44、3D数字高程模型生成技术解析

3D数字高程模型生成技术解析

1. 引言

数字高程模型（DEM）是利用地形高程数据创建的地形表面数字表示，包含水平坐标X、Y和海拔Z。DEM生成方法大致可分为以下几类：
- 被动遥感传感器生成 ：依赖太阳等自然能源，通过机载或星载多光谱/全色图像以立体对形式提取3D信息，即经典摄影测量法。
- 主动遥感传感器生成 ：探测人为发射到目标的人造能源，包括雷达立体对、干涉合成孔径雷达（InSAR）和激光雷达（LIDAR）。
- 大地测量生成 ：使用大地测量仪器逐点收集指定坐标系（如WGS84）中的坐标（X，Y）和海拔（Z），制作地形图，再将其数字化转换为DEM，这是一种传统方法。

本文主要讨论基于遥感的DEM生成技术，涵盖被动和主动方法，重点介绍光学立体成像、InSAR和LIDAR三种关键遥感方法。需要区分三个相关技术术语：DEM、数字地形模型（DTM）和数字表面模型（DSM）。DEM是高程模型的通用术语；DSM表示传感器检测到的包括表面所有可见物体的高度；DTM展示裸地表面地形。在使用星载立体图像和InSAR生成DEM时，由于典型高程精度为±10米，在农村地区DSM和DTM几乎无差异，通常用DEM表示摄影测量和遥感领域的3D重建。而机载LIDAR的垂直精度和多回波捕获能力，使得有必要区分DSM和DTM，还可以从原始DSM中去除物体以生成更准确的DTM。

DEM在许多领域有重要应用，如监测地球表面变化、预测土地侵蚀和滑坡、科学研究（制图、气候建模等），随着遥感技术发展，其应用范围不断扩大。

2. 立体图像生成DEM