Urban Planning & Geographic Information System & Smart Design
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如圖A、圖B所示，是我們常見會接觸到的一類精度為30米（即每個像素單元格對應實際空間中30x30米的尺度大小）的DEM數(shù)字高程地形圖及其生成的山體陰影效果，圖中所示效果很明顯比較粗糙，不能滿足規(guī)劃項目中的分析和出圖精度要求，在實際規(guī)劃項目中如果沒有更高精度地形圖的情況下，我們也可以嘗試通過重采樣等方式對低精度地形圖進行優(yōu)化提升，以保證分析和出圖精度。本文主要介紹三種方法，并對其優(yōu)缺點進行對比分析。
▲圖A 30米精度DEM數(shù)字高程地形
▲圖B 30米精度數(shù)字地形山體陰影模擬
方法一：通過顯示設置提升顯示精度
1.1 打開需要優(yōu)化精度的DEM數(shù)據(jù)圖層屬性，在“顯示”標簽下將“顯示期間使用此選項重采樣”設置為“雙線性（用于連續(xù)數(shù)據(jù)）”，點擊“確定”完成設置。
▲圖1.1 圖層顯示設置
1.2 分別對DEM數(shù)字高程地形及山體陰影按上述方法進行設置，設置完成后效果如圖1.2、圖1.3所示。
▲圖1.1 30米精度DEM數(shù)字高程地形通過可視化設置后的效果
▲圖1.2 30米精度數(shù)字地形山體陰影模擬通過可視化設置后的效果
1.3 該設置方法的優(yōu)點是快速、簡單，而且能切換回初始狀態(tài)，對原始數(shù)據(jù)沒有修改，但這也正是該方法的缺點，由于并沒有改變原始數(shù)據(jù)的精度，因此基于該DEM數(shù)據(jù)所做的其他相關分析仍然是30米精度的，不利于進行量化和高精度空間統(tǒng)計分析，因此該方法僅適用于對分析結果輸出成果時的可視化效果設置，無法用于改善分析精度。
方法二：通過柵格重采樣提升數(shù)據(jù)精度
2.1 在ArcToolbox中找到并打開工具“數(shù)據(jù)管理工具-柵格-柵格處理-重采樣”。
▲圖2.1 重采樣工具
2.2 在“重采樣”工具對話框中按圖2.2進行設置，其中“輸入柵格”為我們需要提升精度的DEM數(shù)字高程地形數(shù)據(jù)；“輸出柵格數(shù)據(jù)集”為重采樣后保存的柵格數(shù)據(jù)集；“輸出像元大小”就是我們需要的目標精度，這個值越小，最終精度就會越高，對應數(shù)據(jù)量也會越大，反之像元越大精度越低，數(shù)據(jù)量就越小，本文設置是將原來30米精度的DEM數(shù)字高程地形數(shù)據(jù)重新采樣為1米精度的數(shù)據(jù)；“重采樣技術”設置為BILINEAR——雙線性插值法。
▲圖2.2 重采樣工具設置參數(shù)
【TIPS】
不同重采樣技術適用于不同的采樣需求，地形數(shù)據(jù)屬于連續(xù)性數(shù)據(jù)，應采用雙線性或三次卷積差值法進行差值，各不同重采樣技術使用范圍如下：
NEAREST - 執(zhí)行最鄰近分配法，是速度最快的插值方法。此選項主要用于離散數(shù)據(jù)（如土地利用分類），因為它不會更改像元的值。最大空間誤差將是像元大小的一半。
BILINEAR - 執(zhí)行雙線性插值法，可根據(jù)四個最鄰近輸入像元中心的加權平均距離確定像元的新值。此選項用于連續(xù)數(shù)據(jù)，并會生成平滑的數(shù)據(jù)。
CUBIC - 執(zhí)行三次卷積插值法，可通過擬合穿過 16 個最鄰近輸入像元中心的平滑曲線確定像元的新值。此選項適用于連續(xù)數(shù)據(jù)，盡管所生成的輸出柵格可能會包含輸入柵格范圍以外的值。與通過運行最鄰近重采樣算法獲得的柵格相比，輸出柵格的幾何變形程度較小?！叭巍边x項的缺點是需要更多的處理時間。在某些情況下，此選項會使輸出像元值位于輸入像元值范圍之外。如果無法接受此結果，請轉(zhuǎn)而使用“雙線性”選項。
MAJORITY - 執(zhí)行眾數(shù)算法，可根據(jù)過濾器窗口內(nèi)的最常用值來確定像元的新值。與最鄰近法一樣，此選項主要用于離散數(shù)據(jù)；但與“最鄰近”選項相比，“眾數(shù)”選項通?？缮筛交慕Y果。
————引用自ArcMAP“重采樣”工具幫助文檔
【END】
2.3 設置完成后點擊確定，得到DEM數(shù)字高程地形重采樣結果如圖2.3所示。
▲圖2.3 通過對DEM數(shù)字高程地形重采樣之后的效果
2.4 根據(jù)重采樣之后的DEM生產(chǎn)山體陰陰影，如圖2.4、圖2.5所示，該山體陰影所模擬地形存在不連續(xù)突變，與實際地形不符，有興趣的朋友可以通過該DEM進行坡度、坡向等專項分析會發(fā)現(xiàn)存在相同的問題，因此該重采樣數(shù)據(jù)不能作為基于數(shù)字地形的各類專項分析。
▲圖2.3 通過重采樣DEM生成的山體陰影效果
