[发明专利]面向规则格网DEM构建的地形陡坎线信息融合方法

说明书

本发明公开了一种面向规则格网DEM构建的地形陡坎线信息融合方法。该方法包括如下步骤：S1，确定区域陡坎线最小高差，然后确定目标规则格网DEM的栅格尺寸；S2，偏移陡坎线上高程点，即将落在陡坎线上的高程点向陡坎线的某一侧偏移一定的距离；S3，在陡坎线一定范围内迭代加密生成高程点；S4，构建规则格网DEM。本发明的方法采用地形陡坎线高程节点偏移和顾及陡坎线周围虚拟高程采样点加密生成两个关键技术环节，能够有效解决高精度地形建模中地形陡坎线带来的形态失真问题。

技术领域

本发明属于高精度数字高程模型构建的技术领域，涉及在构建规则格网DEM过程中有效融入地形陡坎线，以提高构建DEM的高程精度和形态精度的方法。

背景技术

数字高程模型(Digital Elevation Model，简称DEM)是国家基础地理数据的核心内容。目前，我国已初步完成1:100万、1:25万、1:5万和部分地区1:1万DEM数据的建设。这些数据在国民经济、国防建设及科学研究等方面发挥着了不可或缺的重要作用，其应用领域遍布测绘、交通、军事、水利、农业、环境、资源管理、规划与旅游等众多领域。

已有的经典DEM构建方法能较好反映地表的自然起伏特征，但是对于渐变地形与突变地形交错分布、人工地形与自然地形混合分布的地表，现有DEM地形描述与应用都存在严重的失真现象，形态保真度较低，严重制约了DEM在这些区域的应用深度。上述地形一个重要特点是存在大量的地形陡坎线，特别是在人类活动改造明显的区域，例如河堤、道路边线、农田地块边界线、梯田边界线等。这些边界线是不同地物的边界线，也是局部区域地表高程的突变线，往往线两侧呈现明显的高程差。因此，要在这些区域进行规则DEM构建，必需考虑上述各种边界线对区域高程的影响，否则会造成构建结果形态的明显失真。

将陡坎线融入到DEM中目前普遍应用的方式是构建不规则三角网TIN，即将陡坎线作为约束线成为构建TIN的数据源之一，从而将陡坎线嵌入到形成的不规则三角网中。这种构建方法目前在技术上比较成熟，也早已在一些应用软件中集成应用，例如ESRI旗下的ArcGIS软件。但是这种方式也存在一些问题，其中两个问题需要着重考虑：第一个问题，当将陡坎线嵌入到TIN中时，线要素上必然需要若干节点信息，而这些节点的高程计算是通过陡坎线两侧的高程点做线性插值计算得到的，这种方式计算的结果会在一个局部区域形成一个斜坡，同样造成了地形表达的失真；第二个问题，尽管TIN也是DEM的一种重要存储结构，但是不可否认的是规则格网DEM仍然是各个领域应用最多的DEM数据格式。因此，建立一种面向规则格网DEM的、能够有效保证地表形态精度的地形陡坎线嵌入方法是必要的，也是DEM构建中迫切需要解决的问题。

要实现上述目标，需要回归到格网DEM的构建过程中，寻求一种能顾及到陡坎线两侧高程差异的建模方法。众所周知，基于离散高程点采用空间插值方法是构建规则格网DEM的经典方法，该方法的基本过程是对于待计算高程的点，以该点为中心生成一个邻域，然后通过落入该邻域内的高程采样点按照某种规则计算该点的高程值。因此，若在该过程中考虑地形陡坎线的“分界”作用，需要在计算陡坎线一侧点的高程值时，保证以其为中心的邻域内没有落入另一侧的高程采样点。若要达到该目的普遍采用的思路是在生成邻域范围的时候考虑特征线，即将生成的邻域范围限制在陡坎线的一侧。这种方式看似完美可行，但是实际在处理的时候存在很多问题，例如当地形陡坎线复杂、相互交错时，可能会导致生成的邻域范围内没有足够的高程采样点，同样会造成结果的失真现象。可见，单纯的去优化DEM构建方法难以解决地形陡坎线处形态失真的问题，这就需要再去寻求一种新的策略，既要能在各种类型区域可操作，也要真正实现地形陡坎线处地形突变的特点，保证构建DEM的形态精度。否则，势必会影响水文、农业、环境保护等领域对DEM的应用需求，难以实现DEM的真正价值。

发明内容

本发明针对上述问题，面向规则格网DEM的构建，设计了一种能够有效保证形态特征的地形陡坎线信息融入方法。该方法采用地形陡坎线高程节点偏移和顾及陡坎线周围虚拟高程采样点加密生成两个关键技术环节，能够有效解决高精度地形建模中地形陡坎线带来的形态失真问题。