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近日，陜西測(cè)繪地理信息局也交出成果 —— 其承擔(dān)的實(shí)景三維中國(guó)建設(shè)前期工作項(xiàng)目，新疆166萬(wàn)平方千米數(shù)字高程模型(DEM)制作任務(wù)成果成功通過(guò)驗(yàn)收，將作為國(guó)內(nèi)最權(quán)威、可靠、全面、現(xiàn)勢(shì)性好的數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)提供給相關(guān)部門和其他行業(yè)使用。 這些空間數(shù)字模型和影像到底有什么區(qū)別？為什么它們聽(tīng)上去、看上去都那么像？它們來(lái)自何方，又如何應(yīng)用？為什么實(shí)景三維、自然資源管理、“三調(diào)”、防災(zāi)救災(zāi)...都離不開(kāi)它們？ DEM、DOM、DSM... 確定不是“繞口令”？ 單看英文簡(jiǎn)稱，DEM、DSM、DOM、TDOM..它們不僅讀起來(lái)像繞口令，看上去也像一家子 —— 不過(guò)在空間信息上，它們確實(shí)有親戚關(guān)系，而且除了以上這些，還有不少旁系派生，妥妥的就是地形空間“全家桶”。  第一位出場(chǎng)的肯定是最有名的，數(shù)字高程模型（DEM）。  數(shù)字高程模型 （DEM） 數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model)，是通過(guò)有限的地形高程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)地面地形的數(shù)字化模擬（即地形表面形態(tài)的數(shù)字化表達(dá)）。它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型，是數(shù)字地面模型(Digital Terrain Model，簡(jiǎn)稱DTM)的一個(gè)分支，其它各種地形特征值均可由此派生。  值得注意的是，雖然通過(guò)DEM通常表現(xiàn)出的是地理空間的圖像形態(tài)，實(shí)際上，它是一種數(shù)字陣列信息模型（x,y,z)，描述地理空間中的地形高低起伏，通過(guò)表示模型和渲染后，成為人們看到的地形圖。  DEM有三種主要的表示模型：規(guī)則格網(wǎng)模型，等高線模型和不規(guī)則三角網(wǎng)，上圖為不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）表示模型 | 圖：百度百科 由于DEM數(shù)據(jù)能夠反映一定分辨率的局部地形特征，通過(guò)其可提取各種類型的地表形態(tài)信息，可用于繪制等高線、坡度圖、坡向圖、立體透視圖、立體景觀圖，并應(yīng)用于制作正射影像（DOM）、立體地形模型與地圖修測(cè)。所以，廣義的DEM還包括等高線、三角網(wǎng)等所有表達(dá)地面高程的數(shù)字表示。   DEM的形態(tài)多種多樣，并不一定是三維立體的，也可通過(guò)渲染顏色深淺，識(shí)別地形高低。上圖為同一片區(qū)域的等高線和暈渲圖配準(zhǔn)制作的立體地形地圖 | 圖：Jo Hannah Asetre DEM是研究分析地形、流域、地物識(shí)別的重要原始資料。 大家也發(fā)現(xiàn)了，在解釋DEM的同時(shí)，也出現(xiàn)了不少“親戚”的身影，所以接下來(lái)請(qǐng)出的是DEM的長(zhǎng)輩 —— 數(shù)字地面模型（DTM）。 數(shù)字地面模型 （DTM） 數(shù)字地面模型（Digital Terrain Model），是利用一個(gè)任意坐標(biāo)系中大量選擇的已知x、y、z的坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)連續(xù)地面的一種模擬表示，或者說(shuō)，DTM就是地形表面形態(tài)屬性信息的數(shù)字表達(dá)，是帶有空間位置特征和地形屬性特征的數(shù)字描述。