教育专题：GIS在中学地理教学中的应用-第7章-数字地面模型.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的很多功能以数字地面模型为基础

3、。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。DEMDEM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。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

5、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 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，每个格网单元或数组元素对应一个高程值。单元

6、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)模型模型规则格网（规则格网（grid)模型模型 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

7、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。测量单位、投影参数。2 2）数据头）数据头）数据头）数据头 DEMDEM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、

8、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。2.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）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

9、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。3、规则格网的优缺

10、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、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 Trans

11、formation),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

12、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)(Triangulated 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

13、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（不规则三角网（TIN）模型）模型 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 /N

14、2 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 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 2、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

15、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。

16、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。3、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形线的不规则三角网，以便通常采用能表示地形线的不规则三角网，以便较精确地

17、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

18、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

19、，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

20、，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

21、，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

22、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

23、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,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 6150150

24、7 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.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

25、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

26、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

27、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

28、图为数据源）以地形图为数据源主要用比例尺不大于己于主要用比例尺不大于己于主要用比例尺不大于己于主要用比例尺不大于己于1:11:1万的国家近期地形图为万的国家近期地形图为万的国家近期地形图为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，建立数据源从中量取等密度地面点集的高程数据，建立数据源从中量取等密度地面点集的高程数据，建立数据源从中量取等密度地面点集的高程数据，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、DE

29、M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

30、 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。1)网格尺寸的确定网格尺寸的确定 网格尺寸的确定是网格尺寸的确定是DEM数据网格化的重要问数据网格化的重要问题，它关系到数据模型的精度。题，它

31、关系到数据模型的精度。网格尺寸的确定首先应分析地形的形态特征。网格尺寸的确定首先应分析地形的形态特征。一般地说，采样点的密度基本上确定了网格点的密一般地说，采样点的密度基本上确定了网格点的密度。度。在采集优选点的情况下，网格点数应大于或接近在采集优选点的情况下，网格点数应大于或接近于样点数，取于样点数，取nN 0 AND)0 AND (Z (Zi-1,ji-1,j-Z Zi,ji,j)*(Z)*(Zi+1,j i+1,j -Z Zi,ji,j)0 AND)0 AND Z Zi,j+1 i,j+1 Z Zi,ji,j AND AND Z Zi+1,ji+1,j Z Zi,ji,j 2)2)脊点脊

32、点脊点脊点 满足下面满足下面满足下面满足下面4 4个条件个条件个条件个条件 (Z(Zi,j-1i,j-1-Z Zi,ji,j)*(Z)*(Zi,j+1 i,j+1 -Z Zi,ji,j)0 AND)0 AND (Z (Zi,j-1i,j-1-Z Zi,ji,j)*(Z)*(Zi+1,j i+1,j -Z Zi,ji,j)0 AND)0 AND Z Zi,j+1 i,j+1 Z Zi,ji,j AND AND Z Zi+1,ji+1,j Z Zi,ji,j i,j-1 i,j i,j+1i-1,j-1 i-1,j i-1,j+1 i+1,j-1 i+1,j i+1,j+11 1、山谷点、山脊点的

33、计算、山谷点、山脊点的计算、山谷点、山脊点的计算、山谷点、山脊点的计算2 2、沟谷密度、沟谷密度、沟谷密度、沟谷密度沟谷密度是表征地面破碎程度的一种指标，它是沟沟谷密度是表征地面破碎程度的一种指标，它是沟谷总长度谷总长度(L)与地表单元总面积与地表单元总面积(A)之比。提取之比。提取谷点和脊点，将地表单元内所有谷点在单元区域内谷点和脊点，将地表单元内所有谷点在单元区域内的延伸长度累加，便获得单元的沟谷长度。沟谷密的延伸长度累加，便获得单元的沟谷长度。沟谷密度为度为:反映某一面积单元内地势起伏变化反映某一面积单元内地势起伏变化反映某一面积单元内地势起伏变化反映某一面积单元内地势起伏变化与侵蚀程与

