基于GLOBALMAPPER等高线回放法对DEM数据精度的检查研究

摘要：数字高程模型（简称DEM）是数字摄影测量的重要产品之一，有着非常广泛的应用领域。DEM数据精度的准确与否，直接影响DEM应用分析结果的可靠性及应用目标的真正实现。本文详细阐述了通过GLOBAL MAPPER 软件利用等高线回放的方法对DEM精度进行检查的过程。

关键词：GLOBAL MAPPER软件 等高线回放法 数字高程模型 DEM精度检查

一、引言

传统的地形图，都是将地面上的信息（地貌、地物以及各种名称）用图形和注记的方式表示在图纸上，优点在于直观，便于人工使用。但随着计算机技术和信息处理技术的飞速发展，纸质地图不能被计算机直接利用，无法满足各种工程设计自动化的要求。因此，地图的数字化产品逐步得到开发应用，DEM产品就是其中之一。

二、简介DEM以及DEM精度研究的历史和DEM精度检查的重要性

1. DEM是“数字高程模型（Digital Elevation Model）”的英文简写，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型（Digital Terrain Model，简称DTM）的一个分支。DEM描述的是地面高程信息，它在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、 通讯、气象、军事等国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域有着广泛的应用。

2. DEM是我国最重要的基础地理数据之一，也是地理信息系统的核心数据库及进行地学分析的基础数据。我国测绘部门完成的覆盖全国范围的四种基本比例尺DEM，已经在国民经济中发挥越来越重要的作用。DEM质量是DEM的生命，一直是DEM基础理论研究的重点，DEM质量通过精度来描述。DEM作为国家基础地理数据之一，其精度问题直接影像到DEM的应用效果，这也是国内外学者关注的核心问题。

3. DEM精度研究以1988年为界分为两个阶段：从1958年数字高程模型概念提出到1988年，这个阶段对DEM精度研究的基本特征是内插技术分析和数据采样策略研究；之后，对DEM精度研究逐步由内插分析转向原始数据质量控制与分析。近几年来，随着DEM应用由数据层面向地学建模和地表过程分析的转变，DEM误差与结构特征对应用的影响分析成为一个研究热点。 精度是评价模型好坏的重要指标，同时DEM精度也是数字地形建模、数字地形分析和各种地学过程模拟最为重要的问题。

三、DEM精度检查方法简述

DEM精度是指所建立的DEM对真实地面描述的准确程度。一般来说，DEM原数据的精度与其生产方式密切相关，不同的生产方式获得的DEM的精度也有所不同。检查DEM总体精度有以下几种常用的方法：

1）协方差函数法：这种方法把起伏的地表看作一个随机函数，然而事实并非如此，地表往往是一个极其复杂的确定几何面，因此该方法评定内插精度效果较差。

2）传递函数法，传递函数法仅仅满足地表起伏变化均匀的情况，忽略了某些特征点、线对内插精度的影响。这种方法并不适用于评价DEM的总体误差情况和精度分布，其结论通常与实际情况不符。

3）等高线回放法，DEM使用某一算法内插生成等高线，将回放后的等高线和实际的原有等高线相比较，检查等高线误差的实际状况。等高线的回放模型，可以评价DEM精度的总体状况以及DEM与实际地形吻合的情况。

4）任意点法，在外野实地布置测量检查点，或者在空三加密的时候设置埋伏点，与DEM数据进行对比。这种试验法判别精度，检查点的取样缺乏严密的理论基础。

5）立体检测法，在全数字摄影测量工作站上的检查是最直接也是精度最高的检查，不仅可以观看立体检查，而且可以叠合矢量进行高程精度检查、平面精度检测、接边精度检查。但是在全数字摄影测量工作站或数字摄影测量工作站的检查往往耽误作业员的生产进度，降低了生产效率，加大了生产成本，只适合小范围的抽查，不适合普查。

