《数字地面模型》PPT课件.ppt

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1、7.1 数字地面模型概述数字地面模型概述 7.2 DEM常用数据模型常用数据模型7.3 DEM数据的获取数据的获取7.4 数字地形可视化数字地形可视化7.5 数字地形分析数字地形分析7.6 DEM的应用的应用第七章第七章 数字高程模型及其应用数字高程模型及其应用 地地地地理理理理空空空空间间间间实实实实质质质质是是是是三三三三维维维维的的的的，只只只只是是是是人人人人们们们们通通通通常常常常在在在在二二二二维维维维地地地地理理理理空空空空间间间间上上上上描描描描述述述述并并并并进进进进行行行行分分分分析析析析。如如如如在在在在土土土土地地地地利利利利用用用用，土土土土地地地地分级等问题上，都用

2、平面专题图来描述。分级等问题上，都用平面专题图来描述。分级等问题上，都用平面专题图来描述。分级等问题上，都用平面专题图来描述。数数数数字字字字地地地地面面面面模模模模型型型型的的的的提提提提出出出出，从从从从时时时时间间间间上上上上实实实实际际际际上上上上早早早早于于于于GISGIS，但但但但GISGIS的的的的发发发发展展展展大大大大大大大大促促促促进进进进人人人人们们们们对对对对数数数数字字字字地地地地面面面面模模模模型型型型的研究。的研究。的研究。的研究。目目前前，数数字字地地面面模模型型已已成成为为GIS的的重重要要内内容容，GIS的很多功能以数字地面模型为基础。的很多功能以数字地面模

3、型为基础。7.1 数字地面模型概述数字地面模型概述DTM(Digital Terrain Model)DTM(Digital Terrain Model)数字地形模型数字地形模型数字地形模型数字地形模型 5050年年年年代代代代由由由由MITMIT摄摄摄摄影影影影测测测测量量量量实实实实验验验验室室室室提提提提出出出出，是是是是用用用用数数数数字字字字形形形形式式式式描描描描述述述述地地地地形形形形表表表表面面面面的的的的模模模模型型型型。实实实实质质质质上上上上这这这这是是是是对对对对地地地地面面面面形形形形态态态态和和和和属属属属性信息性信息性信息性信息的数字表达。的数字表达。的数字表达。

4、的数字表达。DEM(Digital Elevation Model)DEM(Digital Elevation Model)数字高程模型数字高程模型数字高程模型数字高程模型 当当当当DTMDTM模模模模型型型型中中中中数数数数字字字字属属属属性性性性为为为为高高高高程程程程时时时时称称称称DEMDEM模模模模型型型型，即即即即数字高程模型数字高程模型数字高程模型数字高程模型。DEM DEM模型是模型是模型是模型是DTMDTM模型的一种特例。模型的一种特例。模型的一种特例。模型的一种特例。什么是什么是4D产品（产品（DEM,DLG,DRG,DOM）数字高程模型数字高程模型（Digital Ele

5、vation Model，缩写，缩写DEM）是在某一）是在某一投影平面（如高斯投影平面）上规则格网点的平面坐标（投影平面（如高斯投影平面）上规则格网点的平面坐标（X，Y）及高）及高程（程（Z）的数据集。）的数据集。DEM的格网间隔应与其高程精度相适配，并形成有的格网间隔应与其高程精度相适配，并形成有规则的格网系列。根据不同的高程精度，可分为不同类型。为完整反映规则的格网系列。根据不同的高程精度，可分为不同类型。为完整反映地表形态，还可增加离散高程点数据。地表形态，还可增加离散高程点数据。数字线划地图数字线划地图（Digital Line Graphic，缩写，缩写DLG）是现有地形图）是现有地

6、形图要素的矢量数据集，保存各要素间的空间关系和相关的属性信息，全面要素的矢量数据集，保存各要素间的空间关系和相关的属性信息，全面地描述地表目标。地描述地表目标。数字栅格地图数字栅格地图（Digital Raster Graphic，缩写，缩写DRG）是现有纸质）是现有纸质地形图经计算机处理后得到的栅格数据文件。每一幅地形图在扫描数字地形图经计算机处理后得到的栅格数据文件。每一幅地形图在扫描数字化后，经几何纠正，并进行内容更新和数据压缩处理，彩色地形图还应化后，经几何纠正，并进行内容更新和数据压缩处理，彩色地形图还应经色彩校正，使每幅图像的色彩基本一致。数字栅格地图在内容上、几经色彩校正，使每幅

7、图像的色彩基本一致。数字栅格地图在内容上、几何精度和色彩上与国家基本比例尺地形图保持一致。何精度和色彩上与国家基本比例尺地形图保持一致。数字正射影像图数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，缩写，缩写DOM）是利用）是利用数字高程模型（数字高程模型（DEM）对经扫描处理的数字化航空像片，经逐像元进）对经扫描处理的数字化航空像片，经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射影像数据集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像，具字正射影像数据集。它是同时具有地图几何精度和影像特征