34、侵蚀程度度的复杂程度，是地表面积与投影面积之比：的复杂程度，是地表面积与投影面积之比：的复杂程度，是地表面积与投影面积之比：的复杂程度，是地表面积与投影面积之比：3 3、地表粗糙度、地表粗糙度、地表粗糙度、地表粗糙度计计计计算算算算辐辐辐辐照照照照度度度度需需需需考考考考虑虑虑虑日日日日照照照照条条条条件件件件（太太太太阳阳阳阳赤赤赤赤纬纬纬纬、高高高高度度度度角角角角、时时时时角角角角及及及及大大大大气气气气状状状状况况况况）与与与与坡坡坡坡面面面面几几几几何何何何条条条条件件件件的的的的相相相相互互互互关关关关系系系系由由由由下下下下式式式式决定决定决定决定：其中其中其中其中:大气透过率，

35、与太阳高度和大气状况有关；大气透过率，与太阳高度和大气状况有关；大气透过率，与太阳高度和大气状况有关；大气透过率，与太阳高度和大气状况有关；ScSc为太阳常数；为太阳常数；为太阳常数；为太阳常数；SaSa为太阳高度角可由球面三角公式求出；为太阳高度角可由球面三角公式求出；为太阳高度角可由球面三角公式求出；为太阳高度角可由球面三角公式求出；t t是时角；是时角；是时角；是时角；a a、b b为坡面方程系数；为坡面方程系数；为坡面方程系数；为坡面方程系数；为坡度。为坡度。为坡度。为坡度。4 4、地表辐照度、地表辐照度、地表辐照度、地表辐照度1 1、地形特征的提取、地形特征的提取、地形特征的提取、地

36、形特征的提取地形特征包括地形特征点、地形特征线、地形特征地形特征包括地形特征点、地形特征线、地形特征地形特征包括地形特征点、地形特征线、地形特征地形特征包括地形特征点、地形特征线、地形特征面。面。面。面。地形特征点：山峰点、谷低点、鞍部点地形特征点：山峰点、谷低点、鞍部点地形特征点：山峰点、谷低点、鞍部点地形特征点：山峰点、谷低点、鞍部点地形特征线：山谷线、山瘠线、地形特征线：山谷线、山瘠线、地形特征线：山谷线、山瘠线、地形特征线：山谷线、山瘠线、地形特征面：凹凸面地形特征面：凹凸面地形特征面：凹凸面地形特征面：凹凸面2 2、水系特征的提取、水系特征的提取、水系特征的提取、水系特征的提取水系特

37、征如分水岭、汇水流域水系特征如分水岭、汇水流域水系特征如分水岭、汇水流域水系特征如分水岭、汇水流域大部分地形特征的提取算法是基于格网的大部分地形特征的提取算法是基于格网的DEM四、特征的提取四、特征的提取四、四、DEM模型的可视化分析模型的可视化分析可视性分析也称通视分析，被广泛地应用在军事可视性分析也称通视分析，被广泛地应用在军事可视性分析也称通视分析，被广泛地应用在军事可视性分析也称通视分析，被广泛地应用在军事上、森林火灾监测点的设置，无线发射塔如微波上、森林火灾监测点的设置，无线发射塔如微波上、森林火灾监测点的设置，无线发射塔如微波上、森林火灾监测点的设置，无线发射塔如微波站、广播电台、

38、电视塔的设置等方面。站、广播电台、电视塔的设置等方面。站、广播电台、电视塔的设置等方面。站、广播电台、电视塔的设置等方面。AB A B1 1、剖面分析、剖面分析、剖面分析、剖面分析 地形的剖面分析可用来表示地形的剖面分析可用来表示地形的剖面分析可用来表示地形的剖面分析可用来表示区域的地貌形态、地势变化、区域的地貌形态、地势变化、区域的地貌形态、地势变化、区域的地貌形态、地势变化、地质构造等等。地形的剖面地质构造等等。地形的剖面地质构造等等。地形的剖面地质构造等等。地形的剖面分析中常画剖面图，分析中常画剖面图，分析中常画剖面图，分析中常画剖面图，画剖面画剖面画剖面画剖面图的关键是求剖面线图的关键

