DEM数据质量分析与控制
DEM制作及流程
DEM制作及流程数字高程模型（DEM）是一种用于描述地形形态的数值表达方法。
它是地理信息系统（GIS）和遥感技术中的关键组成部分，广泛应用于土地利用规划、地貌分析、水资源管理、环境评估等领域。
本文将详细介绍DEM制作的流程和步骤。
1.数据采集在DEM制作的第一步，需要收集各种有关地形形态的数据，包括高程测量数据、卫星遥感影像和地形图等。
高程测量数据可以通过全球定位系统（GPS）或传统的测量方法获得。
而卫星遥感影像和地形图可以通过地理信息系统或其他相关软件测绘和处理。
2.数据处理数据采集完毕后，需要对数据进行处理。
首先，对高程测量数据进行数据质量控制，主要是检查是否有异常值和误差，对问题点进行修正和剔除。
然后，将卫星遥感影像和地形图与高程测量数据进行配准，以保证数据的一致性和精度。
3.数据插值在DEM制作的过程中，常常需要进行数据插值处理。
通过插值方法，将已知的有限高程点插值为一个全面且完整的高程表面。
常用的插值方法有反距离加权法（IDW），三角网法（TIN）和克里金法等。
插值得到的DEM可以平滑地反映地面形态，并为后续分析提供准确的数据基础。
4.数据量化在数据插值完成后，需要对DEM进行量化处理。
量化主要是将连续的高程数据离散化为离散的高程等级，以便进行其他地形分析和展示。
量化的方法有三类：分层（Layering），间隔（Interval）和分段（Band）法。
选择合适的量化方法可以根据实际需求和研究目的进行。
5.剖面分析剖面分析是DEM制作的重要环节之一、通过选择地面上的两点，绘制剖面线，计算这两点之间的高程变化，并以剖面图的形式展示出来。
剖面分析可以直观地反映地面的形态和起伏情况，为地形分析和规划提供重要的参考数据。
6.地形分析地形分析是DEM制作的核心内容之一、通过DEM，可以进行地形参数提取、地形单位划分、地形等级评价等分析工作。
地形参数包括高程均值、高程标准差、地势指数等，可以用来描述和比较不同地形单元之间的差异。
数字高程模型（DEM）考试题目答案
数字⾼程模型（DEM）考试题⽬答案1、什么是数字⾼程模型，它有什么特点？答：⼴义：地形表⾯形态的数字化表达狭义：有限的离散⾼程采样数据对地表形态的数字化模拟特点1）精度的恒定性2）表达的多样性3）更新的实时性4）尺度的综合性2、简述数字⾼程模型的主要研究内容。
答：1)地形数据采集；2)数据组织与地表建模，主要分为不规则格⽹DEM(TIN)和规则格⽹DEM (GRID)；3)精度分析与质量控制；4)可视化表达；5)应⽤与分析3、试分析数字⾼程模型数据源及其特点1)地⾯本⾝通过⽓压测⾼法、航空和测⾼仪等可获得精度要求不⾼的⾼程数据，以⽤于⼤范围⾼程要求不⾼的科学研究2)既有模拟/数字地形图a地形图现势性：纸质地形图制作⼯艺复杂、更新周期长，⼀般不能反映局部地形地貌的变化情况。
b地形图存储介质：多为纸质存储介质导致地形图幅不同程度的变形。
c地形图精度：不同的精度对应的等⾼线等⾼距、对地形的综合程度、成图⽅法各不同。
3)航空/航天遥感影象航空/航天遥感影象的更新速度快，⼀直是地形图测绘和更新最有效、也是最主要的⼿段特点：遥感的⼏何畸变；遥感数据的增强处理；遥感数据的空间分辨率；遥感影像数据的解译与判读4)既有DEM数据4、简述数字⾼程模型数据采样中的基本布点⽅式及采样数据的属性。
基本布点⽅式：选择性采样、沿等⾼线采样、剖⾯法、规则格⽹采样、渐近采样、混合采样采样数据的三⼤属性：点的分布、密度、数据精度5、⽬前主流的DEM数据采集⽅法有哪些？并对各⽅法进⾏对⽐分析。
