数字高程模型

对地面地形的数字化模拟

数字高程模型（Digital Elevation Model)，简称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达），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，其它各种地形特征值均可由此派生。

简介

DTM的另外两个分支是各种非地貌特性的以矩阵形式表示的数字模型，包括自然地理要素以及与地面有关的社会经济及人文要素，如土壤类型、土地利用类型、岩层深度、地价、商业优势区等等。实际上DTM是栅格数据模型的一种。它与图像的栅格表示形式的区别主要是：图像是用一个点代表整个像元的属性，而在DTM中，格网的点只表示点的属性，点与点之间的属性可以通过内插计算获得。

建立方法

建立DEM的方法有多种。从数据源及采集方式讲有：(1)直接从地面测量,所涉及的仪器有水平导轨、测针、测针架和相对高程测量板等构件，也可以用GPS、全站仪、野外测量等高端仪器;（2）根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取,如立体坐标仪观测及空三加密法、解析测图、数字摄影测量等等;(3)从现有地形图上采集，如格网读点法、数字化仪手扶跟踪及扫描仪半自动采集然后通过内插生成DEM等方法。DEM内插方法很多,主要有整体内插、分块内插和逐点内插三种。整体内插的拟合模型是由研究区内所有采样点的观测值建立的。分块内插是把参考空间分成若干大小相同的块，对各分块使用不同的函数。逐点内插是以待插点为中心，定义一个局部函数去拟合周围的数据点，数据点的范围随待插位置的变化而变化，因此又称移动拟合法。有规则网络结构和不规则三角网(Triangular Irregular Network, 简称TIN)两种算法。

目前常用的算法是TIN，然后在TIN基础上通过线性和双线性内插建DEM。用规则方格网高程数据记录地表起伏的优点有：（X，Y）位置信息可隐含，无需全部作为原始数据存储由于是规则网高程数据，以后在数据处理方面比较容易。缺点有：数据采集较麻烦，因为网格点不是特征点，一些微地形可能没有记录。TIN结构数据的优点：能以不同层次的分辨率来描述地表形态.与格网数据模型相比,TIN模型在某一特定分辨率下能用更少的空间和时间更精确地表示更加复杂的表面.特别当地形包含有大量特征如断裂线、构造线时，TIN模型能更好地顾及这些特征。

形式

数字高程模型的数据组织表达形式有多种，其中在土地利用工程中常用的有规则的矩形格网与不规则的三角网两种。

(1)规则矩形格网。规则矩形格网是高斯投影平台上，在z、Y轴方向按等间隔排列的地形点的平面坐标(z，y)及其方程(z)的数据集，其任一点P_{i,j}的平面坐标，可根据该点在DEM中的行列号i，j及存放在该DEM文件基本信息中推算出来。矩形格网DEM的优点是存储量较小，可以压缩存储，便于使用和管理。在农地开发整理中，由于范围较小而且地形变化较小，测算土方量时一般采用方格网法，因此用矩形格网法组成DEM较为适用。

(2)不规则三角网。不规则三角网是用不规则的三角网表示的DEM，通常称DEM或TIN(Triangulated Irregular Network)，由于构成TIN的每个点都是原始数据，避免了内插精度损失，所以TIN能较好地估计地貌的特征点、线，表示复杂地形比矩形格网精确。但是TIN的数据量较大，除存储其三维坐标外还要设网点连线的拓扑关系，一般应用于较大范围航摄测量方式获取数值。

数据来源

数字高程模型的数据来源主要有以下几种途径：

摄影测量、地面测量、已有地形图数字化、已有的DEM库中提取。对于局部的土方工程计算而言，用摄影测量方式获取数据(除非是应用原有资料)，显然在经济上是不合算的，已有的DEM库多因网格间距较大，也不合适。因此在实际工作中主要采取应用已有的大比例尺地形图扫描矢量化，或用全站仪、测距仪+电子平板直接测得到测点的三维坐标。

分辨率

DEM分辨率是DEM刻画地形精确程度的一个重要指标，同时也是决定其使用范围的一个主要的影响因素。DEM的分辨率是指DEM最小的单元格的长度。因为DEM是离散的数据，所以（X，Y）坐标其实都是一个一个的小方格，每个小方格上标识出其高程。这个小方格的长度就是DEM的分辨率。分辨率数值越小，分辨率就越高，刻画的地形程度就越精确，同时数据量也呈几何级数增长。所以DEM的制作和选取的时候要依据需要，在精确度和数据量之间做出平衡选择。目前我国已经完成了1：50000地形图的制作DEM的数据库的建设。

用途

由于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、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。如在工程建设上，可用于如土方量计算、通视分析等；在防洪减灾方面，DEM是进行水文分析如汇水区分析、水系网络分析、降雨分析、蓄洪计算、淹没分析等的基础;在无线通讯上，可用于蜂窝电话的基站分析等等。

发展成果

2023年8月24日消息，从自然资源部获悉：中国已全面建成新一代数字高程模型。在地形级实景三维建设方面，中国全面建成覆盖全国陆地国土的10米格网新一代数字高程模型，完成了东部和西部重点区域约600万平方千米优于5米格网地形的三维模型建设；建成了11版覆盖全国陆地国土2米分辨率、2版覆盖重点区域优于1米分辨率的影像数据，实现影像成果由不定期获取向按季度采集和提供的跨越；完成了黄河流域约40万平方千米基础地理实体数据建设。

产品案例

全国各省市DEM数据产品是地理国情监测云平台推出的土地资源类数据产品之一。在TIN算法基础上采用线性、双线性内插法建成DEM数据，数据精度30m、90m、1km，数据质量好，可满足用户的特定需求。

全国各各省市电子高程(渲染)数据产品。

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