39、是求剖面线图的关键是求剖面线图的关键是求剖面线。首先通过直线首先通过直线首先通过直线首先通过直线ABAB向地平面向地平面向地平面向地平面作一垂直于作一垂直于作一垂直于作一垂直于XOYXOY的面的面的面的面S S，而，而，而，而后再求后再求后再求后再求S S面同地形模型面交线，面同地形模型面交线，面同地形模型面交线，面同地形模型面交线，即剖面线，最后用剖面线来即剖面线，最后用剖面线来即剖面线，最后用剖面线来即剖面线，最后用剖面线来表示剖面表示剖面表示剖面表示剖面 剖面分析剖面分析军军事事电电子子沙沙盘盘剖面线分析法剖面线分析法剖面线分析法剖面线分析法在观察点在观察点在观察点在观察点AA和目标点和

40、目标点和目标点和目标点BB之间画线，并作于之间画线，并作于之间画线，并作于之间画线，并作于XYXY平面的平面的平面的平面的垂直面垂直面垂直面垂直面S S，求出地形模型面与，求出地形模型面与，求出地形模型面与，求出地形模型面与S S面的交线判别面的交线判别面的交线判别面的交线判别ABAB直线直线直线直线与剖面线是否相交，如不相交，与剖面线是否相交，如不相交，与剖面线是否相交，如不相交，与剖面线是否相交，如不相交，ABAB两点之间可视；两点之间可视；两点之间可视；两点之间可视；如相交，如相交，如相交，如相交，ABAB两点之间不可视。两点之间不可视。两点之间不可视。两点之间不可视。A点和点和B点之间

41、的通视性（点之间的通视性（intervisibility)，指在，指在A点是否能看到点是否能看到B点。点。2 2、通视性分析、通视性分析、通视性分析、通视性分析ACB可视域指某观察点可视的区域范围。可视域分析的应用极为可视域指某观察点可视的区域范围。可视域分析的应用极为可视域指某观察点可视的区域范围。可视域分析的应用极为可视域指某观察点可视的区域范围。可视域分析的应用极为广泛。广泛。广泛。广泛。1 1）基于格网数据结构的可视域分析）基于格网数据结构的可视域分析）基于格网数据结构的可视域分析）基于格网数据结构的可视域分析可视域分析中用得最多的是用格网数据结构，即用可视域分析中用得最多的是用格网数

42、据结构，即用可视域分析中用得最多的是用格网数据结构，即用可视域分析中用得最多的是用格网数据结构，即用“可视矩阵可视矩阵可视矩阵可视矩阵”，表示可视的区域范围，并显示之。表示可视的区域范围，并显示之。表示可视的区域范围，并显示之。表示可视的区域范围，并显示之。2 2）基于）基于）基于）基于TINTIN的可视域分析，的可视域分析，的可视域分析，的可视域分析，这种方法是基于这种方法是基于这种方法是基于这种方法是基于TINTIN地面模型中地面模型中地面模型中地面模型中三角形面元的可视部分来表示，三角形面元的可视部分来表示，三角形面元的可视部分来表示，三角形面元的可视部分来表示，其方法是用其方法是用其方

43、法是用其方法是用TINTIN地面模型的地面模型的地面模型的地面模型的可视域计算和三维场景中隐藏可视域计算和三维场景中隐藏可视域计算和三维场景中隐藏可视域计算和三维场景中隐藏面消除法解决。面消除法解决。面消除法解决。面消除法解决。可视域分析可实现可视域查询，可视域分析可实现可视域查询，以查询所在观察点可视的区域以查询所在观察点可视的区域范围，得到可视域范围图。范围，得到可视域范围图。3 3、可视域分析、可视域分析、可视域分析、可视域分析可见可见 不可见不可见 可见可见 不可见不可见 可见可见 不不LOS，Line of Sight Viewshed 7.6 DEM模型的应用模型的应用 DEM模型

44、可替代传统用等高线描述地模型可替代传统用等高线描述地形的方法。目前，形的方法。目前，DEM已作为空间数据库已作为空间数据库的实体，为的实体，为GIS空间分析和决策提供基础空间分析和决策提供基础数据。数据。数字地球的提出，为数字地球的提出，为DEM的应用开辟的应用开辟了更广阔的领域。了更广阔的领域。DEMDEM模型主要用途：模型主要用途：模型主要用途：模型主要用途：1 1）在国家数据库中存储数字地形图的高程数据，作为）在国家数据库中存储数字地形图的高程数据，作为）在国家数据库中存储数字地形图的高程数据，作为）在国家数据库中存储数字地形图的高程数据，作为绘制绘制绘制绘制等高线、地面晕渲图、立体图、

