工程管理全信息化条件下的DEM生成

工程管理全信息化条件下的DEM生成摘要：随着工程管理全信息化的发展，数字高程模型（DEM）的生成变得至关重要。本文探讨了在工程管理全信息化条件下DEM生成的相关技术、流程及应用。阐述了利用先进的测量技术获取地形数据，通过数据处理与分析生成高质量DEM的方法，并介绍了其在工程规划、施工监测等方面的广泛应用，为工程管理提供了有力的地形数据支持和决策依据。

一、引言在当今工程管理全信息化的时代背景下，准确、详细的地形信息对于工程项目的规划、设计、施工及运营管理都有着极其重要的意义。数字高程模型（DEM）作为一种能够直观反映地形起伏变化的数字模型，成为了工程管理中不可或缺的一部分。它可以为工程建设提供基础地形数据，辅助进行土方量计算、道路选线、场地平整等工作，有助于提高工程管理的效率和质量，降低成本和风险。

二、工程管理全信息化概述工程管理全信息化是利用现代信息技术，如地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）等，对工程建设项目的全过程进行数字化管理。通过建立涵盖工程各个环节的信息数据库，实现信息的快速采集、传输、处理和共享，使工程管理者能够实时掌握工程进展情况，进行科学决策和精准指挥。

在工程管理全信息化过程中，地形数据是基础信息之一。准确的地形数据能够为工程的空间定位、设计方案的合理性评估等提供关键支撑。而DEM作为地形数据的一种有效表达方式，其生成与应用贯穿于工程管理的多个阶段。

三、DEM生成的数据来源（一）测量仪器测量1.全站仪测量全站仪可以精确测量地面点的三维坐标。在工程测量中，通过在测区设置多个测站，对地形特征点进行观测，获取一系列离散的三维坐标数据。这些数据包含了地形的高低起伏信息，是生成DEM的重要原始数据来源。例如，在山区道路工程测量中，使用全站仪对沿线地形进行测量，记录道路中线及两侧地形变化点的坐标，为后续生成该区域的DEM提供了详细的数据基础。2.水准仪测量水准仪主要用于测量两点之间的高差。在较大面积的地形测量中，通过布设水准路线，测量一系列水准点的高程，再结合全站仪测量的平面坐标，可得到地形点的三维坐标。如在城市新区场地平整工程中，利用水准仪进行大面积的高程测量，配合全站仪测量控制点坐标，从而获取整个场地的地形数据，为生成场地的DEM提供完整的数据集合。

（二）航空摄影测量航空摄影测量利用飞机搭载航摄仪对地面进行摄影，获取大面积的航空影像。通过对航空影像进行处理，可以提取地形信息生成DEM。1.影像处理流程首先，对获取的航空影像进行预处理，包括影像纠正、镶嵌等操作，以提高影像的质量和准确性。然后，利用立体像对进行立体测图，通过在立体模型上量测地形点的坐标，构建数字地面模型。例如，在大型水利枢纽工程的前期规划中，采用航空摄影测量获取库区及周边地区的地形影像。经过处理后，生成高精度的DEM，为水库库容计算、淹没范围分析等提供了准确的地形数据支持。2.优势航空摄影测量能够快速获取大面积的地形数据，具有覆盖范围广、效率高的优点。而且可以获取高分辨率的影像，能够更清晰地反映地形细节，生成的DEM精度较高，适用于大规模工程的前期地形勘察和规划设计。

（三）卫星遥感数据卫星遥感技术可以获取全球范围内的地形信息。通过对卫星遥感影像进行处理和分析，也能够提取地形数据生成DEM。1.数据特点卫星遥感数据具有覆盖范围大、周期性强等特点。不同分辨率的卫星影像可以满足不同工程规模和精度要求的DEM生成。例如，中分辨率的卫星影像适用于区域尺度的工程地形分析，高分辨率的卫星影像则可用于局部地区的详细地形建模。2.处理方法利用卫星遥感影像生成DEM通常需要结合地形特征提取算法和数字图像处理技术。通过对影像中的地形纹理、阴影等信息进行分析，提取地形高程信息，并进行插值和拟合等处理，生成DEM数据。如在一些跨区域的交通基础设施建设工程中，借助卫星遥感数据获取沿线区域的地形概况，生成初步的DEM，为后续的详细测量和设计提供宏观的地形参考。

