數(shù)字高程模型的類型 

    數(shù)字高程模型（DEM/DEMs, Digital Elevation Model/Models）是對地形地貌的一種數(shù)字化的表達方式，一般是以柵格或三角網(wǎng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)儲存在計算機上，用以記錄大地表面不同坐標點（x, y）的相應高程（z），并可以通過計算機實現(xiàn)三維分析和顯示。在計算機技術(shù)普及之前，數(shù)字高程模型的前身是二維的地形圖或高程圖。根據(jù)描述對象的不同，數(shù)據(jù)高程模型可以分為很多類型，其中最為常見的是數(shù)字地形模型（DTM, Digital Terrain Model）和數(shù)字地表模型（DSM, Digital Surface Model）。如圖一所示，DTM是對純粹的地球表面形態(tài)的描述，它所關(guān)心的是除去包括森林、建筑等一切自然或人工地物之外的地球表面構(gòu)造，即純地形形態(tài)。準確的地形地貌信息是人類建設(shè)活動所必備的基礎(chǔ)信息，大到生態(tài)環(huán)境綜合治理，小到建壩修路具體工程，乃至對于洪水、地震等自然災害的預警預防，都必須以對地形地貌的充分分析為前提。由于地表往往被不同的地物所覆蓋，精確的純地形信息獲取難度很高，正因為如此，高精度DTM的獲取技術(shù)十分重要。DSM則是對地球表面，包括各類地物的綜合描述（見圖二），它關(guān)注的是地球表面土地利用的狀況，即地物分布形態(tài)。DSM同樣是環(huán)境或城市管理的重要依據(jù)，通過DSM的分析，可以及時地獲取森林或城市的生長及發(fā)展狀況，在精細林業(yè)管理、虛擬城市管理、城市環(huán)境控制及重大災害災情分析等方面，DSM都可以發(fā)揮重大作用。圖一的DTM與圖二的DSM描述的是同一地區(qū)不同層次的高程信息，圖二的DSM是大地表土地利用現(xiàn)狀的直觀表達，可以清晰地看到建筑和植被的分布狀況，而圖一的DTM描述的則是濾除地面上的一切遮擋物之后，地球表面真實的地形地貌。需要注意的是，在數(shù)字高程模型制作和研究早期，受數(shù)據(jù)精度限制，DEM往往直接指代DTM，但隨著數(shù)據(jù)獲取方式和計算機技術(shù)的進步，不同類型的DEM之間的差異越來越大，用途也逐漸分化，DEMs一詞逐漸替代DEM成為不同類型的數(shù)字高程模型的總稱。除常見的DTM和DSM之外，還包括正規(guī)化的數(shù)字地表模型（nDSM）、樹冠高度模型（CHM）等一系列描述地球表面高程變化的各類數(shù)字模型，使用時應加以區(qū)分。 
傳統(tǒng)的數(shù)字高程模型的獲取方法主要有三種：野外人工測量（Field Measurement）、立體攝影測量（Stereo Photogrammetry）和雷達（Radar）。近10年來，隨著激光雷達（LIDAR）技術(shù)的飛速進步，LIDAR以其精度高、數(shù)據(jù)信息豐富、適應性強等特點，正在成為數(shù)字高程模型最主要的獲取手段之一。 

    如果將LIDAR和野外人工測量、攝影測量、雷達這三種傳統(tǒng)技術(shù)略作比較，我們就可以很清楚地看出它的長處。 

    人工測量的最大弱點就是精度差，可靠性低。在復雜的地理環(huán)境，尤其是有植被覆蓋的地區(qū)，就算依賴全球定位系統(tǒng)（GPS）進行定位，其水平測量誤差也往往在10米以上。在成本控制方面，大范圍的人工地形普查不僅費時費力，而且效率低下，所以人工測量只適用于實時性要求較高的小面積測量。LIDAR則是一種適用于較大范圍的高效率的航空遙感技術(shù)，其水平測量精度可以達到厘米級（誤差15厘米以下），高程測量精度可以達到飛行高度的千分之一（若飛行高度1000米，測高誤差在1米以下），可以說，LIDAR是目前精度最高的遙感地形測量技術(shù)。LIDAR的弱點是飛行過程需要一系列準備和設(shè)計，利用LIDAR獲取周期性的實時數(shù)據(jù)成本較高。 

    相對于傳統(tǒng)的攝影測量技術(shù)，LIDAR在地理測繪以及高程數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域的表現(xiàn)更為出色。尤其是在植被覆蓋地區(qū)的DTM測繪方面，由于激光測量脈沖對樹冠的穿透特性，使得通過航空遙感手段直接獲取林下地形特征信息成為可能。LIDAR的優(yōu)勢不僅停留在數(shù)據(jù)采集方面，由于LIDAR直接提供地表的（x,y,z）點云坐標數(shù)據(jù)（見圖三），使得LIDAR數(shù)據(jù)處理具備了更高的全自動化處理的潛力。以LIDAR點云為分析對象的不同的過濾和分類算法，可以有效地分割分屬不同地物的數(shù)據(jù)點，并根據(jù)需要選取數(shù)據(jù)，直接生成如DTM、DSM或CHM等不同的數(shù)字高程模型。與依賴用戶交互監(jiān)控的傳統(tǒng)攝影測量數(shù)據(jù)處理不同，LIDAR數(shù)據(jù)的處理盡量減少或避免人為的干預，數(shù)據(jù)處理的全自動化可使數(shù)據(jù)的分析運算效率大大提高，這種高效率對于海量地表信息分析至關(guān)重要。 

    與同樣主要用于獲取地表高程信息的干涉合成孔徑雷達（IFSAR，Interferometric Synthetic Aperture Radar）相比，LIDAR可以提供更精確更詳細的地形信息。受雷達技術(shù)所限，在地勢起伏較大，地形相對復雜的地區(qū)，干涉合成孔徑雷達所采集的高程信息會出現(xiàn)數(shù)據(jù)空洞。相比之下，LIDAR系統(tǒng)同時掃描傳感器垂直方向左右各10-20度角度的范圍，從而有效地避免了數(shù)據(jù)空洞的產(chǎn)生。LIDAR和IFSAR都不太受天氣狀況的影響。相對于LIDAR，IFSAR傳感器支持其平臺在更高的高度飛行，從而可以在短期內(nèi)獲取更大面積的數(shù)據(jù)。關(guān)于LIDAR和IFSAR在三維空間點云采集能力的比較測試還在進行當中，兩者各有千秋。很多現(xiàn)有研究都在嘗試將LIDAR和IFSAR結(jié)合在一起應用，以提高獲取三維點云的能力。