数字高程模型（DEM）在国内地质工程研究中的应用现状综述

向晓宇

摘 要：数字高程模型（Digital Elevation Model）是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟。它已成为人们进行地形地貌分析、水土保持分析、土壤侵蚀分析与滑坡分析的重要数据。由于DEM在解析的过程中受到分辨率、解析模型以及选取窗口的影响比较大，因此在模拟地形地貌时存在些许误差。而随着近年来无人机技术的飞速发展，DEM空间分辨率已高达2米，这大大提高了模型的精确性，也拓宽了DEM的应用范围。总的来说，数字高程模型的应用使人们可以直观地观察地形地貌，为研究地貌相关领域开辟了新途径，使原有的地质地貌研究从定性进入半定量和定量化阶段。

关键词：数字高程模型（DEM）;地形地貌;水土保持

1引言

数字高程模型是对地球表面地形地貌的数字表达和模拟基于DEM的地形地貌研究实质上就是数值计算的过程。通常，DEM以特定的数据结构组织表达，包括二维数据矩阵、规则格网、不规则三角网等，其中GRID-DEM在地貌研究中的应用最为广泛。数字高程模型DEM理论和相关分析技术业已得到地学工作者的广泛关注，国际上已将其作为一种常规的地形地貌研究手段和工具。随着新的传感器和数据编解码技术的不断提高和改进，数字高程模型的精度也由早期的千米级中低分辨率发展到现今的米级高分辨率，这种数据精度的提高不仅为我们进行宏观尺度地貌（如大陆尺度、造山带尺度等）研究提供了数据支持，而且也使得进行微观尺度地貌（如活动冰川、沟谷流域等）的定量化研究成为可能。目前人们对于DEM数据已经应用到了地形地貌分析，水土保持，土壤侵蚀等多方面。

2 DEM在国内的研究应用现状

目前，利用数字高程模型（digital elevation  model， DEM）进行地貌要素的自动提取是地貌科学研究的热点，在基本地貌形态分析中的应用已日趋成熟。基于DEM进行基本的地貌要素分析，能快速、准确地获取传统地形图无法表征的相关信息，易于进行可视化研究、统计分析和区域分析，在进行大范围地貌研究或交通不便区域地貌普查工作中具有重要的应用价值。

区域地貌研究是区域地理研究不可分割的重要组成部分。秦翔[1]基于SRTM、DEM（90m）数据的地貌信息分析，证实弧形断裂带活动的动力来源于青藏高原北东向构造挤压作用。同样地，肖清华[2]通过构建崀山地区的数字高程模型（DEM），对比进行了对比，结果表明TIN模型比GRD模型拥有更好的拓扑结构，能更好的显示山脉的细节。并选择两个微观地形因子进行数据提取，制作坡度图和坡向图，分别统计了研究区的优势坡度区间与优势坡向区间。在岩性识别上，王婷[3]指出地形因子作为对地形地貌特征进行数字表达的定量参数，对岩性识别精度的提高具有重要的意义。羊秀娟[4]指出地形因子是认识地形地貌特征的重要的参数。她以三台县为例，分析了基于不同分辨率下DEM数据，提取坡度、坡向、曲率、地表粗糙度，对结果进行统计分析。

在滑坡信息提取领域中，无人机航空摄影测量技术具有机动灵活，获取的影像分辨率高、受云雾等天气条件影响较小等优点。齐坤[5]对无人机摄影测量成图过程进行了分析。并结合广西隆县坡合钼多金属矿区地形测量为实例阐述无人机摄影测量精度进行对比分析。

在水土保持方面，陈伟华[6]指出地形因子不仅可以认识地貌，还对土壤侵蚀的方式及强度具有控制作用。徐珍[7]通过对地形因子的计算和分析，为土壤侵蚀防治及治理提供一定的参考，同时为水土流失评价提供科学依据。张宏鸣[8]指出大范围灌区渠系的制图对于现代节水灌溉技术以及合理配水、安全输水具有重要意义。另外，张方利[9]指出数字地形分析和流域水文学是地理学领域的重点研究内容，地形要素对流域内地表水循环的产流、汇流等过程以及水资源的时空动态分布具有重要影响。

在DEM在其它应用方向的研究上，杨灿灿[10]指出地形要素是对地形在地表的空間分布特征具有控制作用的点、线或面状要素，其合理划分可为城市地形建模提供数据基础。实验结果表明，提出的地形要素分类和表达方法能够整体控制并有效表达集几何和语义信息为一体的复杂城市地形，在全局和局部地形上均有较好的建模效果。

3结论与讨论

数字高程模型描述了地面高程信息，广泛应用于测量、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、通信等领域。军事等国民经济和国防建设以及人文自然科学等领域有着广泛的应用。 如果在工程建设中，可以用于防洪减灾的土方量计算等，则可以用数字高程模型进行水文分析，如流域面积分析、水系网络分析、降雨分析和蓄洪计算、淹没分析等。目前国内研究主要集中在以下几个方面：一是通过运用DEM数据进行地形地貌分析。目前对滑坡体的观测主要采用卫星影像，无人机遥感在近年来得到了广泛的应用，但对于滑坡信息的提取，特别是利用高精度DEM和DOM对滑坡区域进行定量提取和分析的研究较少。二是通过DEM对土壤侵蚀及水土流失进行分析。数字地形分析和流域水文学是地理学领域的重要研究内容。流域水文模拟的现实需求也促进了地形分析在扩展模型、丰富理论和改进算法等方面的发展和完善。三是对于DEM数据的解析。DEM数据受解析模型以及分辨率的影响比较大，分辨率降低将会导致数据大量丢失。随着传感器技术的不断提高和地面分辨率精度的不断提高，数字地面模型地貌研究引入了数字高程模型。微地貌研究无疑将是最有效的手段和工具，在地形分析和地貌解译研究中的应用前景已受到国外地学家的广泛关注，并逐渐成为一种常规的地貌分析方法。

参考文献：

[1]秦翔， 施炜， 李恒强， 等. 基于DEM地形特征因子的青藏高原东北缘宁南弧形断裂带活动性分析[J]. 第四纪研究， 2017（2）.

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

[3]王婷. 基于DEM的地形因子分析与岩性分类[D].

[4]羊秀娟， 黎武， 杨晓. 不同DEM分辨率下影响三台县水土流失的地形因子分析[J]. 安徽农学通报， 2017（12）：97-99.

[5]齐坤， 田亿， 罗辑. 无人机在矿山地形图测量与成图过程中的应用研究[J]. 世界有色金属， 2017.

[6]陈伟华， 唐庆， 王娜娜， 等. 基于DEM的桐柏县地形因素分析与评价[J]. 安徽农学通报， 2017（11）：118-120.

[7]徐珍， 蒋婷， 黎武 ，等. 基于DEM的井冈山市地形因子分析[J]. 上饶师范学院学报， 2017（3）.

[8]张宏鸣， 李瑶， 王猛， et al. 基于无人机DEM的灌区渠系提取方法[J]. 农业机械学报， 2017（10）：170-176.

[9]张方利， 周启鸣. 地形分析在流域水文建模中的应用进展[J]. 地理与地理信息科学， 2017（4）.

[10]杨灿灿， 江岭， 陈昕， 等. 面向城市DEM构建的地形要素分类及表达[J]. 地球信息科学学报， 2017（3）.