四、DEM生成的技术方法（一）基于规则格网的DEM生成1.数据采集与格网划分首先，根据测区范围和精度要求，确定规则格网的间距。然后，将采集到的地形数据点按照格网进行划分，每个格网内至少有一定数量的数据点。例如，对于一个地形起伏相对平缓的小型场地，格网间距可以设置为1m×1m；而对于地形复杂的山区，格网间距则可能需要缩小到0.5m×0.5m甚至更小，以保证能够准确反映地形变化。2.高程内插算法采用合适的高程内插算法计算格网点的高程值。常用的内插算法有线性内插、双线性内插、克里金插值等。线性内插是一种简单的内插方法，根据格网内相邻数据点的高程进行线性计算得到格网点高程。双线性内插则考虑了格网内四个相邻数据点的高程信息，通过双线性函数进行插值计算，精度相对较高。克里金插值是一种基于区域化变量理论的最优内插方法，能够考虑数据点之间的空间相关性，在处理具有空间自相关性的地形数据时表现较好。例如，在某城市公园的地形建模中，采用双线性内插算法对划分好的格网进行高程计算，生成了精度满足公园景观设计要求的DEM。

（二）基于不规则三角网（TIN）的DEM生成1.构建TIN以采集到的地形特征点为基础，通过连接具有相邻关系的点，形成不规则的三角形网络。在构建TIN时，要遵循三角形内角和在合理范围内、三角形尽量接近等边三角形等原则，以保证TIN能够准确反映地形特征。例如，在山区地形建模中，首先确定山顶、山谷、山脊等地形特征点，然后利用Delaunay三角剖分算法构建TIN。Delaunay三角剖分能够保证每个三角形的外接圆内不包含其他数据点，从而使构建的TIN更加合理地逼近真实地形。2.TIN与DEM的转换将构建好的TIN转换为规则格网的DEM。可以通过对TIN进行格网化，按照一定的格网间距在TIN上采样，计算格网点的高程值，从而得到DEM数据。如在某山区高速公路选线工程中，基于TIN生成的DEM能够清晰地显示沿线的地形起伏情况，为道路的纵断面设计和横断面设计提供了准确的地形依据。

（三）混合式DEM生成混合式DEM生成结合了规则格网和不规则三角网的优点。在地形变化平缓的区域采用规则格网表示，以减少数据存储量和计算量；在地形变化复杂的区域采用不规则三角网，能够更精确地反映地形特征。1.区域划分根据地形数据的分析结果，将测区划分为不同的区域，如平原区、丘陵区、山区等。针对不同区域的地形特点，选择合适的表示方式。例如，对于城市建成区等地形相对平坦的区域，采用规则格网DEM；对于周边的山地地形，则采用TIN进行表示。2.数据融合将规则格网DEM和TIN数据进行融合，形成统一的混合式DEM。在融合过程中，要保证两种表示方式之间的数据一致性和精度。如在某城市新区的综合开发项目中，利用混合式DEM能够全面、准确地反映整个区域的地形情况，为土地利用规划、建筑布局设计等提供了详细的地形基础。

五、DEM生成的质量控制（一）数据质量控制1.测量精度控制在数据采集过程中，严格控制测量仪器的精度和测量方法。定期对测量仪器进行校准和检验，确保测量数据的准确性。例如，全站仪的测角精度和测距精度要满足工程测量规范要求，水准仪的i角误差要控制在允许范围内。同时，采用合适的测量方法，如往返观测、闭合导线测量等，对测量误差进行检核和控制。2.数据完整性检查对采集到的地形数据进行完整性检查，确保没有遗漏重要的地形信息。检查数据点的分布是否均匀，是否覆盖了整个测区。例如，在对一个大型工业园区进行地形测量时，要检查测量数据是否涵盖了园区内所有的建筑物、道路、水系等地形要素，避免出现数据缺失导致生成的DEM不能准确反映实际地形的情况。

