2018年3期

蔡建德　陈彦军

（1.河南省测绘发展研究中心，河南郑州 450008; 2.河南省遥感测绘院，河南郑州 450008）

1　前言

现代数字地图主要由数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）、数字栅格地图（DRG）、数字线划地图（DLG）以及复合模式组成。目前，基础测绘全面完成了从模拟时代向数字化时代跨越，形成了以“4D”为代表的新一代基础测绘产品，极大地丰富了基础测绘产品形式，显著提升了基础测绘保障服务的能力和水平。对DEM 、DOM、DLG产品的获取方式、应用范围的分析，可指导测绘地理信息行业实际生产过程，满足各行各业对测绘服务的不同需求。

2　DEM、DOM、DLG产品的获取方式

2.1　DEM数据

数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一定区域范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集或是经度λ、纬度φ和海拔h的数据集，该数据集从数学上描述了区域地貌形态的空间分布[1]。DEM描述的是地面高程信息，在水文、测绘、气象、地貌、地质、工程建设、通信等领域有着广泛应用。如在工程建设上，可用于土方量计算、通视分析等；在无线通信上，可用于蜂窝电话的基站分析等；在防洪减灾方面，DEM是进行汇水区分析、降水分析、蓄洪计算、水系网络分析、淹没分析等水文分析的基础。

获取DEM数据的常用方法有：地形图手扶跟踪数字化、地面测量、摄影测量、机载激光雷达等。地形图手扶跟踪数字化，是利用数字化仪和相应的图形处理软件制作DEM数据。地面测量是指运用GPS、全站仪、电子平板仪等仪器，对目标点进行三维坐标实测，以此作为DEM的数据源。摄影测量法是在获取影像图的基础上，恢复地面立体模型，以达到从二维影像到三维立体模型的转变。如果采用原有地形图，或使用未经改造的模拟精密立体测图仪获得等高线，可以扫描进行矢量化，得到等高线后再内插成DEM[2]。激光雷达大致分为机载和地面两大类。其中机载激光雷达集激光测距技术、计算机技术、惯性测量单元(IMU) /DGPS差分定位技术于一体，其所测得的数据为数字表面模型（Digital Surface Model，简称DSM）的离散点表示，含有空间三维信息和激光强度信息。通过应用分类技术在原始数字表面模型中移除建筑物、人造物、覆盖植物等测点，即可获得DEM，并同时得到地面覆盖物的高度。机载激光雷达具有自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短、精度高等特点。DEM数据获取方式间的比较如表1所示。

表1　DEM数据获取方式间的比较

随着测绘信息技术的不断发展，仅提供地物的地面高程信息难以满足测绘地理信息业务需求，DSM产品应运而生。DSM的获取方式主要是激光扫描，它是在DEM基础上，涵盖了除地面以外的其他地表信息的高程，能真实表达地面起伏情况，可广泛应用于各行各业。比如，在森林地区，DSM可用于检测森林的生长情况；在城区，可用于检查城市的发展情况。

2.2　DOM数据

数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，简称DOM）是利用遥感影像，通过数字摄影测量的原理及方法，对航片进行控制、定向、纠正生成的影像图[3]。DOM同时具有地图几何精度和影像特征，精度高、信息丰富、制作周期短。它可作为底图信息评价其他数据的精度和完整性，也可从中提取自然资源和社会经济发展信息，为防治灾害和公共设施建设等提供依据。

D0M获取方式主要为：全数字摄影测量和航天遥感影像处理。这两种方式的最大差别在于获取基础数据的方式，全数字摄影测量通过航摄获取负片，而航天遥感影像则通过遥感方式获取数据。随着航天遥感技术的发展，高分辨率的影像可以用作数字正射影像的数据源[4]。内业人员可以通过使用遥感数据，对其进行几何纠正，在对数字影像进行处理融合和镶嵌后，即可更新入库。

2.3　DLG数据

数字线划地图（Digital Line Graphic，简称DLG）是现有地形图上基础地理信息要素的矢量数据集，通过各种矢量数据采集手段将地表各要素的空间关系和相关属性信息分层提取、编辑、保存，因而可以全面描述地表目标[5]。DLG是一种放大、漫游、查询、检查、量测、叠加地图，数据量小，便于分层，能快速生成专题地图，亦被称作矢量专题信息。

DLG数据能满足GIS进行各种空间分析的要求，可随机进行数据选取和显示，与其他几种产品叠加，便于分析、决策。DLG的技术特征为：地图地理内容、分幅、投影、精度、坐标系统与同比例尺地形图一致，图形输出为矢量格式，任意缩放均不变形。

目前，常用的DLG获取方式有以下几种：

（1）原图数字化

原图数字化主要包括手扶跟踪数字化和地图扫描矢量化，两者都常以旧的地形图为底图进行数字化。手扶跟踪数字化需要用数字化仪对原图的地形特点逐点进行跟踪采集，精度较低，而地图扫描矢量化可以用扫描仪直接扫描原图，精度较高。地图扫描矢量化借用计算机软件中原有的栅格地图或直接对扫描后的纸质地图进行矢量化，对地形图中新产生的管线、道路、居民地等要素，进行分层编辑，产生DLG。

（2）全野外数字测图

全野外数字测图通过使用全站仪、GPS接收机等测量仪器，在野外进行实地测量获取数据，具有高精度、高费用特点，多用于没有底图的地区。

（3）修改现有DLG数据

该方法是基础地理数据更新中的常用方法，在现有的DLG数据上根据最新的数字正射影像图进行修改、保存。

（4）数字摄影测量

摄影测量在基本比例图生产中占据着重要位置，经历了模拟摄影测量和解析摄影测量阶段。随着计算机技术以及数字图像处理、模式识别、人工智能、专家系统、计算机视觉等学科的发展，数字摄影测量的内涵已远远超过了传统摄影测量的范围，现已被公认为摄影测量的第三个发展阶段。

数字摄影测量与模拟摄影测量、解析摄影测量的最大区别在于：它处理的原始信息不仅可以是像片，更主要的是数字影像（如SPOT影像）或数字化影像；它最终是以计算机视觉代替人眼的立体观测，因而它所使用的仪器最终将是通用计算机及其相应外部设备；其产品是数字形式的，传统产品只是该数字产品的模拟输出[5]。

数字摄影测量作为一门由二维影像到三维空间的学科，主要通过提取物体特征点的方式确定物体坐标，然后将收集到的遥感影像进行立体测图，减轻了野外测图的工作量，降低了生产成本，得到的数据源精度高[6]。数字摄影测量以其高效快速、生成数据产品齐全而发挥着其他测量手段无法比拟的作用。