6．2 DTM数据的获取

    获取正确的数据是建立DTM的第一步，也是关键的一步，它不仅直接影响DTM的精度，也直接影响费用开支。

    获取DTM数据需从现有设备、人力、物力和资源条件出发，根据建立DTM的用途，确定数据源种类和技术手段。具体地说，首先选择建立DTM的数据源及采集方法，进而确定采点密度，预估能解决问题的精度。并根据采集数据所花费的时间和费用，制定出方案。

    1．以航空和航天遥感资料为数据源

    1)航摄像片作数据源

    从航空摄影像对，可量取密集高程数据用来建立DTM。这主要适用于大比例尺的数字地形制图，土方估算等对高程精度要求较高的地形测绘和工程技术方面。

    从航摄像片上也可以提取地物资源、环境等其它非地形地面特性信息，用以建立相应DTM。

    2)航天遥感图象作数据源

    从各类资源卫星得到的航天遥感图象经目视识别或计算机识别可提取各种资源环境信息，用来建立DTM，它主要用作小比例尺数字地形数据源。

    2．地形图为数据源。主要以比例尺不大于1∶10000的近期基本地形图作数据源，量取中等密度数字高程建立DTM，亦可从数字高程模型派生各种地貌因子，构成相应数字模型。

    此外，从各种比例尺的地形图中还可以提取水系、交通网、居民点、行政区界线等数字信息，建立相应数字地面模型。

    3．地面实测记录为数据源。各种地面实测记录得到大比例尺DTM数据。此外从水文站、气象站、地质勘探、重力测量中得到的数据经内插后，亦可获得建立各类专题DTM的数据。

    4．以各种专题地图为数据源。以这类专题数据源建立的DTM，它的三元组的第三维不是数字高程，而是数据源的专题要素取值。正如数字高程模型是地形图的一种等效数字形式，专题DTM是专题图的一种等效数字形式。

    5．以统计报表和行政区域地图为数据源。社会经济信息的数据一般以行政区为统计单位。因此，社会经济统计报表要与行政区域地图相配合，才能将报表数据变换成二维地理空间定位的DTM数据。这类DTM的第三维数据是社会经济统计项目的取值。

    这里按数据源类型分别介绍几种数字高程数据的采集方法。

    1．以航空摄影像对为数据源的数据采集。比较不同摄影位置的航空像片可得到高程信息。立体镜是观察航空像片对最简单的设备。利用立体测图仪可从航空像片上获取准确的高程值。解析测图仪是半自动的立体测图仪，可自动比较像片得到等高线。数字高程模型的采样方法可为：

    1)规则格网结点采样，它不考虑地貌形态，采用等间距采样。

    2)沿X轴方向或y轴方向作等时间或等平距采样，或按任意方向组成两正交平行断面，作等时间或等距离采样。

    3)沿等高线(等高面与立体模型交线)作等平距或等时间采样或按等高线曲率大小选取不同样点密度。

    4)沿立体模型的地性线，边界线和坡折线等地面特点采样，这是一种充分考虑地貌特点的采样方法。所说的地性线包括山脊线、山谷线等；边界线包括水体边界线，测量区范围边界线等；坡折线是陡坡与缓坡的分界，它反映起伏地面的凹棱或凸棱，如图6－1所示。

    2．以地形图为数据源的数据采集。在地貌分析、区域规划、资源调查以及建立地图数据库时，常用地形图作为建立数字高程模型的数据源，通过人工格网法，数字化仪或扫描仪获取采样数据。

    1)人工格网法是一种原始手工采集方法，它根据方格膜片和网点板以规则的格网结点逐行采集。当格网点位于相邻等高线之间时，采用目视线性内插，或线性内插计算获取格网结点的高程。在我国80年代初期，经常用这种方法采集数字高程模型样点数据。

    2)数字化仪采集数字高程模型样点数据。手扶数字化仪是从地形图上采集数据的主要方式，分点采集方式和线采集方式。

    点采集方式是沿地形线逐步选择采样点数据。

    线采集方式又分时间增量方式和平距增量方式。前者按一定时间间隔从手扶跟踪等高线上采集数据点，随着跟踪速率的不均匀，采集邻点间间距不一定相等；后者按一定平距间隔采集数据点，相邻点之间的平距相等。

    用数字化仪从地形图上采集数字高程数据文件存贮简单，处理方便，尽管工作量大，仍是目前主要使用的方式。

    3)扫描仪采集数字高程模型样点数据。等高线的排列稠密，特别是小比例尺的陡坡地区，且很多地方会被注记的高程数据或地物、地貌符号截断。用扫描仪将地形图直接扫描输入，然后从所获栅格结构图上提取等高线矢量数据将大大减少数据获取工作量。但技术难度大，至今仍停留在半自动化水平上，实现全自动化的最大难点在于自动高程赋值即对扫描等高线高程的自动推算。目前解决的办法一种是建立等高线特征码和高程值的对照表，通过人机交互及对照表对高程赋值；另一种办法在扫描图上作适当标记，为高程推算补充信息，再辅以人工目视来识别。

    3．从野外实测中采集数据。测量的目的是得到地面特征的三维空间数据。因此，从已知点位开始，凡能从实地量取水平角，距离和高差的方法，就可得到数字高程数据。如用电子速测仪或经纬仪配便携计算机，获取地面点观测数据；用气压测高法获取地面稀疏点集的高程数据。此外，随着全球定位系统的问世，以及定位精度的不断提高，用它获取数据，可直接送到计算机中贮存，所得三维数据再进行自动配准，无疑它将越来越多地被用在野外测量中。

    通常，采样得到原始数据的位置和密度往往不一定满足要求，为此需要进行内插，以加密数据点。数字高程数据的内插接插点的分布范围分分块内插、单点移面内插及剖分内插三类。

    分块内插是根据地区地貌复杂程度及数据源比例尺，将要建立数字高程的区域分割成一定尺寸的规则块，然后再设置一定重叠带，将每块展铺成一张数学面，从而求得内插点值。

    单点移面内插同样需要考虑地貌特征，并以内插点为形心，构造适当半径的圆或适当边长的正方形移面，展铺成一张数学面进行插值。移面随内插点作连续微量平移，相邻移面间有很大的重叠，以提高整体内插质量。有关这两种插值方法详见5．11节。

    剖分内插以地性线或地貌构架线作为部分或全部边界，将区域剖分成若干个形状和大小不同的多边形，在剖分内再建立独立内插数学面进行内插。

    目前常用的剖分算法为三角剖分算法。实现三角剖分插值首先要自动生成三角剖分网；接着判断内插点所在的三角剖分；最后将内插点所在平面坐标代入相应数字模型计算出高程。

    自动生成三角剖分算法较多，利用泰森多边形网生成三角剖分称为Delaunay三角剖分。生成时首先如5．10．1形成泰森多边形，在泰森多边形顶点，即泰森多边形网上任意一点，必有三条边与它相接，这些边为泰森多边形的公共边。可以证明，在泰森多边形任一顶点的周围，存在三个参考点，将其连成三角形时，该泰森多边形顶点即为这三角形外接圆的圆心，这种三角形称作Delaunay三角剖分。因此，有了泰森多边形就可以得到Delaunay三角剖分。而且可以证明这种三角剖分具有优化组合，如图5－37所示。