在本年天然资源部发布的《实景三维中国建设技能大纲（2021版）》中，空间数据部分包罗“数字高程模型 （DEM）、数字表面模型（DSM）、数字正射影像（DOM）、 真正射影像（TDOM）、倾斜拍照三维模型、激光点云等。”
近日，陕西测绘地理信息局也交出成果 —— 其负担的实景三维中国建设前期工作项目，新疆166万平方千米数字高程模型(DEM)制作任务成果成功通过验收，将作为国内最权势巨子、可靠、全面、现势性好的数字高程模型(DEM)数据提供给相关部门和其他行业使用。
这些空间数字模型和影像到底有什么区别？为什么它们听上去、看上去都那么像？它们来自何方，又如何应用？为什么实景三维、天然资源管理、“三调”、防灾救灾...都离不开它们？
DEM、DOM、DSM...
确定不是“绕口令”？
单看英文简称，DEM、DSM、DOM、TDOM..它们不仅读起来像绕口令，看上去也像一家子 —— 不过在空间信息上，它们确实有亲戚关系，而且除了以上这些，另有不少旁系派生，妥妥的就是地形空间“百口桶”。
第一位出场的肯定是最有名的，数字高程模型（DEM）。
数字高程模型 （DEM）
数字高程模型（Digital Elevation Model)，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达）。它是用一组有序数值阵列情势表现地面高程的一种实体地面模型，是数字地面模型(Digital Terrain Model，简称DTM)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。
值得留意的是，虽然通过DEM通常表现出的是地理空间的图像形态，实际上，它是一种数字阵列信息模型（x,y,z)，描述地理空间中的地形高低起伏，通过表现模型和渲染后，成为人们看到的地形图。
DEM有三种主要的表现模型：规则格网模型，等高线模型和不规则三角网，上图为不规则三角网（TIN）表现模型 | 图：百度百科
由于DEM数据能够反映一定分辨率的局部地形特征，通过其可提取各种类型的地表形态信息，可用于绘制等高线、坡度图、坡向图、立体透视图、立体景观图，并应用于制作正射影像（DOM）、立体地形模型与舆图修测。所以，广义的DEM还包罗等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表现。
DEM的形态多种多样，并不一定是三维立体的，也可通过渲染颜色深浅，辨认地形高低。上图为同一片地区的等高线和晕渲图配准制作的立体地形舆图 | 图：Jo Hannah Asetre
DEM是研究分析地形、流域、地物辨认的重要原始资料。
各人也发现了，在解释DEM的同时，也出现了不少“亲戚”的身影，所以接下来请出的是DEM的长辈 —— 数字地面模型（DTM）。
数字地面模型 （DTM）
数字地面模型（Digital Terrain Model），是利用一个恣意坐标系中大量选择的已知x、y、z的坐标点对一连地面的一种模拟表现，或者说，DTM就是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。x、y表现该点的平面坐标，z值可以表现高程、坡度、温度等信息，当z表现高程时，就是数字高程模型，即DEM。地形表面形态的属性信息一般包罗高程、坡度、坡向等。
从左到右依次为温度图、日照图、坡度图 | 图：FATMAP
可以看到，DTM是一个地理坐标+多属性数字模型，通过z值的多变，可以生成差别地面数字模型，认识DTM也有助于明白DEM。
不过，无论是DTM还是DEM，都专精于地面，在人类建筑和森林树木之类的地物眼前还是力不从心，所以DEM又多了一个兄弟——数字地表模型（DSM）。
数字地表模型（DSM）
数字地表模型（Digital Surface Model）是包含了地表建筑物、桥梁和树木等高度的地面高程模型。和DEM相比，DEM只包含了地形的高程信息，并未包含其它地表信息，DSM是在DEM的底子上，进一步涵盖了除地面以外的其它地表信息的高程。在一些对建筑物高度有需求的领域有重要作用。
DSM表达了真实地球表面的起伏环境，让DEM的世界多了建筑物和森林等地物的身影！它表现的信息量更大，除了天然地理空间信息，还可从中直接提取社会经济信息；DSM和DTM之间的差异还可以提供非常有用的信息，例如，建筑物高度、植被冠层高度等。
这张图阐明白DSM和DTM的区别：上为DSM关注的地表是包罗了建筑、树木等地物的表面高度，而DEM和DTM关注的地面是下图中的红色线条 | 图：CRIS
以上三位数字地形模型选手集结完毕，接下来是它们的两位旁系出场：数字正射影像（DOM）和真正射影像（TDOM）。之所以说它们是旁系，是因为它们的属性是影像舆图，而非数字模型
数字正射影像（DOM）
数字正射影像图（Digital Orthophoto Map）是利用DEM对经过扫描处置惩罚的数字化航空像片或遥感影像（单色或彩色），经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌，并按规定图幅范围裁剪生成的形象数据，带有公里格网、图廓（内、外）整饰和注记的平面图。
通过超擎影像云发布正射影像（DOM）成果数据
虽然DEM、DOM听上去很押韵，但“单押”的“M”的意义差别（Model模型和Map舆图），让它们酿成了表亲。
比起渲染后也只能用颜色或阴影区分地形特征的DEM数字模型家族，正射影像DOM终于让人感觉“回到人间” —— 它是经过DEM高程模型几何校正、消除了地形偏差的遥感影像舆图，与人们感官的实际世界无异，我们现在看到的互联网卫星舆图大多是正射影像产品。
互联网卫星影像舆图 | 高德舆图
由于DOM同时具有舆图几何精度和影像特征，它也是4D底子地理信息产品模式中的重要组成部分，不仅可以作为实景三维都会模型的底子数据，同时也可以结合多源空间数据，提取生产数字线划图（DLG）和数字栅格舆图（DRG）。
但即使DOM如此密切天然、正确丰富，依然逃脱不了被挑毛病的命运，好比——
是时间请出 ——
真正射影像（TDOM）
数字真正射影像图（True Orho / True Digital Ortho Map），又叫全正射影像，是基于数字表面模型（DSM），利用数字微分纠正技能，改正原始影像的几何变形。
一般正射影像（DOM）
真正射影像（TDOM）
看多了经过正射纠正的楼体，竟有一种逼迫症被治愈的感觉..