▲圖2.5 通過重采樣DEM生成的山體陰影效果（局部放大）
2.5 重采樣的方法可以對DEM數(shù)字地形本身的精度進行優(yōu)化提升，但是重采樣后的數(shù)據(jù)不能進一步作為柵格分析的依據(jù)，因此該方法在數(shù)字地形分析中仍然具有局限性，不推薦使用。
方法三：通過平滑等高線及重采樣提升數(shù)據(jù)精度
3.1 如圖31所示，在ArcToolbox中找到并打開工具“3D Analyst 工具-柵格表面-等值線”。
▲圖3.1 等值線工具
3.2 如圖3.2所示 對等值線生成工具參數(shù)進行設置，其中主要設置等值線間距，間距越小，精度越高，數(shù)據(jù)量越大；反之間距越大，精度越低，數(shù)據(jù)量越小。設置完參數(shù)，點擊“確定”，生成等值線結果，如圖3.3所示。
▲圖3.2 等值線工具參數(shù)設置
▲圖3.3 等值線生成結果
3.3 如圖3.4所示，在ArcToolbox中找到并打開“制圖工具-制圖綜合-平滑線”工具。
▲圖3.4 平滑線工具
3.4 如圖3.5所示，對平滑線工具進行參數(shù)設置，其中主要對“平滑容差”進行設置，此處的值可原始DEM地形精度的2-3倍左右進行設置，值越大，平滑效果越好，本文按原始精度30米的3.3倍及100米的容差進行平滑，平滑后效果如圖3.6所示。
▲圖3.5 平滑線工具參數(shù)設置
▲圖3.6 等值線平滑后效果
3.5 如圖3.7所示，在ArcToolbox中找到并打開“3D Analyst工具-數(shù)據(jù)管理-創(chuàng)建TIN工具”。
▲圖3.7 創(chuàng)建TIN工具
3.6 如圖3.8所示，對“創(chuàng)建TIN”工具的參數(shù)進行設置，其中主要設置輸出TIN的保存路徑和輸入要素類的對應參數(shù)，注意“高度字段”選擇等值線中儲存高程值的字段，設置完成點“確定”，生成如圖3.9所示結果。
▲圖3.8 創(chuàng)建TIN工具參數(shù)設置
▲圖3.9 生成的TIN三角網(wǎng)數(shù)字地形模型（已在圖層符號系統(tǒng)中關閉“邊類型顯示”）
3.7 如圖3.10所示，在ArcToolbox中找到并打開“3D Analyst工具-轉(zhuǎn)換-TIN轉(zhuǎn)柵格”工具。
▲圖3.10 TIN轉(zhuǎn)柵格工具
3.8 如圖3.11所示，對TIN轉(zhuǎn)柵格工具進行參數(shù)設置，其中主要對輸入輸出數(shù)據(jù)集采樣距離進行設置，采樣距離注意通過點擊待選框后方小三角點選CELLSIZE，即像元大小，此像元大小即為輸出DEM數(shù)字地形精度，跟前文重采樣類似，該值越小，輸出精度越高，數(shù)據(jù)量也越大；反之該值越小，則精度越低，數(shù)據(jù)量也會越小，本文CELLSIZE設置為1，即表示輸出精度為1米的柵格數(shù)字地圖。設置完成后點擊“確定”，生成如圖3.12所示結果。
▲圖3.11 TIN轉(zhuǎn)柵格工具參數(shù)設置
▲圖3.12 TIN轉(zhuǎn)柵格輸出結果
3.9 根據(jù)以上TIN轉(zhuǎn)柵格輸出結果，使用工具“3D Analyst工具-柵格表面-山體陰影”生成山體陰影文件，如圖3.13所示。
▲圖3.13 山體陰影模擬效果
對比總結
如圖4.1 所示，通過對原始數(shù)據(jù)及三種不同方法處理后的數(shù)據(jù)進行簡單對比，原始數(shù)據(jù)由于精度較低，應用在實際項目分析中效果較差，通過方法一的簡單顯示設置能夠快速提高數(shù)據(jù)的顯示精度，但該方法僅能做可視化優(yōu)化，對數(shù)據(jù)本身精度并無改變；方法二中的重采樣方法能對原始數(shù)據(jù)進行二項式插值重采樣，通過該方法能夠有效改善數(shù)據(jù)本身及其顯示精度，但由于插值采樣的局限性，該方法生成的數(shù)據(jù)結果不能用于二次分析；第三種方法通過生成等值線，對等值線進行平滑處理后再重新生成TIN三角網(wǎng)模型及DEM數(shù)字高程地形數(shù)據(jù)，該方法得到的效果最好，最能有效改善原始地形數(shù)據(jù)的精度和顯示效果，也能作為二次分析的基礎數(shù)據(jù)，因此推薦在實際項目應用中遇到地形圖精度不夠的時候可以作為輔助手段提升地形精度。
▲圖4.21 多方案成果對比
當然，本文所介紹方法是在不能獲取更高比例尺精度地形圖數(shù)據(jù)的前提下對數(shù)字地形進行輔助優(yōu)化的手段，僅是在數(shù)據(jù)可視化和量化分析上能夠適當提高視覺精度，該方法并不能真正意義上的提升數(shù)字地形精度，更不能無中生有反映更多真實地形細節(jié)，如果有條件，還是建議獲取更高比例尺精度的數(shù)字地形數(shù)據(jù)進行相關分析。
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