8、的图像，具有精度高、信息丰富、直观真实等优点。有精度高、信息丰富、直观真实等优点。DEM模模型型是是新新一一代代的的地地形形图图，它它通通过过存存储储在在介介质质上上的的大大量量地地面面点点空空间间数数据据和和地地形形属属性性数数据，以数字形式来描述地形地貌。据，以数字形式来描述地形地貌。为了表示地形起伏必需存储三维数据，这首先为了表示地形起伏必需存储三维数据，这首先必需研究必需研究三维数字地面模型。三维数字地面模型。从测绘的角度看从测绘的角度看DEM的表示方法的表示方法 DEM表示方法表示方法数学方法数学方法图形法图形法整体整体局部局部傅立叶级数傅立叶级数高次多项式高次多项式规则数学分块规则

9、数学分块不规则数学分块不规则数学分块点数据点数据线数据线数据规规则则 不规则不规则水平线水平线典型线典型线典型特征典型特征密度一致密度一致密度不一致密度不一致三角网三角网邻近网邻近网山峰、洼坑山峰、洼坑隘口、边界隘口、边界垂直线垂直线山脊线山脊线谷底线谷底线海岸线海岸线坡度变换线坡度变换线7.2 DEM的常用数据模型的常用数据模型规则格网模型将空间区域分成规则的等距离单元，规则格网模型将空间区域分成规则的等距离单元，每个单元对应一个数值，通常在数学上表示为一个每个单元对应一个数值，通常在数学上表示为一个矩阵，在计算机中表现为一个矩阵，在计算机中表现为一个二维数组二维数组，每个格网，每个格网单元

10、或数组元素对应一个高程值。单元或数组元素对应一个高程值。用规则采样点数据（或把不规则采样点数据内插成用规则采样点数据（或把不规则采样点数据内插成规则点数据），而后，以规则点数据），而后，以矩阵形式矩阵形式来表地面形状。来表地面形状。它已成为栅格数据结构中它已成为栅格数据结构中DEM的通用形式。的通用形式。一、规则格网一、规则格网(grid)模型模型按平面上等间距规则采样，或内插所建立的数字地面按平面上等间距规则采样，或内插所建立的数字地面模型，称为基于栅格的数字地面模型，可以写成以下模型，称为基于栅格的数字地面模型，可以写成以下形式形式:DTMZi,j,i=l,2,m;j=1,2,n式中，式中

11、，Z为栅格结点（为栅格结点（i,j）上的地面属性数据，包括土）上的地面属性数据，包括土地权属、土壤类型、土地利用等。当该属性为海拔地权属、土壤类型、土地利用等。当该属性为海拔高高程程时时 ，则该模型即为，则该模型即为数字高程模型数字高程模型。1.模型的表示模型的表示规则格网（规则格网（grid)模型模型1 1）格网面元）格网面元）格网面元）格网面元组成格网的四个相邻格点在水平面上所包含组成格网的四个相邻格点在水平面上所包含组成格网的四个相邻格点在水平面上所包含组成格网的四个相邻格点在水平面上所包含的面积单元。的面积单元。的面积单元。的面积单元。2 2）格网面元的趋势面）格网面元的趋势面）格网面

12、元的趋势面）格网面元的趋势面格网面元的四个角点高程支撑的数学面，通格网面元的四个角点高程支撑的数学面，通格网面元的四个角点高程支撑的数学面，通格网面元的四个角点高程支撑的数学面，通常该数学面用三种形式表示。常该数学面用三种形式表示。常该数学面用三种形式表示。常该数学面用三种形式表示。l l 按最小二乘法将格网面元四个角点高程拟按最小二乘法将格网面元四个角点高程拟按最小二乘法将格网面元四个角点高程拟按最小二乘法将格网面元四个角点高程拟合为一个平面，称格网面元的平面趋势面。合为一个平面，称格网面元的平面趋势面。合为一个平面，称格网面元的平面趋势面。合为一个平面，称格网面元的平面趋势面。l l 将格

13、网面元四个角点高程拟合为双线性趋将格网面元四个角点高程拟合为双线性趋将格网面元四个角点高程拟合为双线性趋将格网面元四个角点高程拟合为双线性趋势面。势面。势面。势面。l l 将格网面元四个角点高程拟合为双三次趋将格网面元四个角点高程拟合为双三次趋将格网面元四个角点高程拟合为双三次趋将格网面元四个角点高程拟合为双三次趋势面。势面。势面。势面。3)3)格网点格网点格网点格网点针对格网点的值针对格网点的值针对格网点的值针对格网点的值(i,j)(i,j+1)(i+1,j)(i+1,j+1)(i,j)(i,j+1)(i+1,j)(i+1,j+1)2.格网的含义格网的含义 格网数据结构是典型的栅格数据结构，

