2022年DEM复习资料总结.docx
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1、DEM 复习资料第一章概述数字地势的表达方法及其分类数字地势模型( DTM , Digital Terrain Model )数字地势模型是地势表面外形属性信息的数字表达,是带有空间位置特点和地势属性特点的数字描述;数字高程模型数字高程模型是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型,即数字高程模型是对二维地理空间上具有连续变化特点地理现象的模型化表达和过程模拟,简洁地说, 空间起伏连续变化现象的数字化表示和分析工具的集合;DEM 和 DTM 的区分与联系(1) 数字地势模型是地势表面外形属性信息的数字表达,是带有空间位置特点和地势属性特点的数字描述;数字高程模型中地势属性仅为高程;
2、(2) 在地理信息系统中, DEM 是建立 DTM 的基础数据,其它的地势要素可由DEM 直接或间接导出,称为“派生数据” ,如坡度、坡向;(3) 高程模型最常见的表达是相对于海平面的海拔高度,或某个参考平面的相对高度,所以高程模型又叫地势模型;实际上地势模型不仅包含高程属性,仍包含其它的地表外形属性, 如坡度、坡向等;数字高程模型的分类依据结构分类:基于面单元的DEM;基于线单元的 DEM;基于点的 DEM;依据数据源分类: 以航空和航天遥感资料为数据源;以地势图为数据源;以地面实测纪录为数据源;以各种专题底图为数据源;以统计报表和行政区域底图为数据源;依据内容分类:综合性的DEM(全国性的
3、 DEM,包括地势、资源环境和社会经济);区域性 DEM(局限于某个行政区或自然区,比例较大, 框架线条趋细) ;专题性 DEM;单项 DEM;依据结构形式分类:规章格网DEM;等值线 DEM;曲面数字 DEM;平面多边形 DEM;空间多边形 DEM;散点 DEM;按连续性分类:不连续型DEM Discontinuous DEM;光滑 DEM Smooth DEMDEM 最主要的三种表示模型规章格网模型、等高线模型和不规章三角网模型DEM 的特点精度的恒定性、表达的多样性、更新的实时性、尺度的综合性其次章DEM 的数据组织与治理DEM 的建立(它的建立实际上是一种地势数据的建模过程;)DEM
4、的建立第一要对地势曲面进行抽象、总结和提炼, 形成高度概括的地势曲面数据模型, 然后在此数据模型基础上,将观测数据依据肯定的结构组织在一起,形成对数据模型的表述, 最终借助运算机实现数据治理和地势重建;DEM 数据设计基本原就适用性运行性更新性相关性相容性先进性高质量完备性安全性镶嵌数据模型镶嵌数据模型( Tessellation model )源于这样的思想:空间对象可用相互连接在一起的网络来掩盖和靠近,或者说用在二维区域上的网络划分来掩盖整个讨论区域;镶嵌数据模型依据网格外形可分为规章镶嵌数据模型和不规章镶嵌数据模型;规章镶嵌数据模型:就是用规章的小面块集合来靠近不规章分布的地势曲面;评判
5、:优点:( 1)其数据结构为通常的二维矩阵结构,每个网格单元表示二维空间的一个位置,不管是沿水平方向仍是垂直方向,均能便利地利用简洁的数学公式拜访任何位置的格网单元;( 2)处理这种结构的算法比较多而且成熟,大多数运算机程序语言都有矩阵处理功能;( 3)以矩阵形式储备和组织数据仍具有隐式坐标,即格网单元的平面坐标隐含在矩阵的行列号之中,从而不需要进行坐标数字化;缺点: 是不管地势变化复杂仍是简洁,均采纳相同的结构, 导致数据冗余而给数据治理带来不便;不规章镶嵌数据模型:是指用来进行镶嵌的小面块具有不规章的外形和边界;特点:不规章三角网数字高程模型由连续的三角面组成,三角形的外形、 大小取决于不
6、规章分布的点的位置和密度; 地势变化越简洁,采样点就越少,就单元格就越大;反之地势变化比较复杂,数据点分布比较密集,格网单元就越小;与规章格网的区分:TIN 模型不需要保护模型的结构规章性,不但能敏捷地随地势的复杂程度而转变格网单元大小, 防止平整地势的数据冗余,而且又能按地势特点点线如山脊点、山谷线、地势变化线等表示地势特点;DEM 数据结构规章格网 DEM 数据结构(1) 简洁矩阵结构(2) 行程编码结构: DEM 行程编码的基本思路是:对于一幅DEM,经常在行 或列方向上相邻的如干点具有相同的高程值,因而从第一列开头,在格网单元数值发生变化时依次记录该值以及重复的个数,应用时可利用重复个
