數字高程模型（DEM）或數字地表模型（DSM）是一種3D計算機圖形表示，用於表現地形數據，代表地形或覆蓋物體，通常是指行星、月球或小行星的地形。"全球DEM"指的是一個離散的全球網格。DEM在地理信息系統（GIS）中經常被使用，並且是數字製作的地形圖最常見的基礎。數字地形模型（DTM）特指地面表面，而DEM和DSM可能代表樹頂冠層或建築物屋頂。
雖然DSM可用於景觀建模、城市建模和可視化應用，但DTM經常被用於洪水或排水建模、土地使用研究、地質應用及其他應用，並且在行星科學中也有其重要性。這兩種模型為地理、環境科學、工程和規劃領域提供了重要的數據和工具，使得從不同角度分析和理解地球表面及其他天體表面成為可能。
術語
在科學文獻中，對於數字高程模型（DEM）、數字地形模型（DTM）和數字地表模型（DSM）的術語使用並沒有統一的規範。在大多數情況下，「數字地表模型」代表地球表面並包括其上所有物體。與DSM相對，數字地形模型（DTM）代表的是沒有任何像植物和建築物這樣的對象的裸露地面表面。
DEM通常被作為DSMs和DTMs的通用術語，僅代表高度信息而不對表面做進一步的定義。其他定義將DEM和DTM等同起來，將DEM和DSM等同起來，定義DEM為DTM的一個子集，這也代表了其他形態元素，或者將DEM定義為矩形網格，而將DTM定義為三維模型（TIN）。大多數數據提供者（如USGS、ERSDAC、CGIAR、Spot Image）使用DEM這一術語作為DSMs和DTMs的通用術語。一些數據集，如SRTM或ASTER GDEM原本是DSMs，儘管在森林覆蓋區域，SRTM達到樹冠層，提供的讀數介於DSM和DTM之間。從高分辨率的DSM數據集創建DTMs，通過複雜算法過濾掉建築物和其他物體，這一過程被稱為「裸地提取」。在下文中，術語DEM被用作DSMs和DTMs的通用術語。
類型
DEM（數字高程模型）可以表示為柵格格式（一個正方形網格，當表示高程時也被稱為高度圖）或作為基於矢量的不規則三角網（TIN）。TIN DEM數據集也被稱為原始（測量的）DEM，而柵格DEM被稱為次級（計算的）DEM。DEM可以通過攝影測量、激光雷達（LiDAR）、干涉合成孔徑雷達（IfSAR或InSAR）、地面測量等技術獲得。
DEM通常是使用遙感技術收集的數據構建的，但也可以通過地面測量來構建。這些方法提供了從不同來源和技術獲取地形高度信息的靈活性，使得DEM在多種應用中成為了一個寶貴的資源，包括地理信息系統（GIS）分析、環境研究、城市規劃、災害管理和工程項目中。通過整合和處理這些數據，可以創建出高精度的地形模型，為了解和管理自然和人造環境提供支持。
數字高程模型（DEM）可以以柵格（一個正方形網格，當表示高程時也稱為高度圖）或基於矢量的三角不規則網絡（TIN）的形式表示。TIN DEM數據集也被稱為原始（測量的）DEM，而柵格DEM被稱為次級（計算的）DEM。DEM可以通過攝影測量、激光雷達（LiDAR）、干涉合成孔徑雷達（IfSAR或InSAR）、地面測量等技術獲得。（李等，2005年）。
製作
生成數字高程模型的一種強大技術是干涉合成孔徑雷達（Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR），其中一個雷達衛星（如RADARSAT-1、TerraSAR-X或Cosmo SkyMed）的兩次飛越，或者如果衛星裝備有兩個天線的話（像SRTM儀器那樣），只需一次飛越就能收集足夠的數據，以生成邊長數十公里、分辨率約為十米的數字高程圖。也可以使用數字圖像相關法（Digital Image Correlation Method）採用其他類型的立體對，其中兩幅光學圖像從飛機或地球觀測衛星（如SPOT5的HRS儀器或ASTER的VNIR波段）的同一次飛越中以不同角度獲取。這些技術提供了一種高效生成高精度DEM的方法，特別適用於覆蓋廣闊區域的地形測繪。
SPOT 1衛星（1986年）利用兩次飛越的立體對相關技術，為地球大部分陸地提供了首批可用的高程數據。隨後，歐洲遙感衛星（ERS, 1991）使用相同的方法提供了進一步的數據，航天飛機雷達地形測繪任務（SRTM, 2000）利用單次飛越的合成孔徑雷達（SAR）技術，以及搭載在Terra衛星上的高級空間輻射熱發射和反射輻射計（ASTER, 2000）利用雙次飛越的立體對技術。這些任務顯著增強了我們對地球表面高程的了解，並為地形分析、環境監測和各種地理信息系統（GIS）應用提供了寶貴的數據。
在行星科學中，越來越有價值的工具是使用軌道高度計製作行星的數字高程圖。這方面的一個主要工具是激光高度計，但雷達高度計也被使用。使用激光高度計製作的行星數字高程圖包括對火星的火星軌道激光高度計（MOLA）測繪、對月球的月球軌道激光高度計（LOLA）和月球高度計（LALT）測繪，以及對水星的水星激光高度計（MLA）測繪。在行星製圖中，每個行星體都有一個獨特的參考表面。
這些激光高度計數據為科學家提供了精確的地形信息，使他們能夠詳細研究行星表面的地形特徵、沖積平原、火山、撞擊坑等。這些信息對於理解行星的地質歷史、氣候變化和潛在的生命存在條件至關重要。例如，MOLA數據幫助科學家揭示了火星上存在大規模水流的證據，而LOLA和LALT數據增強了我們對月球表面和內部結構的理解。通過這些高度測量技術，行星科學家能夠創建高精度的行星地形模型，這對於未來的探測任務規劃和行星系統科學研究非常有價值。
DEM的質量是衡量每個像素處高程準確性（絕對準確性）和地形形態準確性（相對準確性）的一種指標。DEM的質量評估可以通過比較來自不同來源的DEM來進行。影響DEM衍生產品質量的幾個因素包括：
1. 數據採集技術：使用的技術（如激光雷達、攝影測量、合成孔徑雷達等）決定了原始數據的分辨率和準確性。
2. 採樣密度：數據點的密度影響着地形細節的捕獲能力。更高的採樣密度通常意味着更高的地形細節。
3. 插值方法：在將採樣點轉換為連續高程表面的過程中所採用的插值方法會影響最終DEM的準確性。
4. 地形複雜性：地形的複雜性，如陡峭的斜坡和峭壁，可能會影響測量準確性和插值結果。
5. 數據處理和清理：數據的預處理和清理步驟，包括去除異常值和修正數據錯誤，對提高DEM的質量至關重要。
6. 時間因素：地表變化（如侵蝕、沉積、植被變化等）意味着DEM的準確性可能會隨時間而變化。
通過比較來自不同源的DEM數據，例如，將地面測量數據與遙感數據進行比較，可以評估特定DEM的絕對和相對準確性。這種比較可以揭示數據間的差異，指出潛在的錯誤來源，從而指導如何選擇和使用DEM數據以最大化研究或應用項目的準確性。
參考文獻
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