14、可采用栅格格网数据结构是典型的栅格数据结构，可采用栅格格网数据结构是典型的栅格数据结构，可采用栅格格网数据结构是典型的栅格数据结构，可采用栅格矩阵及其压缩编码的方法表示。其数据包括三部分：矩阵及其压缩编码的方法表示。其数据包括三部分：矩阵及其压缩编码的方法表示。其数据包括三部分：矩阵及其压缩编码的方法表示。其数据包括三部分：1 1）元数据）元数据）元数据）元数据 描述描述描述描述DEMDEM数据的数据，如数据表示的时间、边界、数据的数据，如数据表示的时间、边界、数据的数据，如数据表示的时间、边界、数据的数据，如数据表示的时间、边界、测量单位、投影参数。测量单位、投影参数。测量单位、投影参数。测

15、量单位、投影参数。2 2）数据头）数据头）数据头）数据头 DEM DEM数据的起点坐标、坐标类型、格网大小、行列数据的起点坐标、坐标类型、格网大小、行列数据的起点坐标、坐标类型、格网大小、行列数据的起点坐标、坐标类型、格网大小、行列数等。数等。数等。数等。3 3）数据体）数据体）数据体）数据体 行列数分布的数据阵列。行列数分布的数据阵列。行列数分布的数据阵列。行列数分布的数据阵列。3.格网数据结构格网数据结构规则格网数据模型的优点：规则格网数据模型的优点：规则格网数据模型的优点：规则格网数据模型的优点：1 1）数据结构简单，算法实现容易，便于空间操作）数据结构简单，算法实现容易，便于空间操作）

16、数据结构简单，算法实现容易，便于空间操作）数据结构简单，算法实现容易，便于空间操作和存储。尤其适合在栅格数据结构的和存储。尤其适合在栅格数据结构的和存储。尤其适合在栅格数据结构的和存储。尤其适合在栅格数据结构的GISGIS系统中。系统中。系统中。系统中。2 2）容易计算等高线、坡度、坡向、自动提取地域）容易计算等高线、坡度、坡向、自动提取地域）容易计算等高线、坡度、坡向、自动提取地域）容易计算等高线、坡度、坡向、自动提取地域地形等。地形等。地形等。地形等。规则格网规则格网规则格网规则格网是是是是DEMDEM最广泛使用的格式。目前，很多最广泛使用的格式。目前，很多最广泛使用的格式。目前，很多最广

17、泛使用的格式。目前，很多国家都以国家都以国家都以国家都以规则格网的数据矩阵作为规则格网的数据矩阵作为规则格网的数据矩阵作为规则格网的数据矩阵作为DEMDEM提供方式提供方式提供方式提供方式。4、规则格网的优缺点、规则格网的优缺点规则格网数据模型的缺点：规则格网数据模型的缺点：规则格网数据模型的缺点：规则格网数据模型的缺点：1 1）数据量大，通常采用压缩存储）数据量大，通常采用压缩存储）数据量大，通常采用压缩存储）数据量大，通常采用压缩存储 无损压缩存储无损压缩存储无损压缩存储无损压缩存储，如游程编码、链码、四叉树编码；，如游程编码、链码、四叉树编码；，如游程编码、链码、四叉树编码；，如游程编码

18、、链码、四叉树编码；有损压缩存储有损压缩存储有损压缩存储有损压缩存储，如离散余弦，如离散余弦，如离散余弦，如离散余弦（DCT Discrete Cosine DCT Discrete Cosine Transformation),Transformation),小波变换小波变换小波变换小波变换（Wavelet Wavelet Transformation)Transformation)2 2）不规则的地面特性与规则的数据表示之间本身就不）不规则的地面特性与规则的数据表示之间本身就不）不规则的地面特性与规则的数据表示之间本身就不）不规则的地面特性与规则的数据表示之间本身就不协调。它对不同地形采用

19、一律平等的规则格网，不利于协调。它对不同地形采用一律平等的规则格网，不利于协调。它对不同地形采用一律平等的规则格网，不利于协调。它对不同地形采用一律平等的规则格网，不利于表示复杂地形。表示复杂地形。表示复杂地形。表示复杂地形。由于受观测手段所限，或专业要求，在实际中获取由于受观测手段所限，或专业要求，在实际中获取的数据常不是规则格网数据，大多为不规则的离散的数据常不是规则格网数据，大多为不规则的离散数据。如地震观测中观测的地层结构数据，水利中数据。如地震观测中观测的地层结构数据，水利中观测的地下水资源数据等。观测的地下水资源数据等。二、不规则三角网二、不规则三角网 (TIN)(Triangul