x、y表示該點(diǎn)的平面坐標(biāo)，z值可以表示高程、坡度、溫度等信息，當(dāng)z表示高程時(shí)，就是數(shù)字高程模型，即DEM。地形表面形態(tài)的屬性信息一般包括高程、坡度、坡向等。 從左到右依次為溫度圖、日照?qǐng)D、坡度圖 | 圖：FATMAP 可以看到，DTM是一個(gè)地理坐標(biāo)+多屬性數(shù)字模型，通過(guò)z值的多變，可以生成不同地面數(shù)字模型，認(rèn)識(shí)DTM也有助于理解DEM。 不過(guò)，無(wú)論是DTM還是DEM，都專精于地面，在人類建筑和森林樹(shù)木之類的地物面前還是力不從心，所以DEM又多了一個(gè)兄弟——數(shù)字地表模型（DSM）。 數(shù)字地表模型（DSM） 數(shù)字地表模型（Digital Surface Model）是包含了地表建筑物、橋梁和樹(shù)木等高度的地面高程模型。和DEM相比，DEM只包含了地形的高程信息，并未包含其它地表信息，DSM是在DEM的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步涵蓋了除地面以外的其它地表信息的高程。在一些對(duì)建筑物高度有需求的領(lǐng)域有重要作用。  DSM表達(dá)了真實(shí)地球表面的起伏情況，讓DEM的世界多了建筑物和森林等地物的身影！它表現(xiàn)的信息量更大，除了自然地理空間信息，還可從中直接提取社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息；DSM和DTM之間的差異還可以提供非常有用的信息，例如，建筑物高度、植被冠層高度等。  這張圖說(shuō)明了DSM和DTM的區(qū)別：上為DSM關(guān)注的地表是包括了建筑、樹(shù)木等地物的表面高度，而DEM和DTM關(guān)注的地面是下圖中的紅色線條 | 圖：CRIS 以上三位數(shù)字地形模型選手集結(jié)完畢，接下來(lái)是它們的兩位旁系出場(chǎng)：數(shù)字正射影像（DOM）和真正射影像（TDOM）。之所以說(shuō)它們是旁系，是因?yàn)樗鼈兊膶傩允怯跋竦貓D，而非數(shù)字模型。 數(shù)字正射影像（DOM） 數(shù)字正射影像圖（Digital Orthophoto Map）是利用DEM對(duì)經(jīng)過(guò)掃描處理的數(shù)字化航空像片或遙感影像（單色或彩色），經(jīng)逐像元進(jìn)行輻射改正、微分糾正和鑲嵌，并按規(guī)定圖幅范圍裁剪生成的形象數(shù)據(jù)，帶有公里格網(wǎng)、圖廓（內(nèi)、外）整飾和注記的平面圖。 通過(guò)超擎影像云發(fā)布正射影像（DOM）成果數(shù)據(jù) 雖然DEM、DOM聽(tīng)上去很押韻，但“單押”的“M”的意義不同（Model模型和Map地圖），讓它們變成了表親。 比起渲染后也只能用顏色或陰影區(qū)分地形特征的DEM數(shù)字模型家族，正射影像DOM終于讓人感覺(jué)“回到人間” —— 它是經(jīng)過(guò)DEM高程模型幾何校正、消除了地形誤差的遙感影像地圖，與人們感官的現(xiàn)實(shí)世界無(wú)異，我們現(xiàn)在看到的互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星地圖大多是正射影像產(chǎn)品。 互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像地圖 | 高德地圖 由于DOM同時(shí)具有地圖幾何精度和影像特征，它也是4D基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品模式中的重要組成部分，不僅可以作為實(shí)景三維城市模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以結(jié)合多源空間數(shù)據(jù)，提取生產(chǎn)數(shù)字線劃圖（DLG）和數(shù)字柵格地圖（DRG）。 但即使DOM如此親切自然、準(zhǔn)確豐富，依然逃脫不了被挑毛病的命運(yùn)，比如—— ... 