1）从地⾯直接采集的⽅法全站仪数字采集、GPS采集(RTK⽅式)；精度⾮常⾼(cm)、效率低、成本⾼、适⽤于⼩范围区域（特别是⼯程应⽤）2）地形图数据采集⽅法精度与底图有关(图上0.1~0.3mm)、效率⾼、成本低、适⽤于国家范围内的中低精度DEM的数据采集3）摄影测量数据采集⽅法精度⽐较⾼(cm~dm)、效率⾼、成本⽐较⾼、适⽤于国家范围内的较⾼精度DEM的数据采集6、DEM数据获取中的新技术和⽅法有哪些？答：1)合成孔径雷达⼲涉测量数据采集⽅法；2）机载激光扫描数据采集；3）基于声波、超声波的DEM数据采集7、简述GRID的结构特点与数据组织形式。
DEM重点整理(又添加)
DEM重点整理第一章概述1. 模型：指用来表现其他事物的一个对象或概念，是按比例缩减并转变到我们能够理解的形式的事物本体。
2. 数字地面模型含义的扩展：测绘学家心目中的数字地面模型是新一代的地形图，地貌和地物不再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，而且通过储存在磁性介质中的大量密集的地面点的空间坐标和地形属性编码，以数字的形式描述。
3. 数字高程模型的概念：数字高程模型简称DEM。
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，是数字地形模型的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。
4. 数字高程模型的含义：DEM是DTM中最基本的部分，它是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达。
5. 数字地面模型的特点：（1）易以多种形式显示地形信息；（2）精度不会损失；（3）容易实现自动化、实时化；（4）具有多比例尺特性。
6. 数字高程模型的应用范畴：见课本10页作为国家地理信息的基础数据土木工程、景观建筑与矿山工程的规划与设计为军事目的‘军事模拟等)而进行的地表三维显示景观设计与城市规划流水线分析、可视性分析关交通路线的规划与大坝的选址不同地表的统计分析与比较生成坡度图、坡向图、剖面图，辅助地貌分析，估计侵蚀和经流等作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被搜盖数据等，以进行显示与分析为遥感、环境规划中的处理提供数据辅助影像解译、遥感分类将I}If}概念扩充到表示与地表相关的各种属性，如人口、交通、旅行时间等与GI5联合进行空间分析虚拟地理环境第二章数字高程模型的采样理论1.采样的理论背景：推而广之，采样定理同样适用于决定相邻剖面之间的采样间隔，从而得以获取由DEM所表示的地形表面的足够信息。
反之，如果地形剖面的采样间隔是Dx，那么波长小于2Dx的地形信息将完全损失。
2.数据采样策略：（1）沿等高线采样（2）规则格网采样（3）剖面法（4）渐进采样（5）选择性采样（6）混合采样3. 数字高程模型源数据的三大属性：数据的分布、数据密度、数据精度。
实景三维DEM数据生产及质量控制技术探索
创新应用地理信息世界GEOMATICS WORLD 第29卷 第3期2022年6月Vol.29 No.3June，2022实景三维ＤＥＭ数据生产及质量控制技术探索Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｒｅａｌ ３Ｄ ＤＥＭ Ｄａｔａ引文格式：何建宁，吴燕平，李冬芳，等.实景三维DEM数据生产及质量控制技术探索[J].地理信息世界,2022,29(3):43-48.何建宁１，吴燕平２，李冬芳３，成晓英１，郭兴富１1. 自然资源部 第一地理信息制图院，陕西 西安 710054；2. 自然资源部 第一航测遥感院，陕西 西安 710054；3. 