《数字高程模型》课件

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1、数字高程模型DigitalElevationModel长安大学杨宏志主要内容一、DTM和DEM的概念二、DEM的主要表示模型三、DEM的数据采集方法四、DEM的建模方法五、DEM的分析与应用一、DTM和DEM的概念数字地形模型（DTM，DigitalTerrainModel）是描述地形表面形态空间位置和地形属性分布的有序数值阵列。DTM以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形。数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）。不过，被描述的地形属性

2、也可以是地理空间上的地价、污染负荷量、绿化率、降雨量、气温、人口密度等。显然，DEM是DTM的一个子集，是DTM的一个特例。数字高程模型的表示方法●使用三维函数模拟复杂曲面；●将一个完整曲面分解成方格网或面积上大体相等的不规则格网，每个格网中有一个点的观测值，即为格网值；●适用于曲面插值来表示地下水或土壤的特性；二、DEM的主要表示模型1.规则格网模型规则网格，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。数学上可以表示为一个矩阵，

3、在计算机实现中则是一个二维数组。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，这样一系列等高线集合和它们的高程值一起就构成了一种地面高程模型。3.不规则三角网（TIN）模型规则格网DEM的缺陷：1）在地形平坦的地方，存在大量的数据冗余；2）在不改变格网大小的情况下，难以表达复杂地形的突变现象。TIN（TriangulatedIrregularNetwork,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

4、角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常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）。4.层次模型层次地形模型（LayerofDetails，LOD）是一种表达多种不同精度水平的数字高程模型。层次地形模型允许根据不同的任务要求选择不同精度的地形模型。三、DEM的数据采集方法1.地面测量利用自动记录的测距经纬仪（常用电子速测经纬仪或全站经纬仪）在野外实测。这种速测经纬仪一般都有微处理器，可以自动记录和显示有关数据，还能进行多种测站上的计算工作。其记录的数据可以

5、通过串行通讯，输入计算机中进行处理。2.现有地图数字化利用数字化仪对已有地图上的信息（如等高线）进行数字化的方法，目前常用的数字化仪有手扶跟踪数字化仪和扫描数字化仪。3.空间传感器利用全球定位系统GPS，结合雷达和激光测高仪等进行数据采集。4.数字摄影测量方法这是DEM数据采集最常用的方法之一。利用附有的自动记录装置（接口）的立体测图仪或立体坐标仪、解析测图仪及数字摄影测量系统，进行人工、半自动或全自动的量测来获取数据。四、DEM的建模方法1.DEM的生成流程DEM生成的全过程包括：原始数据获取、

6、DEM模型构造、数据插值、在所定数据结构支持下的数据存储和模型输出。2.DEM的空间插值方法由于DEM采样的数据点呈离散分布形式，或是数据点虽按格网排列，但格网的密度不能满足使用的要求，这就需要以数据点为基础进行插值运算。DEM内插按插点分布范围，可分为分块内插、剖分内插和单点移面内插三类。分块内插，是把需要建立DEM的地区，切割成一定大小的规则方块，形状通常为正方形。在每一个分块上展铺一张数学面，相邻分块之间有适当宽度的重叠带，以使重叠带内全部数据点成为相邻块展铺数学面时的共用数据，保证一张数学

7、面能够较平滑地与相邻分块的数学面拼接。剖分内插是把需要建立DTM的地区切割成大小和形状不同的子区（剖分），子区间拥有公共边但不重叠，在该区内展铺一个数学面，内插剖分区内任意点的高程。单点移面内插是以待插点为中心，以适当半径或边长的圆或正方形作为移动面去捕捉适当数目的数据点，并以此展播一张数学面，内插该中心的高程。3.TIN建模方法不规则三角网（TIN-TriangulatedIrregularNetwork）通过从不规则分布的数据点生成的连续的三角面来逼近地形表面。TIN模型的优点是它能以不同层次

8、的分辨率来描述地形表面。对于TIN模型，其基本要求有三点：TIN是唯一的；力求最佳的三角形形状，每个三角形尽量接近等边形状；保证最临近的点构成三角形，即三角形的边长之和最小。在所有可能的三角形方案中，Delaunay三角网在地形拟和方面表现最为出色，因此常常被用于TIN的生成，而当不相交的断裂线等被作为预先定义的限制条件作用于TIN的生成当中时，则必须考虑带约束条件的Delaunay三角网。Delaunay三角网的定义假设，是欧几里德平面上的一个点集，并且这些点不共线，任意四点不共