20、ated Irregular NetworkTriangulated Irregular Network)l不规则三角网（不规则三角网（TIN）模型）模型通过不规则分布的数据通过不规则分布的数据点，生成点，生成连续的三角形面连续的三角形面来逼近地面的地形表面。来逼近地面的地形表面。三角形面的形状和大小取决于不规则分布的观测点三角形面的形状和大小取决于不规则分布的观测点数据的位置和密度。数据的位置和密度。lTIN将区域内有限的点集，连成相互连续的三角面，将区域内有限的点集，连成相互连续的三角面，使离散点为三角面的顶点。使离散点为三角面的顶点。1、不规则三角网表示、不规则三角网表示 不规则三角网模

21、型是一种三维空间的分段线性模不规则三角网模型是一种三维空间的分段线性模型，型，其数据格式在概念上类似二维数据结构中带其数据格式在概念上类似二维数据结构中带拓扑结构的矢量数据结构，只是拓扑结构的矢量数据结构，只是TIN模型中不定义模型中不定义岛和洞的拓扑关系建立岛和洞的拓扑关系建立。不规则三角网（不规则三角网（TIN）模型把不规则分布的数）模型把不规则分布的数据点，按优化组合的方法，生成据点，按优化组合的方法，生成连续的三角形面连续的三角形面来逼近地面的地形表面来逼近地面的地形表面。使每个离散点为三角面。使每个离散点为三角面的顶点。的顶点。即即TIN将区域内有限的点集划分为相连的三角面将区域内有

22、限的点集划分为相连的三角面网。网。2、模型的表示、模型的表示不规则三角网（不规则三角网（TIN）模型）模型生成不规则三角网的算法要求：生成不规则三角网的算法要求：生成不规则三角网的算法要求：生成不规则三角网的算法要求：1 1）连接时尽可能使三角形的三个边长接近，成锐角三角形；）连接时尽可能使三角形的三个边长接近，成锐角三角形；）连接时尽可能使三角形的三个边长接近，成锐角三角形；）连接时尽可能使三角形的三个边长接近，成锐角三角形；2 2）为保证从最邻近点生成不规则三角形，使三角形边长之和为）为保证从最邻近点生成不规则三角形，使三角形边长之和为）为保证从最邻近点生成不规则三角形，使三角形边长之和为

23、）为保证从最邻近点生成不规则三角形，使三角形边长之和为最小。为此，已知三角形一边之后，选择到该一边两端点距离之最小。为此，已知三角形一边之后，选择到该一边两端点距离之最小。为此，已知三角形一边之后，选择到该一边两端点距离之最小。为此，已知三角形一边之后，选择到该一边两端点距离之和最小的一点作为三角形的另一个点；和最小的一点作为三角形的另一个点；和最小的一点作为三角形的另一个点；和最小的一点作为三角形的另一个点；3 3）生成三角形的任意一边不能和地性线相交，不能和已生成的）生成三角形的任意一边不能和地性线相交，不能和已生成的）生成三角形的任意一边不能和地性线相交，不能和已生成的）生成三角形的任意

24、一边不能和地性线相交，不能和已生成的三角形的任意一边相交。为此，采样点要合理，它应能较好的反三角形的任意一边相交。为此，采样点要合理，它应能较好的反三角形的任意一边相交。为此，采样点要合理，它应能较好的反三角形的任意一边相交。为此，采样点要合理，它应能较好的反映地形真实情况。如对特殊的地形线，如映地形真实情况。如对特殊的地形线，如映地形真实情况。如对特殊的地形线，如映地形真实情况。如对特殊的地形线，如山谷线、山瘠线、断裂山谷线、山瘠线、断裂山谷线、山瘠线、断裂山谷线、山瘠线、断裂线线线线处，出现不完全反映真实情况时，要剔除这类三角形进行调整处，出现不完全反映真实情况时，要剔除这类三角形进行调整

25、处，出现不完全反映真实情况时，要剔除这类三角形进行调整处，出现不完全反映真实情况时，要剔除这类三角形进行调整处理。处理。处理。处理。在众多不规则三角网生成算法中，在众多不规则三角网生成算法中，在众多不规则三角网生成算法中，在众多不规则三角网生成算法中，DelaunayDelaunay算法用得最多。算法用得最多。算法用得最多。算法用得最多。3、不规则三角网的生成、不规则三角网的生成1 1）逐步生成法）逐步生成法）逐步生成法）逐步生成法以任一点为起始点；以任一点为起始点；以任一点为起始点；以任一点为起始点；找出离起始点最近的数据点连线，作为起始基线；找出离起始点最近的数据点连线，作为起始基线；找出

