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Urban Planning & Geographic Information System & Smart Design 点击上方“城市技师”关注我们 如图A、图B所示，是我们常见会接触到的一类精度为30米（即每个像素单元格对应实际空间中30x30米的尺度大小）的DEM数字高程地形图及其生成的山体阴影效果，图中所示效果很明显比较粗糙，不能满足规划项目中的分析和出图精度要求，在实际规划项目中如果没有更高精度地形图的情况下，我们也可以尝试通过重采样等方式对低精度地形图进行优化提升，以保证分析和出图精度。本文主要介绍三种方法，并对其优缺点进行对比分析。 ▲图A 30米精度DEM数字高程地形 ▲图B 30米精度数字地形山体阴影模拟 方法一：通过显示设置提升显示精度 1.1 打开需要优化精度的DEM数据图层属性，在“显示”标签下将“显示期间使用此选项重采样”设置为“双线性（用于连续数据）”，点击“确定”完成设置。 ▲图1.1 图层显示设置 1.2 分别对DEM数字高程地形及山体阴影按上述方法进行设置，设置完成后效果如图1.2、图1.3所示。 ▲图1.1 30米精度DEM数字高程地形通过可视化设置后的效果 ▲图1.2 30米精度数字地形山体阴影模拟通过可视化设置后的效果 1.3 该设置方法的优点是快速、简单，而且能切换回初始状态，对原始数据没有修改，但这也正是该方法的缺点，由于并没有改变原始数据的精度，因此基于该DEM数据所做的其他相关分析仍然是30米精度的，不利于进行量化和高精度空间统计分析，因此该方法仅适用于对分析结果输出成果时的可视化效果设置，无法用于改善分析精度。 方法二：通过栅格重采样提升数据精度 2.1 在ArcToolbox中找到并打开工具“数据管理工具-栅格-栅格处理-重采样”。 ▲图2.1 重采样工具 2.2 在“重采样”工具对话框中按图2.2进行设置，其中“输入栅格”为我们需要提升精度的DEM数字高程地形数据；“输出栅格数据集”为重采样后保存的栅格数据集；“输出像元大小”就是我们需要的目标精度，这个值越小，最终精度就会越高，对应数据量也会越大，反之像元越大精度越低，数据量就越小，本文设置是将原来30米精度的DEM数字高程地形数据重新采样为1米精度的数据；“重采样技术”设置为BILINEAR——双线性插值法。 ▲图2.2 重采样工具设置参数 【TIPS】 不同重采样技术适用于不同的采样需求，地形数据属于连续性数据，应采用双线性或三次卷积差值法进行差值，各不同重采样技术使用范围如下： NEAREST - 执行最邻近分配法，是速度最快的插值方法。此选项主要用于离散数据（如土地利用分类），因为它不会更改像元的值。最大空间误差将是像元大小的一半。 BILINEAR - 执行双线性插值法，可根据四个最邻近输入像元中心的加权平均距离确定像元的新值。此选项用于连续数据，并会生成平滑的数据。 CUBIC - 执行三次卷积插值法，可通过拟合穿过 16 个最邻近输入像元中心的平滑曲线确定像元的新值。此选项适用于连续数据，尽管所生成的输出栅格可能会包含输入栅格范围以外的值。与通过运行最邻近重采样算法获得的栅格相比，输出栅格的几何变形程度较小。“三次”选项的缺点是需要更多的处理时间。在某些情况下，此选项会使输出像元值位于输入像元值范围之外。如果无法接受此结果，请转而使用“双线性”选项。 MAJORITY - 执行众数算法，可根据过滤器窗口内的最常用值来确定像元的新值。与最邻近法一样，此选项主要用于离散数据；但与“最邻近”选项相比，“众数”选项通常可生成更平滑的结果。 ————引用自ArcMAP“重采样”工具帮助文档 【END】 2.3 设置完成后点击确定，得到DEM数字高程地形重采样结果如图2.3所示。 ▲图2.3 通过对DEM数字高程地形重采样之后的效果 2.4 根据重采样之后的DEM生产山体阴阴影，如图2.4、图2.5所示，该山体阴影所模拟地形存在不连续突变，与实际地形不符，有兴趣的朋友可以通过该DEM进行坡度、坡向等专项分析会发现存在相同的问题，因此该重采样数据不能作为基于数字地形的各类专项分析。 ▲图2.3 通过重采样DEM生成的山体阴影效果
