第
37
卷第
4
期
2012
年
4
月
武汉大学学报·信息科学版
Geomatics
and
Information Science
of
Wuhan University
Vo
l.
37 NO.4
Ap
r.
2012
文章编号
:1671-8860(2012)04-0472-05
文献标志码
:A
一种由等高线构建
DEM
的新方法
宋敦江
l
岳天祥
2
杜正平
2
(1
中国科学院科技政策与管理研究所,北京市海淀区中关村北一条
15
号,
100190)
(2
中国科学院地理科学与资源研究所,北京市朝阳区大屯路甲
11
号,
10010])
摘
要:基于
HASM
,提出了一种由等高线建立
DEM
的新方法
HASM-Q
C,
HASM-QC
方法保证地形曲面
的整体光滑性,保证
DEM
最大程度上忠实于原始等高线数据。实际等高线案例结采表明,
HASM-QC
方法
与基于薄板样条原理的
Hutchinson
方法的
DEM
模拟结果及其回放的等高线差相比,前者比后者保留更多的
地形特征信息,前者的回放等高线比后者回放等高线吴忠实于原始数据。
关键词:等高线树;
HASM
优化控制;薄板样条
Hutchinson
方法;等高线回放
中图法分类号
:P208
尽管新一代地球空间信息技术(如
InSAR
、
LiDAR
和数字摄影测量等技术)可快速获取
DEM
数据,但是传统的由人工解译地形得到的等
高线仍然是一种十分重要的用于建立
DEM
的数
据源
[IJ
。广泛应用于科研与日常生活中的国家测
绘局
1
:
25
万、
1
:
5
万及
1 1
万
DEM
数据,就
是基于等高线和离散点通过建立
TIN
(triangu
lated
irregular
networks)
后线性插值得到的问。
等高线数据是通过对地形(
landforms)
的抽象理
解和概括而获得的一种数据,是从摄影测量立体
像对模型中自动生成的,蕴涵着大量地形特征信
息
[IJ
包括河流线和山脊线等。等高线蕴涵着大
量地形信息,所以在基于等高线建立
DEM
时应
选择具有针对性的方法,而不是选择通用的空间
插值方法,如反距离权重
(IDW)
法、样条(
spline)
法和克里金
(Kr
昭
ng)
法等
[3J
。近
20
多年来,国
外对由等高线构建
DEM
的方法进行了诸多研
究[叫。
HASM(high
accuracy
surface
modeling)
是
我国学者
21
世纪初提出的基于微分几何曲面论
的曲面建模新方法
[5-7J
0
HASM
需要对研究区域
内每个待模拟网格点建立两个方程,故
HASM
最后需要求解一个巨大(百万阶以上)的线性方程
组。目前,
HASM
主要用于由离散点模拟曲面,
收稿日期:
2012-01-25
。
已有的数值模拟结果表明,
HASM
用于由离散点
建立
DEM
得到的结果比地理信息系统中传统方
法的精度高许多倍[叫,但是对除离散点外的其他
类型数据的
HASM
方法应用研究却很少问。为
了提高
HASM
在模拟离散点外的其他类型数据
时的精度,更多的蕴含在原始数据中的地形信息
需要被利用,需要建立更多的约束方程,于是,提
出了优化控制
(optimal
control)
HASM-OC
方
法。等高线树是用于表示等高线空间拓扑关系的
一种数据结构[吨,等高线拓扑关系主要包括父子
的隶属层次关系或包含关系,以及邻接或兄弟并
列关系,闭合等高线树的构建方法有很多。通过
对等高线树数据结构的遍历,可以获得区域内任
意一个网格点高程的上下界(为包围该网格点的
所有等高线高程的最小值与最大值,开区间)。文
献
[3J
直接将等高线上的点按照一定的规则进行
离散化,结果有不少不理想的地方,这是因为等高
线的很多有用信息未被利用。优化控制方法应用
广泛,但是运用优化控制方法进行
DEM
构建的
研究几乎没有,本文利用等高线树来计算任意点
的高程上下界,运用优化控制理论,提出了构建
DEM
的
HASM-OC
方法。
ANUDEM
是专业建立高精度
DEM
的软件
包,其功能已经集成到
ArcGIS
系统中,执行命令
项目来源:国家自然科学基金青年基金资助项目
(40801187)
;国家杰出青年科学基金资助项目
(40825003);
中国科学院资源与环境
信息系统国家重点实验室开放研究基金资助项目
(A0704)
。