45、剖面图等高线、地面晕渲图、立体图、剖面图等高线、地面晕渲图、立体图、剖面图等高线、地面晕渲图、立体图、剖面图依据。依据。依据。依据。2 2）提取地面因子，获取地形因子数据。）提取地面因子，获取地形因子数据。）提取地面因子，获取地形因子数据。）提取地面因子，获取地形因子数据。3 3）进行地形分析，为各行各业服务，如道路规划、地）进行地形分析，为各行各业服务，如道路规划、地）进行地形分析，为各行各业服务，如道路规划、地）进行地形分析，为各行各业服务，如道路规划、地貌分析、坝址选择等。貌分析、坝址选择等。貌分析、坝址选择等。貌分析、坝址选择等。4 4）作为景观分析和模拟的基础，用于军事、景观规划）作

46、为景观分析和模拟的基础，用于军事、景观规划）作为景观分析和模拟的基础，用于军事、景观规划）作为景观分析和模拟的基础，用于军事、景观规划等领域。等领域。等领域。等领域。一、一、DEM模型的主要用途模型的主要用途1 1、DEMDEM模型在土方计算中的应用模型在土方计算中的应用模型在土方计算中的应用模型在土方计算中的应用平整高度平整高度平整高度平整高度填充高度填充高度填充高度填充高度 h hi i hiNi=1N二、二、DEM模型的应用例模型的应用例首先确定用首先确定用首先确定用首先确定用DEMDEM模型对地表形态进行自动分类的决策条件。模型对地表形态进行自动分类的决策条件。模型对地表形态进行自动分

47、类的决策条件。模型对地表形态进行自动分类的决策条件。如如如如 建立建立DEM模型模型自动获取自动获取H、H坡度坡度决策条件决策条件自动分类自动分类2 2、DEMDEM模型对地表形态进行自动分类模型对地表形态进行自动分类模型对地表形态进行自动分类模型对地表形态进行自动分类平地平地平地平地丘岗丘岗丘岗丘岗丘陵丘陵丘陵丘陵低山低山低山低山中山中山中山中山绝对高度绝对高度绝对高度绝对高度 HH（MM）400 800 800相对高度相对高度相对高度相对高度H H(M(M）100 200 200200200坡度（度）坡度（度）坡度（度）坡度（度）3 3根据DEM产生的坡度晕渲图1 1、建立该地区的、建立该

48、地区的、建立该地区的、建立该地区的DEMDEM模型模型模型模型2 2、根据、根据、根据、根据DEMDEM模型和洪水量计算淹没高度；或根据模型和洪水量计算淹没高度；或根据模型和洪水量计算淹没高度；或根据模型和洪水量计算淹没高度；或根据实测水位数据在实测水位数据在实测水位数据在实测水位数据在DEMDEM模型上标志淹没边界，从而得模型上标志淹没边界，从而得模型上标志淹没边界，从而得模型上标志淹没边界，从而得到新的图形。到新的图形。到新的图形。到新的图形。Z Zij ij =3 3、将该地区的土地利用图同淹没边界图叠合找出、将该地区的土地利用图同淹没边界图叠合找出、将该地区的土地利用图同淹没边界图叠合找出、将该地区的土地利用图同淹没边界图叠合找出Z Zijij的各类土地，得到土地淹没区图和土地未淹的各类土地，得到土地淹没区图和土地未淹的各类土地，得到土地淹没区图和土地未淹的各类土地，得到土地淹没区图和土地未淹没区图。没区图。没区图。没区图。4 4、结合其他专题，统计出淹没带来、结合其他专题，统计出淹没带来、结合其他专题，统计出淹没带来、结合其他专题，统计出淹没带来损失损失损失损失。1 当当Zij HZ 淹没淹没0 当当Zij HZ 未未淹没淹没3、淹没模型及淹没边界的计算淹没模型及淹没边界的计算