1. 矿区DEM数据获取与预处理

数字高程模型（DEM）是坡度、坡向与山体阴影计算的唯一地形输入，它的质量直接决定后续三张专题图的可信度。矿区地形具有“自然起伏叠加人工扰动”的典型特征：既有山脊、沟谷、陡坎，也有台阶式采场、排土场、沉陷盆地和运输道路。因此，矿区DEM的准备不能简单套用区域地形图流程，而要在数据源选择、格式转换、投影设置和范围裁剪四个环节上做出针对性判断。本节围绕“如何得到一份可直接用于地形分析的矿区DEM”展开。

一、数据源选择：按精度需求与地形特征匹配

矿区DEM常见来源有三类，各有适用边界。第一类是无人机航测，包括可见光摄影测量与机载LiDAR。前者通过密集匹配生成点云再插值成栅格，成本低、时效好，适合采场月度更新；后者可穿透植被获取真实地面点，在排土场、复垦区和植被覆盖的边坡上优势明显。第二类是卫星影像立体像对，如资源三号、高分七号、WorldView系列，适合大范围矿区背景地形，但受分辨率与植被影响，采场台阶等微地形容易被平滑。第三类是既有地形图数字化，将等高线、高程点矢量化后构建TIN再转栅格，适合历史资料补缺，但现势性差，人工扰动区往往已严重失真。

实际作业中常采用“主数据源+辅助数据源”的组合策略：以无人机航测DEM作为采场核心区主数据，以卫星立体像对或历史地形图DEM作为外围缓冲区背景，两者在接边处通过高程拟合或羽化过渡消除台阶。选择时需重点关注三项指标：平面分辨率（矿区精细分析建议0.5～2 m）、高程中误差（采场边坡分析宜优于0.3 m）、现势性（采动区更新周期不宜超过一个季度）。

二、格式转换：从原始产品到统一栅格

不同来源的数据格式差异很大：无人机处理软件常输出GeoTIFF、LAS/LAZ点云或OSGB倾斜模型；卫星产品多为GeoTIFF或IMG；地形图数字化则得到SHP矢量。QGIS中统一处理思路是“先归一到栅格，再统一坐标与范围”。

点云转栅格使用“栅格→转换→栅格化（点云）”或通过TIN插值：先由LAS生成TIN，再用“栅格→转换→TIN转栅格”输出GeoTIFF。矢量等高线转DEM则用“栅格→插值”中的TIN插值或反距离权重（IDW），采样间距设为与目标分辨率一致。倾斜模型需先提取DSM再滤波得到DEM，可用“SAGA→栅格滤波→形态学滤波”分离地面点。转换时务必保留高程字段、设置NoData值（常用-9999），并检查输出是否为浮点型——整型DEM会在坡度计算中引入明显阶梯误差。

三、投影设置：让坡度坡向具有物理意义

坡度以度或百分比表示，其计算依赖像元的实际地面距离，因此DEM必须使用投影坐标系（等距或等积），不能停留在地理坐标系（经纬度）。矿区常用CGCS2000 3度带高斯-克吕格投影，或UTM带。在QGIS中通过“栅格→投影→重投影”完成，重采样方式建议连续型高程用双线性或三次卷积，避免最近邻造成台阶。

需要特别说明方向约定：坡向按顺时针从正北起算，0°为正北、90°为正东、180°为正南、270°为正西，平坦区常记为-1。这一约定在QGIS坡度坡向工具与山体阴影工具中保持一致，后续章节不再重复。若原始DEM为地理坐标系，直接计算会因纬度和经度方向像元地面尺寸不同而产生方向性偏差，必须先重投影再分析。

四、范围裁剪：贴合矿区边界并控制边缘效应

裁剪的目的是把DEM限定在分析范围内，减少无关数据量并避免边界外地形干扰。QGIS中常用“栅格→提取→按掩膜图层裁剪栅格”，掩膜为矿区边界矢量。这里有一个容易被忽略的细节：若严格按边界裁剪，边界像元的坡度计算会因邻域像元缺失而产生“边缘效应”，表现为沿边界出现一圈异常高或异常低的坡度值。稳妥做法是先将边界向外缓冲50～100 m生成裁剪掩膜，完成坡度坡向计算后再按真实边界二次裁剪成果图。

裁剪前还应统一像元对齐。若主数据与辅助数据分辨率不同，建议重采样到较细分辨率并保持像元原点对齐，否则接边处会出现半像元错位。裁剪后检查行列数、像元大小、范围四至是否与预期一致，可用“图层属性→信息”核对。

五、预处理成果的自检清单

一份合格的矿区DEM进入地形分析前，建议逐项确认：坐标系为投影坐标系且单位为米；高程为浮点型、NoData值统一；有效像元覆盖完整矿区且无条带状空洞；采场台阶、陡坎等关键微地形未被过度平滑；与辅助数据接边处无突跳；坡向基准已明确为“正北起顺时针”。完成这些检查后，DEM即可作为坡度、坡向与山体阴影三张专题图的统一输入。