在目前对DEM尚缺乏有效理论精度估计的情况下，为检查DEM精度的总体状况以及DEM是否和实际地形吻合的情况，回放等高线仍是一种准确、全面、自然的检查方法。综上所述，在实际数据生产中，为检查DEM精度的总体状况以及DEM是否和实际地形吻合的情况，一般采用DEM内插回放等高线的方法，即以“目视检查”方式进行，即人工进行回放的等高线和原始等高线对比分析，并判断误差的分布和程度，或手工量测“同名”等高线的平面变形量，它是一种定性为主的方法。

四、 在Global Mapper环境中采用等高线回放对DEM精度检查的方法

1. 简介Global Mapper软件：

Global Mapper 是一款地图绘制软件，不仅能够将数据显示为光栅地图、高程地图、矢量地图，还可以对地图作编辑、转换、打印、记录GPS及利用数据的GIS功能。Global Mapper的主要用途为浏览、合成、输入、输出大部分流行的扫描点阵图、等高线、矢量数据集的软件，它可以编辑、转换、打印各类地图图形文件。它可以转换数据集的投影方式以符合你的项目的坐标系统，并可以同时对数据集的范围进行裁剪。它还提供距离和面积计算，对比度调节、海拔高度查询以及一些高级功能，如图像校正、通过地表数据进行轮廓生成，对3Dpoint数据转换为三角多边形和网格化等。

2. 在Global Mapper环境中采用等高线回放对DEM精度检查的基本操作

1）打开软件的主界面，点击Open Your Data Files按钮，选择栅格格式的DEM文件，在弹出的对话框中设置投影，确定后显示出DEM彩色晕渲图。

2） 根据DEM反生等高线，在工具条选“文件”在下拉菜单中选“生成等高线”在弹出的对话框中主要设置等高距，其他默认，确定后生成等高线。

3） 引入原始等高线数据，直接在工具栏里打开文件按钮中直接打开原始等高线数据文件，原始等高线数据文件可以是多种格式，如dgn、dwg、mdb、shp、asc、e00、dxf等格式。

4） 通过工具栏中的“打开控制中心按钮”对显示样式进行设置，把根据DEM反生出的等高线和原始等高线分别设定成不同的颜色和线条样式，使图面清晰明了，对于目视检查效果更明显，检查过程更直观，能更方便的检查数据粗差。

3. 检查结果分析

经过DEM生成的等高线数据和原始等高线数据以及DEM晕渲图的套合比对，可以直接检查是否有高程异常。对于因算法不完善而导致生成等高线未封闭、分叉等现象，允许其存在。另外，需要强调的是，如果直接对DEM成果提取等高线，则提取的等高线可能有折角，不够圆滑。如果工作需要，还可以把矢量数据加载进来进行相关性检查，检查山形、水流方向、等高线和高程点关系、等高线与地物关系是否正确。

美国地质调查局在制定的DEM数据标准中要求中误差不允许超过三分之一等高距，最大误差不超过三分之二等高距。我国地域辽阔，地貌类型千差万别，对于各种比例尺DEM不易用统一标准，所以，DEM质量评价还要依照国家标准和具体应用的需求。对于在目视检查过程中发现粗差，适宜返回立体检查，或者实地检测。

五、 结束语

DEM的质量控制是当前广大的地理工作者非常关注的问题。我们进行质量检查，不仅仅是为了得到检查结果，主要还是为了质量控制。数字摄影测量所生产的DEM产品是最原始的数字高程模型数据源，其精度直接影响到DEM在其他环节中的应用，所以，原始DEM数据的质量控制更是重中之重。本文利用Global Mapper软件采用等高线回放方法，对原始等高线和DEM回放生成的等高线进行套合检查，最终得到DEM精度的评定，为今后DEM的精度评定提供了一种方法。但由于实地的特征是千变万化的，没有任何一种评定方法能完美滴解决所有问题。只能根据实际需求以最优化的方法进行评定，采取最经济、有效、方便、实用的方法。

参考文献

宋小东 《地理信息系统实习教程 》 科学出版社

郑群英 《小比例尺图DEM、DOM检查方法探讨》 江西测绘

牛志宏 《数字高程模型误差分析及精度评价述评》长江工程职业技术学院学报