26、离起始点最近的数据点连线，作为起始基线；找出离起始点最近的数据点连线，作为起始基线；按联三角形法则找出第三点连成三角形；按联三角形法则找出第三点连成三角形；按联三角形法则找出第三点连成三角形；按联三角形法则找出第三点连成三角形；再以连成三角形的新边作基线重复上述步骤，直到终再以连成三角形的新边作基线重复上述步骤，直到终再以连成三角形的新边作基线重复上述步骤，直到终再以连成三角形的新边作基线重复上述步骤，直到终止。止。止。止。Delaunay算法的三种类型算法的三种类型2 2）分割归并法（分而治之法）分割归并法（分而治之法）分割归并法（分而治之法）分割归并法（分而治之法）将点集分到足够小，使其成

27、为易生成三角网的子集，将点集分到足够小，使其成为易生成三角网的子集，将点集分到足够小，使其成为易生成三角网的子集，将点集分到足够小，使其成为易生成三角网的子集，然后将子集合并。然后将子集合并。然后将子集合并。然后将子集合并。3 3）逐点插入法）逐点插入法）逐点插入法）逐点插入法 先在包含所有数据点的多边形中建立初始三角网，先在包含所有数据点的多边形中建立初始三角网，先在包含所有数据点的多边形中建立初始三角网，先在包含所有数据点的多边形中建立初始三角网，然后将余下的点逐一插入。建立初始三角网的方法可然后将余下的点逐一插入。建立初始三角网的方法可然后将余下的点逐一插入。建立初始三角网的方法可然后将

28、余下的点逐一插入。建立初始三角网的方法可能不同。能不同。能不同。能不同。点文件点文件 三角形文件三角形文件 点号点号 坐标点坐标点 三角形号三角形号 顶点顶点 邻接三角形邻接三角形 N1 X 1 Y1 Z1 T1 N1 N5 N6 T2 T5 /N2 X 2 Y2 Z1 T2 N1 N4 N3 T1 T3 T6 N3 X 3 Y3 Z1 T3 N1 N2 N4 /T4 T2 N4 X 4 Y4 Z4 T4 N2 N3 N4 T3 /T8 N5 X 5 Y5 Z5 T5 N8 N5 N6 T1 /T6 N6 X 6 Y6 Z6 T6 N4 N5 N8 T2 T5 T7 N7 X 7 Y7 Z7

29、T7 N4 N7 N8 T6 T8 /N8 X 8 Y8 Z8 T8 N3 N4 N7 T4 T7 /T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 N1N6N2N8N7N 3N4N5 4、模型的数据结构、模型的数据结构不规则三角网模型的优点：不规则三角网模型的优点：不规则三角网模型的优点：不规则三角网模型的优点：1 1）克服栅格数据中的数据冗余问题；）克服栅格数据中的数据冗余问题；）克服栅格数据中的数据冗余问题；）克服栅格数据中的数据冗余问题；2 2）表示地面形态效率高，数据精度高。它能较好地表）表示地面形态效率高，数据精度高。它能较好地表）表示地面形态效率高，数据精度高。它能较好地表）表示

30、地面形态效率高，数据精度高。它能较好地表 示地性线，充分表示复杂的地形特征，适应起伏示地性线，充分表示复杂的地形特征，适应起伏示地性线，充分表示复杂的地形特征，适应起伏示地性线，充分表示复杂的地形特征，适应起伏 不同的地形。不同的地形。不同的地形。不同的地形。不规则三角网模型的缺点：不规则三角网模型的缺点：不规则三角网模型的缺点：不规则三角网模型的缺点：1 1）算法实现复杂，由于形成三角网方法不同有不同）算法实现复杂，由于形成三角网方法不同有不同）算法实现复杂，由于形成三角网方法不同有不同）算法实现复杂，由于形成三角网方法不同有不同 算法；算法；算法；算法；2 2）对特殊的地形线要调整。）对特

31、殊的地形线要调整。）对特殊的地形线要调整。）对特殊的地形线要调整。5、不规则三角网模型的优缺点、不规则三角网模型的优缺点大比例尺数据高程模型大比例尺数据高程模型通常采用能表示地性线的不规则三角网，以便通常采用能表示地性线的不规则三角网，以便较精确地显示小区域地形特性。较精确地显示小区域地形特性。小比例尺数据高程模型小比例尺数据高程模型通常可采用规则格网模型，以显示大区域宏观通常可采用规则格网模型，以显示大区域宏观地形特性。地形特性。等值线是等值线是DEM模型的平面表示形式，是地形表示模型的平面表示形式，是地形表示中广泛使用的一种表示方法。中广泛使用的一种表示方法。等值线图以符号化的模型来表示空

32、间立体地形形态。等值线图以符号化的模型来表示空间立体地形形态。它由它由一系列数值相等的点一系列数值相等的点，连成的曲线反映连续递变，连成的曲线反映连续递变的面状分布地形特征。的面状分布地形特征。它反映的是连续递变的面状分布特征，如等高线、它反映的是连续递变的面状分布特征，如等高线、等温线等。等温线等。三、等值线模型三、等值线模型等值线是指等值线是指等值线是指等值线是指X-YX-Y平面上平面上平面上平面上f(x,y)=cf(x,y)=c的轨迹分布线。的轨迹分布线。的轨迹分布线。的轨迹分布线。这里的这里的这里的这里的c c为某一常数值，该值所表示的物理意义可以为某一常数值，该值所表示的物理意义可以

