許嘉昌 周錫圳

DEM數(shù)字地面模型在國(guó)土測(cè)量中的應(yīng)用

許嘉昌 周錫圳

測(cè)量是國(guó)土資源管理?yè)?dān)負(fù)的基礎(chǔ)性職責(zé)。我國(guó)地緣遼闊，政府科學(xué)配置國(guó)土資源，強(qiáng)化監(jiān)督國(guó)有土地，構(gòu)建動(dòng)態(tài)的土地市場(chǎng)下的地市場(chǎng)監(jiān)測(cè)機(jī)制，推動(dòng)農(nóng)業(yè)用地的流轉(zhuǎn)，這些都需要以土地測(cè)量數(shù)據(jù)為前提條件。DEM 數(shù)字地面模型是借助數(shù)字化技術(shù)形成的一類產(chǎn)品，應(yīng)用在國(guó)土測(cè)量測(cè)繪中，前景廣闊。本文分析了DEM數(shù)字地面模型在國(guó)土測(cè)量中的具體應(yīng)用，以期國(guó)土測(cè)量工作能夠合理開展。

一、國(guó)土測(cè)量的作用與任務(wù)內(nèi)涵

歐美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家將國(guó)土測(cè)量工作劃入到國(guó)土整理的范圍內(nèi)，已經(jīng)具備制度化和常態(tài)化的態(tài)勢(shì)。我國(guó)在這方面起步時(shí)間短，和他們相比，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性及總體規(guī)劃的前瞻性上相差較遠(yuǎn)。這就需要結(jié)合國(guó)土測(cè)量專業(yè)的特征，充分研究測(cè)量基礎(chǔ)理論知識(shí)，考慮我國(guó)實(shí)際情況，形成我國(guó)特色標(biāo)準(zhǔn)下的流程化的實(shí)施手段，在國(guó)家內(nèi)實(shí)施大范圍的國(guó)土整理測(cè)量，較為緊迫，也相當(dāng)重要?！包c(diǎn)”、“線”及“面”的規(guī)劃調(diào)查測(cè)量、實(shí)施工程測(cè)量是國(guó)土測(cè)量需要擔(dān)負(fù)的職責(zé)，以確保國(guó)土資源測(cè)繪的進(jìn)行。

為實(shí)現(xiàn)國(guó)家國(guó)土資源的合理配置及資源的充分利用，現(xiàn)階段土地臺(tái)賬的構(gòu)建，提供了基礎(chǔ)支撐。依照權(quán)屬，國(guó)土資源細(xì)分為政區(qū)管轄，協(xié)助礦產(chǎn)資源、水資源等調(diào)查工作的開展。根據(jù)使用用途的不同，明確居民點(diǎn)和農(nóng)用場(chǎng)地，如耕地和園林等，同時(shí)還包括水利設(shè)施用地、交通運(yùn)輸用地等。

二、國(guó)土包含的測(cè)量要素

控制測(cè)量，在工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)的地面上，依照特定的規(guī)律，設(shè)置一些網(wǎng)點(diǎn)，同時(shí)準(zhǔn)確定位這些點(diǎn)，目的是設(shè)置測(cè)量基準(zhǔn)。控制測(cè)量指導(dǎo)地形測(cè)圖與工程建設(shè)測(cè)量放樣的進(jìn)行。土地的控制測(cè)量：

第一，對(duì)地形測(cè)圖測(cè)量基準(zhǔn)的設(shè)定。一般使用的方式是，依照特定規(guī)律，在測(cè)量區(qū)域范圍內(nèi)的地面上，準(zhǔn)確定位一些網(wǎng)點(diǎn)?？刂凭W(wǎng)是為了明確地形圖中所有地貌相對(duì)位置和地物相對(duì)位置，通過這種控制網(wǎng)聯(lián)系測(cè)區(qū)的一些測(cè)量工作；第二，指導(dǎo)測(cè)繪地形圖比例的確定；第三，為了確保精準(zhǔn)的測(cè)繪，避免地形圖中出現(xiàn)誤差的傳遞和積累。

