6 DEM最新需求与发展趋势
本文以USGS和DLR正在开展的两类DEM项目为例，分析全球DEM领域的最新需求与发展趋势。
6.1 高精度、高分辨率全球同质DEM
对于全球部分国家或地区而言，仅有来自多种不同数据源、不同数据处理方法得到的粗糙、不一致或者不完整的DEM。过去十年间，DLR致力于开发全球空间分辨率12 m×12 m、相对高程精度2 m的TanDEM-X DEM(即WorldDEMTM)，可以为众多科学与商业应用提供不可或缺的全球同质DEM[[80-81]。
TanDEM-X卫星采用波长3.1 cm的X波段干涉SAR，仅能穿透少部分森林树冠(大约树冠以下10%~20%左右, 该比例取决于森林类型)。因此，该DEM可代表陆地上层表面模型(DSM)，包含如密集森林植被上层、城市顶层、建筑物屋顶等高程，而DTM描述的是植被下部的地形变化。尽管TanDEM-X采用不同基线多个相同季节观测相同区域两次以上，对于存在厚植被的农作物地区仍然无法有效描述。利用卫星遥感或激光测高(如ICESat)等方法编译得到的森林高度图，移除SRTM、ASTER GDEM或TanDEM-X DSM的树高偏移量，有望得到全球裸地DEM[94]。
Tandem-L卫星将作为TanDEM-X卫星的扩展任务，采用波长为24 cm的L波段SAR信号，能够穿透植被获取DSM，利用极化干涉SAR(PolInSAR)技术获取植被下部地形(DTM)，基于相同波长与观测几何的双基SAR模式获取与TanDEM-X相同空间分辨率和精度的全球DEM产品[95]。该卫星预计2022年发射，2023年起可获得全球DSM和DTM，并且对其保持季度和年度更新。
6.2 地形测深高程模型
在未来几十年，海岸线将对普遍预测的海平面上升、风暴潮和灾难性事件等导致的沿海洪水泛滥做出响应。沿海环境物理过程受控于地上地形地貌与水下测深地貌，许多地理空间数据应用需要详细的近岸地形和水深测绘信息[96]。
USGS在2013-2023年核心科学系统策略报告中，将关键带(critical zone)的描述、理解与测图作为未来十年3大目标之一。通过获取更高精度和空间分辨率的三维陆地高程与海岸带水下地形数据，来更好地描述和理解人类活动影响与自然地表过程的关系[97]。
自2003年以来，USGS非常重视利用LiDAR(机载、地面等平台)技术获取高分辨率、高精度的海岸带地形地貌信息，用于海平面上升相关的海岸带脆弱性分析与建模研究[30,89,98]。USGS通过开展海岸带国家高程数据库项目(Coastal National Elevation Database, CoNED)，过去十年致力于开发全国无缝衔接的地形测深与高程模型(Topobathymetric Elevation Models, TBDEMs)，定期发布其境内海岸带陆地、部分内陆湖泊、河流区域的潜在淹没风险制图[99-103]。
6.3 高分辨率DEM发展趋势
1) 观测技术与观测平台趋于多样化。机载InSAR、LiDAR等技术在工程建设领域逐渐取代传统野外测图方式，UAV、无人船、无人车、无人潜航器等观测平台的使用越来越普遍，基于多源遥感影像数据(如LiDAR、SAR、光学遥感等)融合已成为全球无缝、多尺度DEM生成的重要方法，SfM技术使得网络相片等免费资源利用成为可能，人工智能与机器学习方法正在加速这种趋势[42]，将极大地降低DEMs的更新换代成本。
2) 高精度、高分辨率DEM更新换代周期逐渐缩短。得益于观测技术与观测平台的发展，全球尺度DEM与局部DEM的精度与空间分辨率差距逐渐缩小。基于地物变化探测应用驱动的高分辨率DEM数据的更新换代周期逐渐缩短[104]，从以年为周期逐渐发展到天为周期。
3) 高精度、高分辨率、空间基准一致的全球无缝地形数据获取逐渐成为可能。国内外正在加快构建基于潮汐模型与海洋基准面模型的海洋垂直基准转换关系，实现沿海海域陆地与海洋高程与深度基准的转换与统一[16,105-106]。
7 结语
自然界地球物理与地质过程导致了地球表面地形起伏变化，而地形变化是研究地球科学、社会经济等的关键影响因子。本文以观测平台为例，详细阐述了DEM数据获取方法、全球DEM数据性质和特征、质量评估方法与精度指标，介绍了高精度DEM数据在地质灾害监测与海岸带全球变化响应方面的应用。通过分析USGS与DLR正在开展的DEM数据项目，讨论了DEM数据的最新需求与发展趋势。观测技术与观测平台的发展加快了高精度、高分辨率、全球同质、海陆无缝衔接DEM数据的构建，对国家海洋安全、科学研究、工程建设等具有重要的意义。
致谢: 感谢DLR TerraSAR-X(No. IDEM_CALVAL0059)与TanDEM-X(No. DEM_CALVAL1423)项目对本文前期研究的支持。
参考文献：略
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