自然资源部 陕西测绘产品质量监督检验站，陕西 西安 710054作者简介：何建宁（1981―），女，陕西西安人，正高级工程师，硕士，主要从事基础测绘数据生产、地理国情监测及地图制图等技术工作Ｅ－ｍａｉｌ：****************通信作者：吴燕平（1971―），女，陕西西安人，高级工程师，硕士，主要从事基础测绘数据生产、地理国情监测、地图制图、实景三维中国建设等项目管理工作Ｅ－ｍａｉｌ：*****************收稿日期：2022-01-10ＨＥ Ｊｉａｎｎｉｎｇ１，ＷＵ Ｙａｎｐｉｎｇ２，ＬＩ Ｄｏｎｇｆａｎｇ３，ＣＨＥＮＧ Ｘｉａｏｙｉｎｇ１，ＧＵＯ Ｘｉｎｇｆｕ１1. The First Institute of Geoinformation and Cartography, Ministry of Natural Resources, Xi ＇an 710054, China;2. The First Institute of Photogrammetry and Remote Sensing, Ministry of Natural Resources, Xi ＇an 710054, China;3. Shaanxi Surveying and Mapping Production Supervision and Inspection Station, Ministry of Natural Resources, Xi ＇an 710054, China【摘要】地形级DEM数据是实景三维中国建设的重要地形数据成果，也是国家新型基础设施建设的重要组成部分。
谈DEM数据的制作与质量控制
谈DEM数据的制作与质量控制摘要：本文着重介绍了“4d”产品中的dem并结合作业区使用数码航摄资料里制作dem的质量检查谈谈对dem的认识与体会。
关键词：dem；数字产品制作；质量检查中图分类号：o213.1 文献标识码：a 文章编号：引言摄影测量与遥感是从影像和其它传感系统中获取地球及其环境的可靠信息，并对其进行记录、量测、分析与表达的科学和技术。
数字高程模型（dem）是数字化测绘“4d”产品的重要组成部分之一，有着广阔应用前景的基础地理信息数据。
制作数字正射影像dom 的就必须先生成dem，盘锦市利用dom与dem建立三维立体漫游景观地理信息系统，丰富了城市管理、规划的手段与方法，也为招商引资建立了一个直观的平台。
1．1 dem定义数字高程模型（digital elevation model）,简称dem。
它是用一组有序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。
从数学的角度，高程模型是高程z关于平面坐标x，y两个自变量的连续函数，数字高程模型（dem）只是它的一个有限的离散表示。
高程模型最常见的表达是相对于海平面的海拔高度，或某个参考平面的相对高度，所以高程模型又叫地形模型。
实际上地形模型不仅包含高程属性，还包含其它的地表形态属性，如坡度、坡向等。
数字地形模型是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。
数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（digital elevation model，简称dem）。
高程是地理空间中的第三维坐标。
由于传统的地理信息系统的数据结构都是二维的，数字高程模型的建立是一个必要的补充。
dem通常用地表规则网格单元构成的高程矩阵表示，广义的dem还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。
在地理信息系统中，dem 是建立dtm的基础数据，其它的地形要素可由dem直接或间接导出，称为“派生数据”，如坡度、坡向。
数字高程模型第二讲DEM数据组织与管理
这种结构只需要两个文件：三角形顶点坐标文件和组 成三角形三顶点用点在坐标文件中的序号表示文件
ArcView DEM 文本文件格式
2行程编码结构