是時(shí)候請(qǐng)出 —— 真正射影像（TDOM） 數(shù)字真正射影像圖（True Orho / True Digital Ortho Map），又叫全正射影像，是基于數(shù)字表面模型（DSM），利用數(shù)字微分糾正技術(shù)，改正原始影像的幾何變形。 一般正射影像（DOM） 真正射影像（TDOM） 看多了經(jīng)過(guò)正射糾正的樓體，竟有一種強(qiáng)迫癥被治愈的感覺(jué).. 圖：李觀石 通過(guò)以上內(nèi)容介紹，我們可以得知：DOM是經(jīng)過(guò)DEM校正生產(chǎn)的影像地圖，而TDOM則是經(jīng)過(guò)DSM。DEM派生的地形家族也是符合邏輯的“成對(duì)幫扶”，整體家庭關(guān)系為—— 制圖：Meta小擎 DEM地形“全家桶”已陸續(xù)登場(chǎng)，那么一個(gè)重要的問(wèn)題來(lái)了：它們從而哪兒來(lái)？ DEM數(shù)據(jù)源有哪些？ 如何獲取、生產(chǎn)與管理？ DEM數(shù)據(jù)最為主要為衛(wèi)星遙感和航空攝影獲取，隨著空間信息獲取技術(shù)的發(fā)展，也有更多靈活的手段可以對(duì)需求區(qū)域進(jìn)行獲取，如Lidar激光雷達(dá)技術(shù)等。 光學(xué)衛(wèi)星影像&航空攝影：根據(jù)衛(wèi)星遙感、航空攝影的質(zhì)量和規(guī)模，以各種分辨率從立體數(shù)字航空攝影中提取DEM或DSM。 如資源三號(hào)、ASTER (15-30m)、Quickbird、IKONOS（2-5m分辨率）、Pleiades 1A/1B星座（1m分辨率）、WoldView-2和GeoEye-2（1-2m分辨率），日本先進(jìn)陸地觀測(cè)衛(wèi)星 (ALOS) PRISM (2.5m)、印度 Cartosat (2.5m)、法國(guó)SPOT衛(wèi)星 (5-10m) 。其中，資源三號(hào)（ZY-3）衛(wèi)星是中國(guó)第一顆自主的民用高分辨率立體測(cè)繪衛(wèi)星，ASTER 是全球中等分辨率 (30m) 的免費(fèi)DEM數(shù)據(jù)來(lái)源。 Aster DEM 雷達(dá)衛(wèi)星：DEM也可以使用雷達(dá)衛(wèi)星影像導(dǎo)出，合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星 (InSAR) 可用于生成數(shù)字高程模型，在實(shí)際應(yīng)用中，它們主要用于檢測(cè)與不同危險(xiǎn)地質(zhì)過(guò)程相關(guān)的地形高度變化，例如地面沉降、緩慢移動(dòng)的滑坡、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、冰運(yùn)動(dòng)和火山活動(dòng)。 如RADARSAT、TerraSAR-X、ALOS PALSAR、ALOS DSM，ERS-1 和 2、ENVISAT，WorldDEM獲取的是地球整個(gè)地表一致DEM。除此之外，SRTM C 波段數(shù)據(jù)，DLR數(shù)據(jù)（即SRTM X 波段數(shù)據(jù)），GMTED2010，ETOPO也是現(xiàn)存的主流DEM數(shù)據(jù)源。 WorldDEM Lidar激光雷達(dá)：采用自行發(fā)射和接收激光脈沖主動(dòng)式穿透測(cè)量，獲取更接近真實(shí)地表形態(tài)的數(shù)字高程模型，LiDAR技術(shù)可做為大區(qū)域高精度數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)獲取的合適手段，推導(dǎo)出更詳細(xì)的DEM，并直接進(jìn)行DEM和DOM的生產(chǎn)。 地面控制點(diǎn)（GCP）：經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)量或者通過(guò)其它渠道獲取到的已知的準(zhǔn)確的地面點(diǎn)信息，通過(guò)在影像上標(biāo)定出控制點(diǎn)信息來(lái)糾正影像出現(xiàn)的幾何誤差以及地理位置信息。 超擎影像云平臺(tái)可對(duì)這些多源影像數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理、處理、發(fā)布與呈現(xiàn)，不僅支持衛(wèi)星、航片、無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)，同時(shí)支持DOM、DEM、傾斜攝影等成果數(shù)據(jù)。 超擎影像云統(tǒng)一綜合管理多源影像數(shù)據(jù)