1.坐標(biāo)系統(tǒng)與水準(zhǔn)面的選取

國(guó)土測(cè)量，一般將高斯正形投影平面直接坐標(biāo)系應(yīng)用在國(guó)土測(cè)量中，和國(guó)家坐標(biāo)系保持統(tǒng)一性。因?yàn)槭轻槍?duì)地球進(jìn)行的測(cè)量，地球自然表面是比較復(fù)雜的，同時(shí)也不規(guī)則。地形起伏變動(dòng)較大，不能通過一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)解決國(guó)家大地與工程控制的實(shí)際測(cè)量，也無法進(jìn)行描述。

為確保地球曲面的幾何問題能夠獲得良好的解析，通常我們選擇的地球形狀要和地球接近，同時(shí)方便通過數(shù)學(xué)運(yùn)算獲得形體來取代地球曲面，把觀察和測(cè)量獲得的結(jié)果融入到形體表面的計(jì)算中。一般我們以參考橢球體代替地球，這個(gè)橢球體和地球有著相當(dāng)?shù)捏w積和質(zhì)量等，該橢球體的中心、旋轉(zhuǎn)軸分別和地球質(zhì)心、地球自轉(zhuǎn)軸重合。有許多和鉛垂線保持垂直的水準(zhǔn)面位于地球曲面上，將水準(zhǔn)面用作大地水準(zhǔn)面，其和平均海平面相重合。橢球體用作參考后，便產(chǎn)生了大地水準(zhǔn)面與參考橢球面，便于我們對(duì)地控制基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)位置的控制及對(duì)地形的測(cè)繪、大地測(cè)量的計(jì)算。

2.測(cè)量控制網(wǎng)與獨(dú)立高等控制網(wǎng)的構(gòu)建方式

測(cè)量控制網(wǎng)的構(gòu)建方式。當(dāng)前通常使用GPS測(cè)量，以構(gòu)建四等點(diǎn)控制網(wǎng)的平面與坐標(biāo)。通過兩臺(tái)接收機(jī)，對(duì)3顆衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)已知高等控制點(diǎn)的結(jié)算，借助后方交會(huì)的原理來實(shí)現(xiàn)，緊接著計(jì)算所有點(diǎn)的連接與平差，通過坐標(biāo)對(duì)獲得的每一個(gè)未知點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行傳遞。使用水準(zhǔn)儀對(duì)控制點(diǎn)高程測(cè)量中的四等水準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量。

獨(dú)立高等控制網(wǎng)的構(gòu)建方式。通過GPS實(shí)施四等控制國(guó)土測(cè)量中的首級(jí)控制網(wǎng)，一般采用聯(lián)測(cè)分帶換算首級(jí)控制網(wǎng)和國(guó)家坐標(biāo)點(diǎn)，采用常規(guī)手段對(duì)一級(jí)導(dǎo)線的安全性做加密處理，有助于已有地面數(shù)據(jù)與實(shí)地坐標(biāo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫銜接，保障測(cè)量中坐標(biāo)系統(tǒng)具有連續(xù)性。

三、DEM 數(shù)字地面模型應(yīng)用在國(guó)土測(cè)量中

數(shù)字地面模型，即為精確地定位及展現(xiàn)地球表明的起伏情況，依照數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的方式，對(duì)采集而來的眾多地形點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行表達(dá)表達(dá)。觀察數(shù)字地面模型不難得到，地面上沒一點(diǎn)位置的屬性值。DEM是一種科學(xué)的地形表面的數(shù)學(xué)抑或數(shù)字。

1.DEM的定義和優(yōu)點(diǎn)

DEM被翻譯成數(shù)字高程矩陣，經(jīng)常被用在地圖學(xué)中。DEM集合了特定范圍內(nèi)規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的立體三維坐標(biāo)，可以借助一組有序數(shù)值陣列數(shù)字方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)地形表面形態(tài)在空間分布屬性的表達(dá)，為地面高程提供了設(shè)計(jì)、測(cè)量、建構(gòu)實(shí)體地面等的重要手段。