对于一幅DEM;常常在行或列方向上相邻的若干点具 有相同的高程值;因而从第一列开始;在格网单元数值发生 变化时一次纪录该值以及重复的个数;应用时利用重复个 数恢复DEM矩阵 对DEM每一行均按上述结构组织;则实现 DEM行程编码方案
行程编码实际上是一种栅格数据的压缩方案;能有效地 减少数据存储量;特别在平坦地区
3块状编码结构
块状编码方案是将行程编码方案从一维扩展到二维的 情况;它采用方形区域作为纪录单元;每个纪录单元包括相 邻的若干栅格 数据结构是由纪录单元的初始位置行列号 格网单元高程值和方形区域半径正方形区域的边长;采用 格网间距倍数表示所组成的单元组 整个DEM数据文件由 该单元组组成;根据初始位置和区域半径可恢复高程矩阵
● 镶嵌数据模型按照网格形状可分为规则镶 嵌数据模型和不规则镶嵌数据模型;镶嵌模型的典 型应用是地形曲面模拟;即数字高程模型;其中基 于正方形网络的镶嵌数据模型为栅格DEM;而基于 不规则镶嵌数据模型为不规则三角网DEM
2 2 2规则镶嵌数据模型 ● 所谓规则镶嵌数据模型;就是用规则的小面
块集合来逼近不规则分布的地形曲面 在二维空间 中可以有多种可能的规则格网划分方法;如图1
ＴＩＮ
坐标表
三角形表
ＴＩＮ模型基本链表结构
这种结构简单但拓扑关系是隐含的;不利于TIN模型的检索与应 用 因此围绕着拓扑关系的描述产生了多种TIN的数据结构
数字高程模型第三章DEM数据获取方法
扫描与矢量化：黑色或彩色扫描，扫描参数根据图件信息量、线划密度、质量等因素调节，一般分辨率不小于300dpi。扫描后进行矢量化。 数据分层：主要用于DEM的层有地形信息层、水系层、推测区域、辅助高程层、公里网层等。
2.摄影测量数据采集方法 1〕摄影测量的根本原理：利用在不同地方获取的具有一定重叠度的同一景物的两张影像，在室内建立立体模型，对其进行三维量测。 2〕摄影测量的信息获取方式 航空/航天摄影测量：飞行器上搭载摄影测量设备〔传感器〕，垂直摄影方式获得数据。 地面摄影测量：采用倾斜摄影或交向摄影方式获取数据。
基于不同观点的采样 1.统计学观点：DEM外表可以看作是点的特定集合〔采样空间〕有随机采样和系统采样两种方法。因此，对特定集合的研究可以转化为对采样数据的研究。 随机采样：对各采样点以一定概率进行选择，各点被选中的概率各不相同〔假设概率相同那么为简单随机采样〕。 系统采样：也称规那么采样，以预先设定的方式确定采样点，各采样点被选取得概率为100%。
5 . 地貌单元类型 不同的地貌类型划分对DEM数据采集有一定的指导意义，如黄土地貌破碎，要分布较的采样点，而平原地区高程数据的精度要求比较高〔对坡向、流域网络影响比其他地区要大〕。
采样数据的属性 采样：确定在何处需要量测点的过程，这个过程由三个参数决定：点的分布、点的密度和点的精度。 1.采样数据的分布：由数据位置和结构来确定，指数据点的分布形态。 位置由地理坐标系统中经纬度或格网坐标系统中坐标决定。 结构〔分布〕的形式很多，因地形特征、设备、应用的不同而不同。 结构〔或分布〕的类别之间没有明显的界线和标准，实际采样时相互之间很多时候是重叠的。
5.选择性采样：根据地形特征进行选择性采样，沿山脊线、山谷线、断裂线、离散特征点〔山顶点〕等。 优点是只需以少量的点便能使其所代表的地面具有足够的可信度。 6.混合采样：将选择性采样与规那么格网采样相结合或者是选择性采样与渐进采样相结合的方法。
dem数据使用教程
DEM高程数据(2013-11-12 15:06:40)转载▼标签：杂谈DEM高程数据包括两个部分：ASTER GDEM30米分辨率高程数据和SRTM90米分辨率高程数据。
ASTER GDEM数据来源于NASA，数据覆盖范围为北纬83°到南纬83°之间的所有陆地区域，时间范围为2000年前后；SRTM数据来源于CIAT，数据覆盖范围为北纬60°至南纬60°之间的所有陆地区域，时间范围为2000年前后。