通過(guò)超擎影像云顏色表渲染實(shí)時(shí)在線配置地形暈渲圖 而要制作市面上?？吹降拿烙^精準(zhǔn)影像地圖，即DOM，TDOM，DEM、DSM需要與多源、高分遙感影像融合應(yīng)用，通過(guò)專業(yè)的地信軟件產(chǎn)品，如像素工廠、Erdas，可輸出DSM、DOM成果影像地圖。 地形應(yīng)用：自然資源管理、“三調(diào)”為何需要它們？ 通過(guò)前文我們也了解到，DEM、DSM是數(shù)字模型，做為一種中間過(guò)程，通過(guò)它們可以提取地形參數(shù)，或者作為航空攝影或衛(wèi)星圖像的校正手段，構(gòu)建更為精準(zhǔn)立體的實(shí)景三維模型。 而DEM本身，在測(cè)繪、水文、氣象、地貌、地質(zhì)、土壤、工程建設(shè)、通訊、軍事等國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)、人文和自然科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，特別在自然資源管理、全國(guó)國(guó)土調(diào)查（簡(jiǎn)稱“三調(diào)”）、災(zāi)害應(yīng)急等領(lǐng)域，有著關(guān)鍵性的基礎(chǔ)作用。 宏觀數(shù)字空間表達(dá)：“三調(diào)”與自然資源管理基底 上文中我們也看到，暈渲圖是DEM地表形態(tài)表達(dá)的一種形式，暈渲圖使用陰影與顏色漸變來(lái)展現(xiàn)全球地表的起伏變化。在二維視角下，借助地形暈渲圖能夠更加快速、準(zhǔn)確地分辨出平原、丘陵、山地、盆地等地形地貌，不同地形區(qū)域暈渲立體效果區(qū)別對(duì)比明顯； 國(guó)家地理信息平臺(tái)天地圖的地形專題圖 而在三維立體視角下，地表起伏變化，在此基礎(chǔ)上疊加植被、水系、行政要素以及主要道路，方便用戶展示和突出特定專題要素。 設(shè)計(jì)處理后的河流疊加地形圖，剖分水系與地形的關(guān)系 | 圖：Dmitriy Vorontzov 正是因?yàn)橹塾诘讓拥匦蔚牡乩砜臻g信息，DEM與高分衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)被用來(lái)做為“三調(diào)”與自然資源管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠很好地構(gòu)建自然資源數(shù)字管理的底層框架和宏觀視野，并與多源遙感數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、時(shí)空數(shù)據(jù)融合，掌握各類型自然資源的精確空間分布與利用情況，構(gòu)建更加實(shí)時(shí)、多維、真實(shí)形態(tài)的自然資源智慧管理數(shù)字孿生環(huán)境，建立國(guó)土資源調(diào)查，耕地、生態(tài)紅線等業(yè)務(wù)的時(shí)空數(shù)據(jù)基礎(chǔ)體系，形成自然資源高質(zhì)量發(fā)展的有力支撐。 自然資源管理與國(guó)土資源調(diào)查中的DEM高程模型位置 | 圖：中國(guó)國(guó)土勘測(cè)院 白曉飛 在實(shí)景三維中，它們也是“重點(diǎn)對(duì)象”。DEM、DSM、DOM、TDOM等數(shù)據(jù)是建設(shè)“實(shí)景三維中國(guó)”的核心數(shù)據(jù)，它們與多源地理空間數(shù)據(jù)，如矢量數(shù)據(jù)、BIM模型、傾斜攝影、雷達(dá)激光點(diǎn)云等，以及物聯(lián)網(wǎng)動(dòng)態(tài)時(shí)空數(shù)據(jù)，匯聚、融合構(gòu)建實(shí)景三維數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)時(shí)空數(shù)據(jù)索引快速查詢、組織、管理，與各級(jí)政企單位共享，形成支撐智慧城市治理、業(yè)務(wù)數(shù)字化的全息數(shù)字空間。 