為何運用DEM（數值高程模型）資料產生的等高線看起來「不自然」？

我們知道數值地形模型（Digital Terrain Model, DTM）可再細分為 DSM 與 DEM 兩種形式：

  • 數值地表模型（Digital Surface Model, DSM）：保留地表上一切要素，包括建築物、植被、橋樑等，因此反映的是「地表實際表面」的高度。
  • 數值高程模型（Digital Elevation Model, DEM）：在 DSM 基礎上去除了人工建物與植被，只保留裸露地形，較能真實呈現自然地形起伏。

簡單來說，DSM 表示「看到的地表」，DEM 則是「還原的地形」。然而，實際運用「內政部2024年版開放之20公尺網格DEM資料」，在GIS軟體內自動產生出來的等高線，往往看起來很「不自然」？

曾文溪下游兩岸「內政部20公尺網格DEM資料」

在等高線上表現成「斷裂、鋸齒、莫名的閉合圈」，甚至直接勾出一整張路網／排水網的形狀。

運用「內政部20公尺網格DEM資料」產生的2公尺間距等高線。

會發生上述問題主要原因在於，DEM資料雖然已去除建物/樹木的高程資訊，但仍殘留人工構造（堤防、道路、橋樑、排水溝…）的高程資訊，當使用者在平坦地區，要取較為細緻的等高線間距（例如1~2公尺）時，計算出來的往往是造成地形落差的人工構造線而非自然地形等高線。如果我們將原始DEM資料進行色彩強化，就可以觀察到許多突出地表的人工構造物，讓地形起伏呈現不連續狀態。近年來內政部的DEM資料都是改用光達技術來測製，因為都是透過自動化過濾器來處理，殘留道路鋪面、邊坡等人工幾何痕跡，這樣的問題更凸顯出來。

將「內政部20公尺網格DEM資料」經色彩強化處理後，就可以看到許多人工構造物。

為了避免上述問題，以下有幾個DEM資料前處理建議：

  • 避免設定過小的等高距（例如 2 m以下），特別在平原或都市地區，往往堤防、高架橋高度都超過這個間距，破壞自然地形連續性。
  • 可以選用較為粗略的DEM資料，例如：內政部100公尺網格DEM資料；或是將20公尺以用 2× 或 3× 的均值重新採樣生成粗一級的 DEM資料，將小面積人工構造物結構平均掉。
  • 可以用低通濾波器（例如：使用 GRASS r.neighbors），以 3×3 或 5×5 核大小「抹平」人工構造線。
將「內政部20公尺網格DEM資料」經r.neighbors處理後結果
抹平人工構造物後的DEM資料產生的2公尺間距等高線。

最後要順道一提，前面提到未經抹平人工構造物後的DEM資料產生等高線雜訊，其實也有其他用處，例如：快速找出路網或排水網，或者自動偵測出水體（湖泊/河道）的邊緣線，在其他應用情境下反而是有用的資訊。

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