▲图2.5 通过重采样DEM生成的山体阴影效果（局部放大） 2.5 重采样的方法可以对DEM数字地形本身的精度进行优化提升，但是重采样后的数据不能进一步作为栅格分析的依据，因此该方法在数字地形分析中仍然具有局限性，不推荐使用。 方法三：通过平滑等高线及重采样提升数据精度 3.1 如图31所示，在ArcToolbox中找到并打开工具“3D Analyst 工具-栅格表面-等值线”。
▲图3.1 等值线工具 3.2 如图3.2所示 对等值线生成工具参数进行设置，其中主要设置等值线间距，间距越小，精度越高，数据量越大；反之间距越大，精度越低，数据量越小。设置完参数，点击“确定”，生成等值线结果，如图3.3所示。
▲图3.2 等值线工具参数设置
▲图3.3 等值线生成结果 3.3 如图3.4所示，在ArcToolbox中找到并打开“制图工具-制图综合-平滑线”工具。
▲图3.4 平滑线工具 3.4 如图3.5所示，对平滑线工具进行参数设置，其中主要对“平滑容差”进行设置，此处的值可原始DEM地形精度的2-3倍左右进行设置，值越大，平滑效果越好，本文按原始精度30米的3.3倍及100米的容差进行平滑，平滑后效果如图3.6所示。
▲图3.5 平滑线工具参数设置
▲图3.6 等值线平滑后效果 3.5 如图3.7所示，在ArcToolbox中找到并打开“3D Analyst工具-数据管理-创建TIN工具”。
▲图3.7 创建TIN工具 3.6 如图3.8所示，对“创建TIN”工具的参数进行设置，其中主要设置输出TIN的保存路径和输入要素类的对应参数，注意“高度字段”选择等值线中储存高程值的字段，设置完成点“确定”，生成如图3.9所示结果。
▲图3.8 创建TIN工具参数设置
▲图3.9 生成的TIN三角网数字地形模型（已在图层符号系统中关闭“边类型显示”） 3.7 如图3.10所示，在ArcToolbox中找到并打开“3D Analyst工具-转换-TIN转栅格”工具。
▲图3.10 TIN转栅格工具 3.8 如图3.11所示，对TIN转栅格工具进行参数设置，其中主要对输入输出数据集采样距离进行设置，采样距离注意通过点击待选框后方小三角点选CELLSIZE，即像元大小，此像元大小即为输出DEM数字地形精度，跟前文重采样类似，该值越小，输出精度越高，数据量也越大；反之该值越小，则精度越低，数据量也会越小，本文CELLSIZE设置为1，即表示输出精度为1米的栅格数字地图。设置完成后点击“确定”，生成如图3.12所示结果。
▲图3.11 TIN转栅格工具参数设置
▲图3.12 TIN转栅格输出结果 3.9 根据以上TIN转栅格输出结果，使用工具“3D Analyst工具-栅格表面-山体阴影”生成山体阴影文件，如图3.13所示。
▲图3.13 山体阴影模拟效果 对比总结 如图4.1 所示，通过对原始数据及三种不同方法处理后的数据进行简单对比，原始数据由于精度较低，应用在实际项目分析中效果较差，通过方法一的简单显示设置能够快速提高数据的显示精度，但该方法仅能做可视化优化，对数据本身精度并无改变；方法二中的重采样方法能对原始数据进行二项式插值重采样，通过该方法能够有效改善数据本身及其显示精度，但由于插值采样的局限性，该方法生成的数据结果不能用于二次分析；第三种方法通过生成等值线，对等值线进行平滑处理后再重新生成TIN三角网模型及DEM数字高程地形数据，该方法得到的效果最好，最能有效改善原始地形数据的精度和显示效果，也能作为二次分析的基础数据，因此推荐在实际项目应用中遇到地形图精度不够的时候可以作为辅助手段提升地形精度。
▲图4.21 多方案成果对比 当然，本文所介绍方法是在不能获取更高比例尺精度地形图数据的前提下对数字地形进行辅助优化的手段，仅是在数据可视化和量化分析上能够适当提高视觉精度，该方法并不能真正意义上的提升数字地形精度，更不能无中生有反映更多真实地形细节，如果有条件，还是建议获取更高比例尺精度的数字地形数据进行相关分析。 |
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