ASTER GDEM 30米分辨率高程数据本数据集利用ASTER GDEM第一版本（V1）的数据进行加工得来，是全球空间分辨率为30米的数字高程数据产品。
由于云覆盖，边界堆叠产生的直线，坑，隆起，大坝或其他异常等的影响，ASTER GDEM第一版本原始数据局部地区存在异常，所以由ASTER GDEMV1加工的数字高程数据产品存在个别区域的数据异常现象，可以和全球90米分辨率数字高程数据产品互相补充使用。
ASTER GDEM数据采用UTM/WGS84投影，数据格式为IMG栅格影像，数据的值域范围为-152-8806米之间，比例尺为1:25万，其垂直精度20米，水平精度30米。
数据命名规则：ASTER GDEM基本的单元按1度X1度分片。
每个GDEM数据包有两个文件，一个数据高程文件和一个质量评估（QA）文件。
每个文件的命名是根据影像几何中心左下角的经纬度产生。
例如，ASTGTM_N29E091代表左下角坐标是北纬29度，东经91度。
ASTGTM_N29E091_dem和ASTGTM_N29E091_num对应的分别是高程数据和质量控制数据。
SRTM 90米分辨率高程数据SRTM（ShuttleRadarTopographyMission）90米分辨率高程数据由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量。
2000年2月11日，美国发射的“奋进”号航天飞机上搭载SRTM系统，共计进行了222小时23分钟的数据采集工作，获取北纬60度至南纬60度之间总面积超过1.19亿平方公里的雷达影像数据，覆盖地球80%以上的陆地表面。
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质量控制是DEM生产中最关键的环节之一， DEM精度的好坏事实上取决于DEM的质量控制好坏。
影响DEM精度的因素是多种多样的，其中DEM 原始数据的质量是最主要的因素. 不管采用何种测量方法，测量数据总会包含各种 各样的误差，DEM数据也不例外，这些误差从不同 方面影响了DEM原始数据的质量，而DEM原始数据 的质量又将严重影响最终DEM产品及其派生产品的 精度或保真度，因此必须予以专门的处理。
DEM原始数据的质量可使用原始数据 的三个属性(即精度、密度和分布)的质量来 衡量。 涉及DEM原始数据质量的重要因素是 数据点自身的精度。
主要方法
1、滤波法：分离数据集合中人们感兴趣的主要 信息与其余的作为随机噪声的信息。 2、基于趋势面及三维可视化的粗差检测与剔除 3、基于坡度信息的格网数据粗差检测与剔除 4、基于等高线拓扑关系的粗差检测与剔除
基于趋势面及三维可视化
对于一个特定的研究区域，在三维透视图 上可疑点是否表现为粗差非常直观，很容易 据此作出正确判定。
基于坡度信息的格网数据
主要步骤
1、坡度阀值检测：检测P点周围的(八个)坡度值，判断其是 否正常，也即坡度值是否超过某一预先设定的阀值； 2、局部邻域坡度一致性检测：检查横跨P点的四对坡度差值 的绝对值，以确定是否有差值超过给定的阀值； 3、远邻域坡度一致性检测：检测跨越P点周围八邻域点的每 个点的坡度差值是否超过给定的阀值。
错误类型
1）、空间位置错误 ：错误的悬挂线、两条等高线相交和同一等高线 应该连接处未能相连 2）、赋值错误：首尾相连两条等高线高程值不等、相邻等高线高程 值突变邻等高线高程值之间的关系
基于等高线图示（2）
由于等高线过于密集造成的等高线不连续
DEM精度评定方法
Ac ( DEM ) f (S , M , R, A, Ds , Dn , O)
式中：Ac表示DEM的精度；
S表示DEM表面的特征；
M表示DEM表面建模的方法； R表示DEM表面自身的特性（粗糙度）； A，Ds，Dn表示DEM原始数据的三个属性（精度、 分布和密度）； O表示其他要素。
原始数据误差处理
DEM精度的数学模型