DEM基于特定地理所屬的地形數(shù)據(jù)，借助數(shù)學(xué)變換，通過三維空間方式將所屬的地形地物呈現(xiàn)在二維平面中，按照離散分布的平面點(diǎn)，對(duì)分布地型進(jìn)行模擬，植入數(shù)據(jù)，產(chǎn)生坡度圖信息和高線圖信息等，定量虛擬表現(xiàn)地形和地貌，其應(yīng)用在坡度圖、中等高線等的測(cè)量和測(cè)繪中，是無法替代的。

2.DEM建模的手段

DEM表面模型的生成包含以下幾種方式：

首先，是在點(diǎn)的表面上形成的，也就是在各點(diǎn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上形成的水平面，緊接著將不連續(xù)的、不相鄰的表面形成統(tǒng)一的DEM表面。其次，在格網(wǎng)基礎(chǔ)形成的模型。需要四個(gè)或以上的點(diǎn)，對(duì)一個(gè)雙線性表面進(jìn)行確定，屬于比較合適的正方形格網(wǎng)。一旦區(qū)域范圍較大，使得DEM表面出現(xiàn)不能想象的抖動(dòng)。再次，是在三角形表面上形成的?？臻g中的每三個(gè)點(diǎn)可以生成隨意傾斜平面的三角形，因?yàn)槿切蔚男螤詈痛笮∈嵌嘧兊?，地形特征線數(shù)據(jù)與斷裂線數(shù)據(jù)等結(jié)合一起是非常簡(jiǎn)單的。還有一種方法，就是在混凝土表面模型基礎(chǔ)上形成的。細(xì)分格網(wǎng)，形成三角形網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)面是持續(xù)不間斷的；植入不規(guī)則三角網(wǎng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)格網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際工作中，在三角形和格網(wǎng)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的建模方式于實(shí)際中比較常用。

3.地形分析，逼真場(chǎng)景生成

用于地形分析。GIS核心引領(lǐng)下的3S技術(shù)不斷發(fā)展，DEM研究深入，普遍應(yīng)用在國(guó)土測(cè)量中，有著寬廣的前景。以DEM方式能夠模型測(cè)量地帶位置處各點(diǎn)地形狀況，計(jì)算出任一點(diǎn)的高程，能夠分類地貌形態(tài)，繪制地形剖面圖。

DEM結(jié)合遙感圖像，生成逼真的場(chǎng)景。DEM實(shí)現(xiàn)了等距格網(wǎng)模與遙感圖像數(shù)據(jù)的結(jié)合，借助地形高程信息，充分了解測(cè)量區(qū)域內(nèi)的地貌形態(tài)、景觀格局、植被土壤，此外，提升了地形起伏地區(qū)測(cè)量的準(zhǔn)確性。

四、結(jié)語(yǔ)

DEM數(shù)字地面模型是一種比較先進(jìn)的模型，借助數(shù)字技術(shù)，能夠模擬地形，清晰地呈現(xiàn)地形地貌等，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是不能夠取代的。DEM的建模有幾種方式，每一種方法的使用都要考慮具體的使用情況，便于更好地應(yīng)用在地形分析中。DEM應(yīng)用下，結(jié)合遙感圖像，生成比較逼真的情景?？傊珼EM數(shù)字地面模型在國(guó)土測(cè)量中的應(yīng)用極大方便了國(guó)土測(cè)量，我國(guó)相比國(guó)外在這方面的應(yīng)用水平還有一定差距，其應(yīng)用水平需要提升，相關(guān)研究需要深入，促使DEM數(shù)字地面模型不斷完善，無論是理論層面，還是具體應(yīng)用都能得到較好地保障，更好地服務(wù)國(guó)土測(cè)量工作。

（作者單位：開平市國(guó)土資源局）