通过以上内容先容，我们可以得知：DOM是经过DEM校正生产的影像舆图，而TDOM则是经过DSM。DEM派生的地形家族也是符合逻辑的“成对帮扶”，团体家庭关系为——
DEM地形“百口桶”已连续登场，那么一个重要的标题来了：它们从而哪儿来？
DEM数据源有哪些？
如何获取、生产与管理？
DEM数据最为主要为卫星遥感和航空拍照获取，随着空间信息获取技能的发展，也有更多机动的本领可以对需求地区进行获取，如Lidar激光雷达技能等。
光学卫星影像&航空拍照：
根据卫星遥感、航空拍照的质量和规模，以各种分辨率从立体数字航空拍照中提取DEM或DSM。
如资源三号、ASTER (15-30m)、Quickbird、IKONOS（2-5m分辨率）、Pleiades 1A/1B星座（1m分辨率）、WoldView-2和GeoEye-2（1-2m分辨率），日本先进陆地观测卫星 (ALOS) PRISM (2.5m)、印度 Cartosat (2.5m)、法国SPOT卫星 (5-10m) 。其中，资源三号（ZY-3）卫星是中国第一颗自主的民用高分辨率立体测绘卫星，ASTER 是全球中等分辨率 (30m) 的免费DEM数据来源。
Aster DEM
雷达卫星：
DEM也可以使用雷达卫星影像导出，合成孔径雷达卫星 (InSAR) 可用于生成数字高程模型，在实际应用中，它们主要用于检测与差别危险地质过程相关的地形高度变化，例如地面沉降、缓慢移动的滑坡、构造运动、冰运动和火山活动。
如RADARSAT、TerraSAR-X、ALOS PALSAR、ALOS DSM，ERS-1 和 2、ENVISAT，WorldDEM获取的是地球整个地表一致DEM。除此之外，SRTM C 波段数据，DLR数据（即SRTM X 波段数据），GMTED2010，ETOPO也是现存的主流DEM数据源。
WorldDEM
Lidar激光雷达：
采取自行发射和吸取激光脉冲自动式穿透测量，获取更靠近真实地表形态的数字高程模型，LiDAR技能可做为大地区高精度数字高程模型数据获取的合适本领，推导出更详细的DEM，并直接进行DEM和DOM的生产。
地面控制点（GCP）：
经过实地测量或者通过其它渠道获取到的已知的正确的地面点信息，通过在影像上标定出控制点信息来纠正影像出现的几何偏差以及地理位置信息。
超擎影像云平台可对这些多源影像数据进行统一的管理、处置惩罚、发布与呈现，不仅支持卫星、航片、无人机影像数据，同时支持DOM、DEM、倾斜拍照等成果数据。
超擎影像云统一综合管理多源影像数据
通过颜色渲染，DEM可输出地形晕渲图，基于颜色差异呈现地形高低。超擎影像云支持数据流自动化及时在线处置惩罚并发布，包罗DEM颜色表渲染、水体信息提取、植被指数盘算、地形阴影提取等，发布前只需设置简单的盘算参数即可支持全程自动化及时盘算、及时发布服务，同时提供OGC标准的WMTS、WMS服务，可在QGIS，ArcGIS中直接使用，也支持Leaflet、OpenLayers、Cesium、Mapbox、ArcGIS等GIS、JS框架，以及基于恣意地区的源数据导出、切片导出、镶嵌数据导出，以进一步制作二三维一体化立体地形晕渲图。
通过超擎影像云颜色表渲染及时在线设置地形晕渲图
而要制作市面上常看到的美观精准影像舆图，即DOM，TDOM，DEM、DSM需要与多源、高分遥感影像融合应用，通过专业的地信软件产品，如像素工厂、Erdas，可输出DSM、DOM成果影像舆图。
应用
地形应用：
天然资源管理、“三调”为何需要它们？
通过前文我们也了解到，DEM、DSM是数字模型，做为一种中心过程，通过它们可以提取地形参数，或者作为航空拍照或卫星图像的校正本领，构建更为精准立体的实景三维模型。
而DEM自己，在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、通讯、军事等国民经济和国防建设、人文和天然科学领域应用非常广泛，特别在天然资源管理、全国国土观察（简称“三调”）、劫难应急等领域，有着关键性的底子作用。
