5数字地形模型(DTM)分析 (1)

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1、数字地形模型（DTM）分析1.概述2.DEM的主要模型3DEM的数据采集4DEM分析和应用11.概述数字地面模型(DigitalTerrainModel)是20世纪50年代由美国MIT摄影测量试验室主任米勒首次提出的，并用其成功解决了道路工程中土方估算等问题。可用于:(1)线路设计;(2)各种工程的面积、体积、坡度计算;(3)任意两点间的通视判断及断面图绘制，立体透视图;(4)洪水灾情预报。1.1DTM和DEMDTM是描述地表单元空间位置和地形属性（土地权属、土壤类型、土地利用等）分布的有序结合，分布的平面点来模拟连续分布的地形，通过大量地面点空间坐标和地

2、形属性数据以数字形式来描述地形地貌。当地形属性为高程时称为DEM(DigitalElevationModel),DEM是DTM中的一种特例。21.2DTM类型综合性DTM数字地貌模型1）按区域区域性DTM2）按内容专题性DTM非数字地貌模型规则格网DTM平面多边形DTM曲面DTM3）按结构形式空间多边形DTM等值线DTM散点DTM31.3DEM的表示方法整体：傅立叶基数；高次多项式数学方法局部：规则数学分块；不规则数学分块规则：密度一致；密度不一致点数据不规则：三角网；临近网典型特征：山峰；坑洼；隘口；边界图形法水平线线数据垂直线典型线:山脊线;谷底线;海

3、岸线;坡度平换线42.DEM的主要模型在GIS中，DEM最主要的三种表示模型：规则格网模型，等高线模型和不规则三角网模型。2.1规则格网模型表示：通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。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。每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高程值。按正方形交点布网按圆锥网交点布网按等边三角形交点布网2.DEM的主要模型2.1规则格网模型¢表示：ZZZZ1112131nDTM=ZZZZ2122232nZZZZM1M2M3Mn平面上的任意一点Z的坐标为xy，其中ijiix=x+idxi0y=y+jdyi0

4、dx,dy分别是格网在x和y方向上的间隔；i,j分别为x和y方向上的格网数；i=0,1,2…..nx-1;j=0,1,2……ny-1;62.DEM的主要模型2.1规则格网模型对于每个格网的数值有两种不同的解释。两种含义：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。优点：可以很容易的用计算机进行处理，可以计算等高线，坡度坡向等；缺点：1）对不同地形采用一律平等的规则格网，不利于

5、表示复杂地形,不能准确表示地形的结构和细部，不能精确表示地形的关键特征，如山峰、洼坑、山脊、山谷等。2）数据量大，存储方式比格网DEM复杂，地形简单的地区存在大量冗余数据；72.DEM的主要模型2.2等高线模型等高线模型表示高程，高程值的集合是已知的，每一条等高线对应一个已知的高程值，一系列等高线集合及其高程值一起构成一种地面高程模型。等高线通常被存成一个有序的坐标点对序列，可以认为是一条带有高程值属性的简单多边形或多边形弧段。由于等高线模型只表达了区域的部分高程值，常需要一种插值方法来计算落在等高线外的其它点的高程，由于这些点是落在两条等高线包围的区域内

6、，所以，8通常只使用外包的两条等高线的高程进行插值。2.DEM的主要模型2.3不规则三角网（TIN）模型(TriangulatedIrregularNetwork)是专为产生DTM数据而设计的一种采样表示系统。它克服了高程矩阵中冗余数据的问题，能更加有效地用于各类以DTM为基础的计算。TIN可根据地形的复杂程度来确定采样点的密度和位置，能充分表示地形特征点和线，减少地形较平坦区的数据冗余。TIN表示法利用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则，采用一定方法选择那些更能代表地形的点，把这些离散点(各三角形顶点)连接成相互连续的三角面(在连接时，尽可能确

7、保每个三角形都是锐角三角形或三边的长度近似相等)，如图。TIN的数据存储方式比格网DEM复杂，既要存储每个点的高程，还要存储其平面坐标、节点连接的拓扑关系、三角形及邻接三角形等关系。TIN模型在概念上类似于多边形网络的矢量拓扑结构，但TIN模型不需要定义“岛”和“洞”的拓扑关系。92.DEM的主要模型模型的表示(两种方式)A.每一个三角形、边和节点都对应一个记录，三角形的记录包括三个指向它三个边的记录的指针；边的记录有四个指针字段，包括两个指向相邻三角形记录的指针和它的两个顶点的记录的指针；B.直接对每个三角形记录其顶点和相邻三角形。每个节点包括三个坐标值

8、的字段，分别存储X，X，Z坐标。NN21T1T2T3T4N3NN5