33、为某一常数值，该值所表示的物理意义可以为某一常数值，该值所表示的物理意义可以是地形高程数据，温度场中的温度数据，气象上气压是地形高程数据，温度场中的温度数据，气象上气压是地形高程数据，温度场中的温度数据，气象上气压是地形高程数据，温度场中的温度数据，气象上气压的数据等等。的数据等等。的数据等等。的数据等等。等值线符合下述要求：等值线符合下述要求：等值线符合下述要求：等值线符合下述要求：l l给定值的等值线在相应域内不能互相交错；给定值的等值线在相应域内不能互相交错；给定值的等值线在相应域内不能互相交错；给定值的等值线在相应域内不能互相交错；l l一根等值线通常是一条连续曲线；一根等值线通常是一

34、条连续曲线；一根等值线通常是一条连续曲线；一根等值线通常是一条连续曲线；l l给定值后，相应域上等值线不限于一条；给定值后，相应域上等值线不限于一条；给定值后，相应域上等值线不限于一条；给定值后，相应域上等值线不限于一条；l l等值线可以是闭合曲线，也可以和域外连续。等值线可以是闭合曲线，也可以和域外连续。等值线可以是闭合曲线，也可以和域外连续。等值线可以是闭合曲线，也可以和域外连续。1、等值线图的概念、等值线图的概念等高线是通过对地球表面进行一系列不同高程的水等高线是通过对地球表面进行一系列不同高程的水等高线是通过对地球表面进行一系列不同高程的水等高线是通过对地球表面进行一系列不同高程的水平

35、切割后，切割面和地球表面产生的一系列交线。平切割后，切割面和地球表面产生的一系列交线。平切割后，切割面和地球表面产生的一系列交线。平切割后，切割面和地球表面产生的一系列交线。它由一系列等高线和其高程值构成，其上的每根等它由一系列等高线和其高程值构成，其上的每根等它由一系列等高线和其高程值构成，其上的每根等它由一系列等高线和其高程值构成，其上的每根等高线有一已知的高程值。每条等高线是一组有序的高线有一已知的高程值。每条等高线是一组有序的高线有一已知的高程值。每条等高线是一组有序的高线有一已知的高程值。每条等高线是一组有序的坐标点序列，也可认为是带有高程属性的多边形或坐标点序列，也可认为是带有高程

36、属性的多边形或坐标点序列，也可认为是带有高程属性的多边形或坐标点序列，也可认为是带有高程属性的多边形或弧段。由于生成等高线时丢失了大量地表信息，所弧段。由于生成等高线时丢失了大量地表信息，所弧段。由于生成等高线时丢失了大量地表信息，所弧段。由于生成等高线时丢失了大量地表信息，所以用等高线重建地貌形态时只能近似表示。以用等高线重建地貌形态时只能近似表示。以用等高线重建地貌形态时只能近似表示。以用等高线重建地貌形态时只能近似表示。2、等高线、等高线l等高线模型由一系列等高线模型由一系列等高线和其高程值等高线和其高程值构成；构成；l每条等高线是一组有序的坐标点序列，也可认为是每条等高线是一组有序的坐

37、标点序列，也可认为是带有高程属性的多边形或弧段。带有高程属性的多边形或弧段。l等高线模型只能表达区域内部分高程值，等高线外等高线模型只能表达区域内部分高程值，等高线外的高程值用其外包等高线的高程值插值得到。的高程值用其外包等高线的高程值插值得到。等高线离散化，等高线等高线离散化，等高线内插可生成格网数据。内插可生成格网数据。等高线可生成等高线可生成TIN数据数据3、等高线的数据组织结构、等高线的数据组织结构 等高等高等高等高线线线线号号号号高程高程高程高程值值值值点数点数点数点数坐坐坐坐标标标标系列点系列点系列点系列点1 13503502323x1,y1,x2,y2,x3,y3x1,y1,x2

38、,y2,x3,y3.x23,y23.x23,y232 23003001818x1,y1,x2,y2,x3,y3x1,y1,x2,y2,x3,y3.x18,y18.x18,y183 32502504 42502505 52002006 61501507 7100100等高线的数据组织结构例等高线的数据组织结构例 数据模型数据模型数据模型数据模型规则格网规则格网规则格网规则格网TINTIN等高线等高线等高线等高线数据数据数据数据结结结结构构构构1.1.坐坐坐坐标标标标原点原点原点原点2.2.坐坐坐坐标间标间标间标间隔和方向隔和方向隔和方向隔和方向Z Z1111，Z Z1212,.,.Z Z1m1m