宏观数字空间表达：“三调”与天然资源管理基底
上文中我们也看到，晕渲图是DEM地表形态表达的一种情势，晕渲图使用阴影与颜色渐变来显现全球地表的起伏变化。在二维视角下，借助地形晕渲图能够更加速速、正确地分辨出平原、丘陵、山地、盆地等地形地貌，差别地形地区晕渲立体结果区别对比显着；
国家地理信息平台天舆图的地形专题图
而在三维立体视角下，地表起伏变化，在此底子上叠加植被、水系、行政要素以及主要道路，方便用户展示和突出特定专题要素。
设计处置惩罚后的河流叠加地形图，剖分水系与地形的关系 | 图：Dmitriy Vorontzov
正是因为着眼于底层地形的地理空间信息，DEM与高分卫星遥感影像数据被用来做为“三调”与天然资源管理的底子数据，能够很好地构建天然资源数字管理的底层框架和宏观视野，并与多源遥感数据、专题数据、时空数据融合，把握各类型天然资源的精确空间分布与利用环境，构建更加及时、多维、真实形态的天然资源智慧管理数字孪生环境，创开国土资源观察，耕地、生态红线等业务的时空数据底子体系，形整天然资源高质量发展的有力支持。
天然资源管理与国土资源观察中的DEM高程模型位置 | 图：中国国土勘探院 白晓飞
在实景三维中，它们也是“重点对象”。DEM、DSM、DOM、TDOM等数据是建设“实景三维中国”的核心数据，它们与多源地理空间数据，如矢量数据、BIM模型、倾斜拍照、雷达激光点云等，以及物联网动态时空数据，汇聚、融合构建实景三维数据库，通过期空数据索引快速查询、组织、管理，与各级政企单元共享，形成支持智慧都会治理、业务数字化的全息数字空间。
实景三维都会
空间仿真智能分析：防灾控灾、应急救灾
DEM、DSM地形模型不仅服务于常态化的天然资源管理和生态掩护，由于地形是大多数类型的劫难分析中的主要因素之一，它们在劫难管理中同样起到关键作用。
通过地形学和天然地理学中的地形分析，模拟水流量或质量运动，形成对天然地理空间的数字孪生仿真动态模拟，与遥感、GNSS、物联网等智能感知装备配合，DEM家族在应急救灾、水利水文管理领域，是精准的空间模型与时空框架。
2021年我国多地经历了强降水。持续的强降水在山区可形成山洪发作与山体滑坡等劫难；在都会中，由于地形空间分布不匀，近水空间、低洼地区如遇排水不畅，在短时间就可能形成水灾，造成丧失。通过DEM、DSM的地形空间，与气象降水的动态仿真模拟，可正确把握天然劫难下风险地区的时空分布。
在水利水文领域，基于DEM数据，盘算坡度、坡向，结合天然资源空间全息仿真分析，例如地表水系、河网、土地利用类型、植被覆盖、土壤湿度、地质层数据和地下水流等，并创建假设降水与流量，可更加精确地进行水文分析，进行河流分级、捕捉倾注点等河流治理建设；通过道路纵断面坡度分析，实现水库坝址选择，以及库容量估计和淹没范围估计。
超擎影像云支持快速处置惩罚发布地形成果数据，图为江西鄱阳湖地形渲染图，浅色为低、深色为高，可发现整个鄱阳湖地区为漏斗型盆地。
在地质劫难中，DEM数据有着精准的地理空间坐标数据，DEM数据与北斗、遥感、网格数据等结合，可对山体滑坡、山体塌陷、道路损毁发出预警，并及时对损害范围、深度等定量。
近来，由于元宇宙概念的火热，三维数字空间相关技能也引起了广泛关注。如果说元宇宙的底层和底子就是“数字孪生”技能，那么时空信息产业（3S）已经走在前沿：从“数字地球”到“数字都会”，从“底子地理”到“实景三维”。
其中，DEM数字地形家族就承载着这个数字世界的底层形态框架，像肥沃的土壤支持多维时空信息的叠加和精准化，同时也赋能多元业务的数字化成长。希望这种数字孪生的赋能，能够进一步挖掘和融合时空信息，为我国天然资源管理、生态与低碳发展发挥中坚力量。
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