（二）生成过程质量控制1.算法选择与优化根据地形特点和工程要求，选择合适的DEM生成算法，并对算法进行优化。在实际应用中，对比不同算法生成的DEM结果，选择精度最高、效果最好的算法。例如，对于地形复杂的山区，经过试验对比，发现采用克里金插值算法结合TIN生成的DEM精度明显高于其他算法，则优先选用该方法进行生成。2.中间结果检查在DEM生成过程中，对中间结果进行及时检查。如在格网划分、内插计算等环节，检查计算结果是否符合逻辑和精度要求。例如，在基于规则格网的DEM生成中，检查格网点高程计算是否正确，是否存在异常值。对于发现的问题及时进行修正，确保生成的DEM质量可靠。

（三）成果质量评价1.精度评价指标采用多种精度评价指标对生成的DEM成果进行评价，如中误差、相对中误差、高程异常等。通过与已知的高精度地形数据或实地测量数据进行对比，评估DEM的精度。例如，将生成的DEM与实测的控制点高程数据进行比较，计算中误差。若中误差在规定的允许范围内，则认为DEM精度满足要求。2.可视化检查通过三维可视化软件对生成的DEM进行可视化检查，直观地查看地形的起伏情况和细节表现。检查DEM是否能够真实反映实际地形，是否存在明显的地形失真现象。例如，利用ArcScene等软件将DEM渲染成三维地形模型，观察模型是否与实地地形相符，如山峰、山谷的形态是否准确，道路、水系等地形要素的表示是否合理等。

六、工程管理全信息化条件下DEM的应用（一）工程规划1.场地平整规划根据生成的DEM数据，进行场地平整规划。计算场地的挖填方量，确定合理的平整方案。通过分析DEM数据，可以直观地了解场地的地形起伏情况，优化场地平整的设计，减少土方工程成本。例如，在某房地产开发项目中，利用DEM数据计算出场地的挖填方量，并据此设计了合理的场地平整方案，降低了土方开挖和回填的工程量，节约了工程成本。2.道路选线规划DEM数据为道路选线提供了地形参考。可以通过分析DEM数据，了解沿线的地形坡度、高差等情况，选择地形相对平缓、工程量较小的路线方案。同时，还可以结合地形特征，如避开山体滑坡、泥石流等地质灾害易发区域，提高道路的安全性和可靠性。例如，在山区高速公路选线过程中，借助DEM数据对多个备选路线方案进行地形分析，最终选择了最优路线方案，减少了道路建设过程中的桥梁、隧道等大型构造物的工程量，降低了工程造价。

（二）施工监测1.土方工程监测在土方工程施工过程中，利用DEM数据进行实时监测。通过定期测量地形变化，生成新的DEM数据，并与施工前的DEM数据进行对比，及时掌握土方工程的进度和质量。可以发现土方超挖、欠挖等问题，及时进行调整和纠正。例如，在某大型工业厂房基础土方开挖施工中，每天对施工现场进行地形测量，生成DEM数据并与初始DEM对比。发现局部区域土方开挖深度不够，及时通知施工单位进行整改，保证了土方工程的施工质量。2.建筑物沉降监测结合DEM数据和GPS等测量技术，对建筑物的沉降情况进行监测。通过在建筑物周围设置监测点，定期测量监测点的高程变化，利用DEM数据的对比分析，准确获取建筑物的沉降量和沉降趋势。及时发现建筑物的不均匀沉降等问题，采取相应的措施进行处理，确保建筑物的安全。例如，在某高层建筑物施工过程中，利用DEM监测技术对建筑物的沉降进行实时监测。发现建筑物某一侧出现不均匀沉降，及时调整施工方案，采取地基加固等措施，保证了建筑物的正常施工和使用安全。

（三）工程运营管理1.水利工程管理对于水库、堤坝等水利工程，DEM数据可用于库容计算、水位变化分析等。通过建立不同时期的DEM模型，结合水位数据，准确计算水库的库容变化，为水资源调配和防洪决策提供依据。例如，在某大型水库的运营管理中，利用DEM数据和实测水位数据，实时计算水库库容。当汛期来临前，根据库容变化和天气预报，提前做好防洪调度准备，确保水库安全度汛。2.城市基础设施管理在城市基础设施管理中，DEM数据可用于城市排水系统分析、地下管线敷设规划等。通过分析城市地形的高低起伏，优化排水管网的布局，合理规划地下管线的走向，提高城市基础设施的运行效率和管理水平。例如，在某城市的排水系统升级改造工程中，利用DEM数据对城市地形进行详细分析，