39、.Z Zn1 n1,Z,Zn2n2,Z Znmnm 1.1.坐坐坐坐标标标标点点点点X X1 1，Y Y1 1，Z Z1 1X X2 2，Y Y2 2，Z Z2 2。2 2、坐、坐、坐、坐标标标标关系关系关系关系高程高程高程高程 点数点数点数点数 坐坐坐坐标标标标点点点点 Z Z1 1 n n1 1 x x1 1y y1 1,x,x2 2y y2 2.Z Z2 2 n n2 2 x x1 1y y1 1,x,x2 2y y2 2.主要数据源主要数据源主要数据源主要数据源原始数据插原始数据插原始数据插原始数据插值值值值离散数据点离散数据点离散数据点离散数据点地形地形地形地形图图图图数字化数字化数

40、字化数字化建模的建模的建模的建模的难难难难易度易度易度易度易易易易难难难难易易易易数据量数据量数据量数据量随分辨率而随分辨率而随分辨率而随分辨率而变变变变较较较较大大大大很小很小很小很小表示拓扑能力表示拓扑能力表示拓扑能力表示拓扑能力尚好尚好尚好尚好很好很好很好很好差差差差适合表示地形适合表示地形适合表示地形适合表示地形简单简单简单简单的平的平的平的平缓缓缓缓地形地形地形地形各种复各种复各种复各种复杂杂杂杂地形地形地形地形简单简单简单简单的平的平的平的平缓缓缓缓地形地形地形地形适用的比例尺适用的比例尺适用的比例尺适用的比例尺中小比例尺中小比例尺中小比例尺中小比例尺大比例尺大比例尺大比例尺大比例

41、尺各各各各类类类类比例尺比例尺比例尺比例尺三三三三维显维显维显维显示示示示方便方便方便方便较较较较方便方便方便方便差差差差DEM的常用数据模型的比较的常用数据模型的比较1 1）航空航天遥感影像为数据源）航空航天遥感影像为数据源）航空航天遥感影像为数据源）航空航天遥感影像为数据源大比例尺数字高程模型用航空影像；大比例尺数字高程模型用航空影像；大比例尺数字高程模型用航空影像；大比例尺数字高程模型用航空影像；小比例尺数字高程模型用航天影像。小比例尺数字高程模型用航天影像。小比例尺数字高程模型用航天影像。小比例尺数字高程模型用航天影像。通过立体象对，用摄影测量的方法建立空间立体模型通过立体象对，用摄影

42、测量的方法建立空间立体模型通过立体象对，用摄影测量的方法建立空间立体模型通过立体象对，用摄影测量的方法建立空间立体模型量取密集的高程数据。量取密集的高程数据。量取密集的高程数据。量取密集的高程数据。2 2）以地形图为数据源）以地形图为数据源）以地形图为数据源）以地形图为数据源主要用比例尺不大于主要用比例尺不大于主要用比例尺不大于主要用比例尺不大于1:11:1万的国家近期地形图为数据万的国家近期地形图为数据万的国家近期地形图为数据万的国家近期地形图为数据源从中量取等密度地面点集的高程数据，建立源从中量取等密度地面点集的高程数据，建立源从中量取等密度地面点集的高程数据，建立源从中量取等密度地面点集

43、的高程数据，建立DEMDEM。数据采集通常用手工、数字化仪几及扫描仪。数据采集通常用手工、数字化仪几及扫描仪。数据采集通常用手工、数字化仪几及扫描仪。数据采集通常用手工、数字化仪几及扫描仪。7.3 DEM数据的获取数据的获取1、DEM数据源的种类数据源的种类3 3）以地面实测记录为数据源）以地面实测记录为数据源）以地面实测记录为数据源）以地面实测记录为数据源 对小范围的大比例尺（如对小范围的大比例尺（如对小范围的大比例尺（如对小范围的大比例尺（如1:50001:5000）的）的）的）的DEMDEM数据数据数据数据可用可用可用可用GPSGPS，电子测速仪（全站仪），测距经纬仪等，电子测速仪（全站

44、仪），测距经纬仪等，电子测速仪（全站仪），测距经纬仪等，电子测速仪（全站仪），测距经纬仪等获取数据。获取数据。获取数据。获取数据。4 4）其它数据源数字摄影测量）其它数据源数字摄影测量）其它数据源数字摄影测量）其它数据源数字摄影测量 航空测空仪可获取精度要求不很高的航空测空仪可获取精度要求不很高的航空测空仪可获取精度要求不很高的航空测空仪可获取精度要求不很高的DEMDEM数据，数据，数据，数据，近景摄影测量，在地面摄取立体象对，构造解析模型，近景摄影测量，在地面摄取立体象对，构造解析模型，近景摄影测量，在地面摄取立体象对，构造解析模型，近景摄影测量，在地面摄取立体象对，构造解析模型，也可获的小