實(shí)景三維城市 空間仿真智能分析：防災(zāi)控災(zāi)、應(yīng)急救災(zāi) DEM、DSM地形模型不僅服務(wù)于常態(tài)化的自然資源管理和生態(tài)保護(hù)，由于地形是大多數(shù)類型的災(zāi)害分析中的主要因素之一，它們?cè)跒?zāi)害管理中同樣起到關(guān)鍵作用。 通過(guò)地形學(xué)和自然地理學(xué)中的地形分析，模擬水流量或質(zhì)量運(yùn)動(dòng)，形成對(duì)自然地理空間的數(shù)字孿生仿真動(dòng)態(tài)模擬，與遙感、GNSS、物聯(lián)網(wǎng)等智能感知設(shè)備配合，DEM家族在應(yīng)急救災(zāi)、水利水文管理領(lǐng)域，是精準(zhǔn)的空間模型與時(shí)空框架。 2021年我國(guó)多地經(jīng)歷了強(qiáng)降水。持續(xù)的強(qiáng)降水在山區(qū)可形成山洪爆發(fā)與山體滑坡等災(zāi)害；在城市中，由于地形空間分布不勻，近水空間、低洼地區(qū)如遇排水不暢，在短時(shí)間就可能形成水災(zāi)，造成損失。通過(guò)DEM、DSM的地形空間，與氣象降水的動(dòng)態(tài)仿真模擬，可準(zhǔn)確掌握自然災(zāi)害下風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的時(shí)空分布。 超擎影像云基于DEM三維地形的山區(qū)淹沒(méi)分析。| 超擎 在水利水文領(lǐng)域，基于DEM數(shù)據(jù)，計(jì)算坡度、坡向，結(jié)合自然資源空間全息仿真分析，例如地表水系、河網(wǎng)、土地利用類型、植被覆蓋、土壤濕度、地質(zhì)層數(shù)據(jù)和地下水流等，并創(chuàng)建假設(shè)降水與流量，可更加精確地進(jìn)行水文分析，進(jìn)行河流分級(jí)、捕捉傾瀉點(diǎn)等河流治理建設(shè)；通過(guò)道路縱斷面坡度分析，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)壩址選擇，以及庫(kù)容量估計(jì)和淹沒(méi)范圍估計(jì)。 超擎影像云支持快速處理發(fā)布地形成果數(shù)據(jù)，圖為江西鄱陽(yáng)湖地形渲染圖，淺色為低、深色為高，可發(fā)現(xiàn)整個(gè)鄱陽(yáng)湖地區(qū)為漏斗型盆地。| 圖：超擎 在地質(zhì)災(zāi)害中，DEM數(shù)據(jù)有著精準(zhǔn)的地理空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，DEM數(shù)據(jù)與北斗、遙感、網(wǎng)格數(shù)據(jù)等結(jié)合，可對(duì)山體滑坡、山體塌陷、道路損毀發(fā)出預(yù)警，并及時(shí)對(duì)損害范圍、深度等定量。 最近，由于元宇宙概念的火熱，三維數(shù)字空間相關(guān)技術(shù)也引起了廣泛關(guān)注。如果說(shuō)元宇宙的底層和基礎(chǔ)就是“數(shù)字孿生”技術(shù)，那么時(shí)空信息產(chǎn)業(yè)（3S）已經(jīng)走在前沿：從“數(shù)字地球”到“數(shù)字城市”，從“基礎(chǔ)地理”到“實(shí)景三維”。 其中，DEM數(shù)字地形家族就承載著這個(gè)數(shù)字世界的底層形態(tài)框架，像肥沃的土壤支持多維時(shí)空信息的疊加和精準(zhǔn)化，同時(shí)也賦能多元業(yè)務(wù)的數(shù)字化成長(zhǎng)。希望這種數(shù)字孿生的賦能，能夠進(jìn)一步挖掘和融合時(shí)空信息，為我國(guó)自然資源管理、生態(tài)與低碳發(fā)展發(fā)揮中堅(jiān)力量。 |
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來(lái)自： 風(fēng)聲之家 > 《arcGIS》