7、数复原DEM 矩阵;(3) 块状编码结构:块状编码方案是行程编码方案从一维扩展到二维的情形,它采纳方形区域作为记录单元,每个记录单元包括相邻的如干栅格;该数据结构是由记录单元的初始位置行、列号、格网单元高程值和方形区域半径正方形区域的边长,采纳格网间距倍数表示 所组成的单元组,即 行号,列号,格网高程值,区域半径,整个 DEM 数据文件由该单元组组成,依据初始位置和区域半径可复原高程矩阵;(4) 四叉树结构四叉树数据结构是一种对栅格数据的压缩编码方法;基本思想是将一幅栅格数据层或图像等分为四个部分,逐块检查其格网属性值(或灰度);假如某个子区的全部格网值都具有相同的值,就这个子区就不再连续分割
8、, 否就仍要把这个子区分割为四个子区;这样依次分割,直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止;不规章三角网 DEM 数据结构( TIN 结构) TIN 的面结构TIN 的面结构在基本链表结构基础上增加了用来描述三角形之间拓扑关系的数据,也就是说TIN 的面结构一般由三个表组成,即坐标表、三角形顶点表以及邻接三角形表;特点 :由于储备了三角形之间的邻接关系,TIN 内插、检索、等高线提取、显示及局部结构分析都比较便利;不足 :储备量较大,而且在TIN 的编辑中要随时保护这种关系;TIN 的点结构TIN 的点结构由坐标文件和三角形顶点的邻接指针链组成;三角形顶点的邻接点是指共用该顶点的全部三角形
9、其余两顶点的不重复顶点的集合,可按顺时针或逆时针方向次序组成;每个顶点的邻接点顺次储备在一个链表中;特点 :储备量小,编辑便利;不足 :但三角形及其邻接关系需实时再生成,运算量比较大;TIN 的点面结构在点结构基础上,增加组成三角形三顶点的数表;特点 :结构储备量与面结构的大致相当,编辑、显示比较便利;不足 ;由于三角形之间的关系是隐式的,检索与内插效率不太高;TIN 的边结构TIN 的边结构是从组成整个TIN 模型的全部三角形中,抽取其不重复边集所组成;特点 :储备量比较小,特别适合等高线的提取不足 :编辑、内插以及检索不太便利;TIN 的边面结构边面结构重点在于刻画三角形边和三角形面之间的
10、拓扑关系,一般由边表和邻接三角形表组成;在边表中, 定义该边的起点、终点和左右相邻三角形,而邻接三角形表中就记录三角形之间的拓扑关系;特点 :为上述全部结构中储备量最大的,虽然在检索、等高线提取等方面比较便利;不足 :不利于动态更新和保护;格网 DEM 和 TIN 的对比DEM 数据库数据组织定义: DEM 数据的治理和调度方式;组织方式:“ 工程 -工作区 -图幅 ”工程:是指一个区域内的全部DEM 数据;图幅:是依据肯定规章对讨论区域进行二维划分是DEM 数据采集、建立、操作和调度的基本单位,每一个图幅由如干行和如干列格网单元组成;工作区:是当前感爱好的讨论区域,一般情形下工作区就是图幅,
11、假如需要,也可将多个图幅定义为一个工作区;LOD 模型当一个工程具有不同的辨论率的DEM 时,就形成细节层次模型(levels oF Detail LOD) LOD 模型形成方案:(1) 形成某一地区不同辨论率的DEM,通过一体化治理建立金字塔数据库核心是不同分辨率 DEM 的融合;(2) 在地势可视化中,实施细节分层是一个热点;DEM 元数据第三章DEM 数据猎取方法DEM 数据源及其特点(1) 遥感图像当前的遥感技术已经进展成为一种多平台、多波段、 多辨论率和全天候的对地观测技术,并正朝着高空间辨论率、高光谱辨论率和高时间辨论率的方向进展;遥感图像应用留意的问题:遥感影像的几何畸变遥感数据
