摘要：數字高程模型是基礎測繪的重要產品之一，是地理信息系統不可缺少的數據源，本文結合測繪生產的實際情況，介紹了建立DEM的幾種常用方法和DEM的應用。
　　
　　關健詞：數字高程模型，DEM的表示法，DEM的建立，DEM的應用
　　
　　1.引言
　　數字高程模型（DigitalElevationModel簡稱DEM）是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型，是數字地形模型(DigitalTerrainModel，簡稱DTM)的一個分支。它是在高斯投影平面上規則格網點平面坐標（x,y）及其高程（z）的數據集。該數據集從數學上描述了該區域地貌形態的空間分布，通過DEM數據，我們可以很方便地將其轉換為等高線圖、透視圖、坡度圖、斷面圖、暈渲圖、與數字正射影像復合生成景觀圖等各種專題圖的圖解產品，或者按用戶需求計算出體積、空間距離、表面覆蓋面積等工程數據和統計數據。因此，數字高程模型有著廣泛的應用前景，它是地理信息系統不可缺少的數據源，本文就DEM的表示法、DEM的建立及應用作一簡單介紹。
　　2.DEM的表示法
　　一個地區的地表高程的變化可以采用多種方法表達，用數學定義的表面或點、線、影像都可用來表示DEM。
　　2.1數學方法
　　用數學方法來表達，可以采用整體擬合方法，即根據區域所有的高程點數據，用傅立葉級數和高次多項式擬合統一的地面高程曲面。也可用局部擬合方法，將地表復雜表面分成正方形規則區域或面積大致相等的不規則區域進行分塊搜索，根據有限個點進行擬合形成高程曲面。
　　2.2圖形方法
　　2.2.1線模式
　　等高線是表示地形最常見的形式。其它的地形特征線如山脊線、谷底線、海岸線及坡度變換線等也是表達地面高程的重要信息源。
　　2.2.2點模式
　　用離散采樣數據點建立DEM是DEM建立常用的方法之一。在地形圖上這些離散點以高程點的形式表現出來。離散數據采樣可以按規則格網采樣，可以是密度一致的或不一致的；可以是不規則采樣，如不規則三角網、鄰近網模型等；也可以有選擇性地采樣，采集山峰、洼坑、隘口、邊界等重要特征點。
　　3.DEM的建立
　　建立DEM的方法有多種，以數據源及采集方式來劃分主要有以下幾種。
　　3.1地面測量
　　利用GPS、全站儀、RTK等儀器在野外實地測量，并自動記錄測量數據，將這些數據通過串行通訊，輸入計算機中進行處理，直接獲取各測量點的三維坐標。當點數達到一定密度后，即可生成一定精度的DEM。
　　3.2現有地圖數字化
　　利用手扶跟蹤數字化儀或掃描數字化儀，對已有地形圖上的信息如等高線、高程點進行采集，然后通過內插的方法生成DEM。DEM內插方法很多,主要有分塊內插、部分內插和單點移面內插三種。目前常用的算法是通過等高線和高程點建立不規則的三角網(簡稱TIN)。然后在TIN基礎上通過線性和雙線性內插建立DEM。如下圖所示：
　　
　　等高線TINDEM
　　3.3數字攝影測量方法
　　數字攝影測量方法是DEM數據采集最常用的方法之一。它是以數字影像為基礎，通過計算機進行影像匹配，自動相關運算識別同名象點得其象點坐標，并根據少量的野外像控點進行空三加密，建立各像對的立體模型。在JX4或VirtuoZoNT等相關數字攝影測量軟件的支持下，對各像對進行特征點線（如山脊線、山谷線、地形突變地區線、峰頂、谷底、鞍部及地形突變點）、非相關區（河流、沙灘、房屋群或陰影等相關不好的區域）、水域區（湖泊、水庫等無高差的區域）及森林覆蓋區的量測，并將格網上的各點通過立體觀測編輯到地面上，生成單一像對的DEM，通過DEM的接邊鑲嵌功能生成測區內總的DEM。
　　4.DEM的應用
　　由于DEM描述的是地面高程信息，它在測繪、水文、氣象、地貌、地質、土壤、工程建設、通訊、氣象、軍事等國民經濟和國防建設以及人文和自然科學領域有著廣泛的應用。
　　4.1DEM可用于繪制等高線、坡度圖、坡向圖、立體透視圖、立體景觀圖，并應用于制作正射影像圖、立體地形模型及地圖的修測。
　　4.2DEM在工程建設中可用于體積和面積計算、土方量的計算、各種剖面圖的繪制及線路的設計和通視情況的分析。
　　4.3DEM在軍事上可用于導航(包括導彈及飛機的導航)、通訊、作戰任務的計劃、觀察哨所的設定等。
　　4.4在環境與規劃中，DEM可用于土地現狀的分析、各種規劃及洪水險情預報等。還可將DEM作為背景疊加各種專題信息如土壤、土地利用及植被覆蓋數據等，以便進行顯示與分析。
　　4.5在防洪減災方面，DEM是進行水文分析如匯水區分析、水系網絡分析、降雨分析、蓄洪計算、淹沒分析等的基礎
　　以上介紹的是DEM常用的建立方法和常見功能，無論是哪一種建立方法，均存在著誤差，這些誤差主要是由原始數據的采集誤差和高程內插誤差共同決定的。如果采集的數據點太稀會降低DEM的精度；數據點過密，又會增大數據量、處理的工作量和不必要的存儲量。因此在DEM數據采集之前，需按照所要達到的精度確定合理的取樣密度，或者在DEM數據采集過程中根據地形復雜程度動態調整采樣點密度。我們期待著能尋找到更加科學的算法和手段，以達到DEM精度和時效的雙重追求。
　　參考文獻
　　[1]李志林，朱慶.數字高程模型（M）.武漢大學出版社，2001年7月第1版.
　　[2]劉少華，程朋根等.三角網內插特征點算法研究（J）.華東地質學院學報，2002.9