45、区域的也可获的小区域的也可获的小区域的也可获的小区域的DEMDEM数据。数据。数据。数据。由于实际地形无一定数学规律可循，因此，影响由于实际地形无一定数学规律可循，因此，影响DEM精度的主要因素是原始数据的获取，其中主要包括精度的主要因素是原始数据的获取，其中主要包括:l数据采集的数据采集的密度密度;l数据采集数据采集位置位置（选点）。（选点）。注意注意:任何一种内插方法均不能弥补由于取样不当所造任何一种内插方法均不能弥补由于取样不当所造成的信息损失。成的信息损失。2、DEM数据源的采集数据源的采集1)数据采集的精度数据采集的精度2)数据采集的方法数据采集的方法(1)(1)人工网格法人工网格法

46、人工网格法人工网格法 将地形图蒙上格网，逐格读取中心或角点的高将地形图蒙上格网，逐格读取中心或角点的高将地形图蒙上格网，逐格读取中心或角点的高将地形图蒙上格网，逐格读取中心或角点的高程值、构成数字高程模型。程值、构成数字高程模型。程值、构成数字高程模型。程值、构成数字高程模型。(2)(2)立体像对分析立体像对分析立体像对分析立体像对分析 通过遥感立体像对，根据视差模型、自动选配通过遥感立体像对，根据视差模型、自动选配通过遥感立体像对，根据视差模型、自动选配通过遥感立体像对，根据视差模型、自动选配左右影像的同名点，可建立数字高程模型。左右影像的同名点，可建立数字高程模型。左右影像的同名点，可建立

47、数字高程模型。左右影像的同名点，可建立数字高程模型。(3)(3)三角网方法（三角网方法（三角网方法（三角网方法（TINTIN）(4)(4)曲面拟合曲面拟合曲面拟合曲面拟合根据有限个离散点的高程、采用多项式或样根据有限个离散点的高程、采用多项式或样根据有限个离散点的高程、采用多项式或样根据有限个离散点的高程、采用多项式或样条函数求得拟合公式，再逐一计算各点的高条函数求得拟合公式，再逐一计算各点的高条函数求得拟合公式，再逐一计算各点的高条函数求得拟合公式，再逐一计算各点的高程，可得到拟合的程，可得到拟合的程，可得到拟合的程，可得到拟合的DEMDEM。对有限个离散点，每三个邻近点联接成三角对有限个离

48、散点，每三个邻近点联接成三角对有限个离散点，每三个邻近点联接成三角对有限个离散点，每三个邻近点联接成三角形，每个三角形代表一个局部平面，再根据形，每个三角形代表一个局部平面，再根据形，每个三角形代表一个局部平面，再根据形，每个三角形代表一个局部平面，再根据每个平面方程，可计算各格网点高程，生成每个平面方程，可计算各格网点高程，生成每个平面方程，可计算各格网点高程，生成每个平面方程，可计算各格网点高程，生成DEMDEM。A（x1,y1，z1）B（x2,y2,z2）C（x3,y3,z3）D（x4,y4,z4）P（x,y）三角网上的任意数据三角网上的任意数据获获取取点数据的生成与叠加点数据的生成与叠

49、加(5)(5)等值线插值等值线插值等值线插值等值线插值 根据各局部等值线上的高程点，通过插值根据各局部等值线上的高程点，通过插值根据各局部等值线上的高程点，通过插值根据各局部等值线上的高程点，通过插值公式计算各点的高程，得到公式计算各点的高程，得到公式计算各点的高程，得到公式计算各点的高程，得到DEMDEM。等值线插值法是比较常用的方法，输入等等值线插值法是比较常用的方法，输入等等值线插值法是比较常用的方法，输入等等值线插值法是比较常用的方法，输入等值线后，可在矢量格式的等值线数据基础上进值线后，可在矢量格式的等值线数据基础上进值线后，可在矢量格式的等值线数据基础上进值线后，可在矢量格式的等值

50、线数据基础上进行，插值效果较好。行，插值效果较好。行，插值效果较好。行，插值效果较好。（1 1）采集前根据建立）采集前根据建立）采集前根据建立）采集前根据建立DEMDEM模型的精度要求确立模型的精度要求确立模型的精度要求确立模型的精度要求确立合理的取样密度，如对单调地形可均匀采集，密度合理的取样密度，如对单调地形可均匀采集，密度合理的取样密度，如对单调地形可均匀采集，密度合理的取样密度，如对单调地形可均匀采集，密度不必过大；不必过大；不必过大；不必过大；（2 2）地形变化处采用密集采样，确保地形转折处）地形变化处采用密集采样，确保地形转折处）地形变化处采用密集采样，确保地形转折处）地形变化处采