如果某离散型随机变量X的分布规律为：P(X=xi)=pi 其中，xi为随机采样点值。对于随机变量X来说，大小与离散 程度是两个重要指标。通常用数学期望来表示随机变量的大 小，而用方差来表示随机变量的离散度。随机变量X的数学期 望E（X）定义为： n E ( X ) xi pi
偶然误差
对同一目标的量测由于观测误差的存在，其测量值会 有所不同，且不表现出任何必然规律。
粗差
实质是一种错误。同随机误差和系统误差相比，它们 在测量中出现的可能性一般较小。
DEM精度的数学模型
精度是指误差分布的密集或离散程度。一 般情况下，如果随机采样点超过３０个， 我们就认为误差符合正态分布，因此可以 用统计学方法对精度进行评价。
数字高程模型精度研究以1988年为界可分为两个阶段。
从1958年数字高程模型概念提出到1988年，这个阶段对 DEM精度研究的基本特征是内插技术和数据采样策略研究。 随着地理信息系统技术的日益普及以及对空间数据质量和 精度认识的逐步提高，人们发现以前DEM精度模型并不能 给出可靠的精度预测和评价，这也表明在DEM生产和应用 领域中对误差元素的理论分析和精度模型研究，仍然是一 个比较紧迫的问题。对DEM的误差分析和精度研究也遍及 DEM的各个环节，如DEM粗差探测、 DEM质量控制、 DEM地形描述精度、 DEM误差空间分布模式、原始数据 误差和地形复杂度与DEM精度关系、 DEM误差可视化等， 提出了各中DEM精度预测公式和误差修正方法，详细研究 了DEM的误差来源和误差类型。
误差来源及误差分类
原始数据的采集误差
1）、原始资料误差：航片的误差(包含航摄的各种误差的 综合)、定向点误差； 2）、采点设备误差：测图仪的误差和计算机计算有效位数； 3）、人为误差：测标切地面的误差(采用数字影像相关时为 影像的相关误差)； 4）、坐标转换误差：相对定向和绝对定向的误差。
高程内插误差
不管采用哪种内插算法，内插点的计算高程与实际 量测高程之间总存在差值。高程内插的误差一方面和选 用的数学方法(内插算法)有关，另一方面和采点的方式 有关。
误差表示
DEM的误差
高程内插误差
原始资料的高程误差
误差分类
系统误差
跟物理方面的因素有关，也即它们可能源于摄影胶片 的温度变化或测量仪器本身。另外，测量仪器在使用前缺 乏必要的校正，或者因为观测者自身的限制(如观测立体的 敏锐度或未能进行正确的绝对定向等)，也有可能产生。 系统误差一般为常数，也可以互相抵消。
整体效果
对起伏不平的地区它产生了过于平坦化的不良结果， 而在平坦地区它又产生了一些不自然的特征。
缺点
所有接受或拒绝一个点的既定准则都建立在绝对的意义之上。
基于等高线拓扑关系
等高线特征
1）、同一条等高线上的各个数据点高程值相等； 2）、等高线为连续的曲线，一个拓扑节点最多只能连接两条高程 值相同的等高线，高程值不等的等高线不能相接，不能相交； 3）、相邻等高线的变化应是渐进的，并适应实地坡形变化的规律。
评定方式
1、平面精度和高程精度分开评定 2、两种精度同时评定
评定途径
1、理论分析；2、试验检测；3、理论与试验相结合 共同特点：试图寻求对地表起伏复杂变化的统一量度，和 各种内插数学模型的通用表达方式，使评定方法、评定所 得的精度和某些带规律性的结论有比较普遍的理论意义。
i 1
随机变量的方差D（X）定义为
D( X ) E{[ X E( X )]2}
在实际应用中，取方差的算术平均值作为离散程度的特征值。 称为X的标准差，即
x D( X )
通常以３倍中误差作为偶然误差的极限值。
数字高程模型精度的影响因子
DEM精度的数学模型比地形表面本身更加复杂。因为后者只使用到X 坐标和Y坐标，前者则将用到其他许多参数变量。这些变量包括地形 表面的粗糙度，指定的内插函数和内插方法以及原始数据的精度、密 度和分布等。因此， DEM精度的数学模型可以被写成以下形式：