12、的增强处理遥感影像数据的解译和判读遥感数据的不确定性问题遥感数据的不确定性来源:数据固有的不确定性数据猎取过程的不确定性数据处理的不确定性数据转换和传输中的不确定性数据分类和信息提取中的不确定性(2) 地势图定义:地势图( topographic map )指的是地表起伏外形和地物位置、外形在水平面上的投影图;详细来讲, 将地面上的地物和地貌按水平投影的方法,并按肯定的比例尺缩绘到图纸上, 这种图称为地势图;特点:(1) 具有统一的大地坐标系统和高程系统:统一采纳“ 1980 年中国国家大地坐标系” 和“ 1985国家高程基准” ;(2) 具有完整的比例尺系列和分幅编号系统:国家基本地势图含1
13、:5 千、1:1 万、 1:2.5万、 1: 5 万、 1: 10 万、 1: 25 万、 1:50 万、 1: 100 万 8 种比例尺地势图;缺点:1地势图现势性较差2地势图储备介质单一,简洁变形3地势图精度有限(3) 地面测量数据原理:用 GPS,全站仪、经纬仪在已知站点的测站上,观测目标点的方向、距离和高差三个参数,进而运算出目标点的三维坐标;在经过适当的转换获得高程;优点:可猎取较高精度的高程数据不足:工作量大、周期长、更新困难,费用高;(4) 既有 DEM 数据对已存在的各种辨论率的DEM 数据, 应用时要考虑自身的讨论目的以及DEM 辨论率、 储备格式、数据精度和可信度等因素;基
14、于不同观点的采样(1) 统计学观点: DEM 表面可以看作是点的特定集合(采样空间)有随机采样和系统采样两种方法;因此,对特定集合的讨论可以转化为对采样数据的讨论;(2) 几何学观点: DEM 表面通过不同的几何结构来表示,这些结构按其自身的性质可分为规章和不规章两种形式;(3) 基于特点的采样观点 (地势曲面的几何特点) :外形各异的地势表面通过具有特点意义的点和线划分为一系列单一的地貌外形;点和线具有不同的地势信息;特点要素: 地势特点点和特点线特点点:山顶、凹地、鞍部、山脚点、山脊点、山谷点等;不仅能表示出自己的高程信息, 仍能给四周点更多的地势信息;特点线:山脊线、山谷线、断裂线(陡坎
15、、海岸线、水涯线等)将特点点相连形成;(4) 地势的复杂程度关于地势的复杂程度可以用粗糙度和不规章性来描述;地势复杂度表达方法:光谱频率法、分数维、地势曲率、相像性、坡度(5) 地貌单元类型不同的地貌类型划分对DEM 数据采集有肯定的指导意义,如黄土地貌破裂,要分布较多的采样点, 而平原地区高程数据的精度要求比较高(对坡向、 流域网络影响比其他地区要大);采样数据的属性采样: 确定在何处需要测量点的过程,这个过程有三个参数打算:点的分布、点的密度和点的精度;(1) 采样数据的分布:由数据位置和结构来确定,指数据点的分布外形;(2) 数据的密度: 是指采样数据密集程度, 与讨论区域的地貌类型和地
16、势复杂程度相关;用于刻画地势外形所必需的最少的数据点;(3) 数据的精度:是指数据点本身所具有的精确度,是数据猎取过程中各种不同类型误差的综合反映;采样布点原就沿等高线采样、规章格网采样、剖面法、渐进采样、挑选性采样、混合采样(1) 沿等高线法 : 采样时将Z 轴固定,即固定高程值沿等高线采集高程点;平整地区不宜使用;(2) 规章格网采样:通过规定X 和 Y 轴方向的间距来形成平面格网,在立体模型上量测这些格网点的高程值;规章格网采样能确保所采集数据的平面坐标具有规章的格网 形式;(3) 剖面法 :类似于规章格网法,唯独的区分是在格网法中量测点是在格网的两个方向上都规章采样,而在剖面法中,只沿
17、一个方向即剖面方向上采样;在剖面法中,通常 情 况 下 点 以 动 态 方 式 量 测 , 而 不 像 在 规 就 采 样 中 以 静 态 方 式 进 行 ;(4) 渐进采样( Makarovic,1973 ):小区域的格网间距逐步转变,而采样也由粗到精地逐步进行;优点:渐进采样能解决规章格网采样方法所固有的数据冗余问题;缺点:在地表突变邻近区域内的采样数据仍有较高的冗余度;有些相关特性在第一轮粗略采样中有可能丢失,并且不能在其后的任一轮采样中复原;跟踪路径太长, 导致时间效率降低;(5) 挑选性采样:为了精确反映地势,可依据地势特点进行挑选性的采样,例如沿山脊线、山谷线、断裂线以及离散特点点
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