基于要素的数字地面模型-研究

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1、息，包括地形图无法容纳与表达的垂直分布地物信息，以适应国民经济各方面的需求；此外，由于DEM存贮的信息是数字形式的，便于修改、更新、复制及管理，也可以方便地转换成其它形式的地表资料文件及产品。数字高程模型常用的表示方式有数学法和图形法两种；常用的数据模型有：规则格网模型，等高线模型和不规则三角网模型(TIN)。三种模型都有各自的优缺点，在实际应用中，往往是三种模型交叉使用，同时它们之间又可以灵活地相互转换。1．2数字地面模型1．1．1数字地面模型的表示方法数字地面模型有两种表示方法b1：数学法和图形法，如图卜l。图1-1数字地面模型的表示方法1．数

2、学方法用数学方法来表达，可以采用整体拟合方法，即根据区域所有的高程点数据，用傅立叶级数和高次多项式拟合统一的地面高程曲面。也可用局部拟合方法，将地表复杂表面分成正方形规则区域或面积大致相等的不规则区域进行分块搜索，根据有限个点进行拟合形成高程曲面。2．图形方法1)线模式等高线是表示地形最常见的形式。地形特征线也是表达地面高程的重要信息2源，如山脊线、谷底线、海岸线及坡度变换线等。2)点模式用离散采样数据点建立DEM是DEM建立常用的方法之一。数据采样可以按规则格网采样，可以是密度一致的或不一致的；可以是不规则采样，如不规则三角网、邻近网模型等；也可

3、以有选择性地采样，采集山峰、洼坑、隘口、边界等重要特征点。1．1．2数字地面模型的主要数据模型在地理信息系统中，DEM最主要的三种表示模型是：规则格网模型，等高线模型和不规则三角网模型。1．规则格网模型在计算机引入地理信息数据管理和分析应用时，规则高程格网可谓是应运而生，它通过区域内致密覆盖的规则格网均质记录对应点的高程，以此表达数字高程模型，可以很好将连续表面转换为计算机容易理解的离散数据，并且这种栅格的数据模型能使计算机实现低层次的视觉能力，而在检索点的高程以及计算坡度、坡向等局部参数时也非常便捷H1。规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角

4、形等规则网格。规则网格将区域空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值。数学上可以表示为一个矩阵，在计算机实现中则是一个二维数组。每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值，如图I-2所示。9178635053634455432．5948l6451S76250605035。1008466—5564665465574210384665672715874654796826663807860847249g王796680628677568678686974757093825780757379_6875．86100gl567467697462668

5、3，887353705662745'I,5871746345，图I-2规则格网对于每个格网的数值有两种不同的解释。第一种是格网栅格观点，认为该格网单元的数值是其中所有点的平均高程值，即格网单元对应的地面面积内高程是均一的高度，这种数字高程模型是一个不连续的函数。第二种是点栅格观点，认为该网格单元的数值是网格中心点的高程或该网格单元的平均高程值，这样就需要用一种插值方法来计算每个点的高程。任意数据点如果不是网格中心，那么最简单的方式就是使用周围四个中心点的高程值，采用距离加权平均方法进行计算，当然也可使用样条函数和克里金插值方法。对于由等高线或者不规

6、则离散点内插得到的规则高程格网，可以用后者来解释，而对于InSAR和LIDAR生成的规则高程格网则可以认为是给定分辨率的单元区域内的高程。高程格网已经是当前最为重要的地形表达模型，地形分析的主要工作大都在高程格网上开展的。这在一定程度上说明了高程格网的优越性，首先作为一种栅格结构，它的数据结构十分简单，数据中无需记录各点的坐标，并且每个点的邻居关系十分清晰，其次地形数据的自动化采集方式中规则选点己是主导，而高程格网易于与遥感等影像数据结合也使它有着更为广泛的用途，另外网格上的计算比较简单。然而固定大小的网格对地形复杂度的变化显得无能为力、在平缓区域

7、造成数据冗余，而在坡度较大区域又不能细致刻画实际地形，同样也无法表达地形局部的突变，这都使得相关计算的精度受到一定的影响。2．不规则三角网模型(TriangularIrregularNetwork，TIN)为克服规则格网的缺点，采用附加地形特征数据(如山脊线、山谷线、断裂线等和地形特征点等)的方法，按一定的规则将离散点连接成覆盖整个区域且互不重叠、结构最佳的三角形，从而构成完整的DEM，这就是不规则三角网DEM。TIN模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常

8、通过线性插值的方法得到(在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程)。所以TIN是一个三维空间的分段线性模型