数字高程模型dem.pptx
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1、1DEM1DEM的表示方法的表示方法的表示方法的表示方法 3.5.2 DEM表示方法及模型表示方法及模型第1页/共54页uu用用用用数数数数学学学学方方方方法法法法来来来来表表表表达达达达,可可可可以以以以采采采采用用用用整整整整体体体体拟拟拟拟合合合合方方方方法法法法,即即即即根根根根据据据据区区区区域域域域所所所所有有有有的的的的高高高高程程程程点点点点数数数数据据据据,用用用用傅傅傅傅立立立立叶叶叶叶级级级级数数数数和和和和高高高高次多项式拟合统一的地面高程曲面次多项式拟合统一的地面高程曲面次多项式拟合统一的地面高程曲面次多项式拟合统一的地面高程曲面uu也也也也可可可可用用用用局局局局部
2、部部部拟拟拟拟合合合合方方方方法法法法,将将将将地地地地表表表表复复复复杂杂杂杂表表表表面面面面分分分分成成成成正正正正方方方方形形形形规规规规则则则则区区区区域域域域或或或或面面面面积积积积大大大大致致致致相相相相等等等等的的的的不不不不规规规规则则则则区区区区域域域域进进进进行行行行分分分分块搜索,根据有限个点进行拟合形成高程曲面块搜索,根据有限个点进行拟合形成高程曲面块搜索,根据有限个点进行拟合形成高程曲面块搜索,根据有限个点进行拟合形成高程曲面数学法数学法第2页/共54页(1 1)线模式)线模式)线模式)线模式等等等等高高高高线线线线是是是是表表表表示示示示地地地地形形形形最最最最常常
3、常常见见见见的的的的形形形形式式式式,其其其其地地地地形形形形特特特特征征征征线线线线也也也也是是是是表表表表达达达达地地地地面面面面高高高高程程程程的的的的重重重重要要要要信信信信息息息息源源源源,如如如如山山山山脊脊脊脊线线线线、谷谷谷谷底线、海岸线及坡度变换线等底线、海岸线及坡度变换线等底线、海岸线及坡度变换线等底线、海岸线及坡度变换线等(2 2)点)点)点)点-面模式面模式面模式面模式用离散采样数据点是用离散采样数据点是用离散采样数据点是用离散采样数据点是DEMDEM建立的常用方法之一建立的常用方法之一建立的常用方法之一建立的常用方法之一数据采样密度可以一致,也可以不一致数据采样密度可
4、以一致,也可以不一致数据采样密度可以一致,也可以不一致数据采样密度可以一致,也可以不一致可以进行不规则采样或规则采样可以进行不规则采样或规则采样可以进行不规则采样或规则采样可以进行不规则采样或规则采样图形法图形法第3页/共54页2DEM的主要表示模型的主要表示模型(1 1)等高线()等高线()等高线()等高线(CONTOURCONTOUR)模型)模型)模型)模型(2 2)规则格网()规则格网()规则格网()规则格网(GRIDGRID)模型)模型)模型)模型(3 3)不规则三角网()不规则三角网()不规则三角网()不规则三角网(TINTIN)模型)模型)模型)模型第4页/共54页等高线(等高线(
5、CONTOUR)模型)模型使用等高线表示高程,高程值的集合是已知的,每一条使用等高线表示高程,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和它们的高程值一起就构成了一种地面高程模型第5页/共54页等高线(等高线(CONTOUR)模型)模型uu等高线是表示地形最常见的形式等高线是表示地形最常见的形式uu等高线可以认为是一条带有等高线可以认为是一条带有高程值属性高程值属性的简单多边形的简单多边形或多边形弧段或多边形弧段uu缺点:缺点:不够直观、插值计算繁琐。不够直观、插值计算繁
6、琐。因为等高线模型只因为等高线模型只表达了区域的部分高程值,需要一种插值方法来计算表达了区域的部分高程值,需要一种插值方法来计算落在等高线外的其它点的高程,又因为这些点是落在落在等高线外的其它点的高程,又因为这些点是落在两条等高线包围的区域内,所以,通常只使用两条等高线包围的区域内,所以,通常只使用外包外包的的两条等高线的高程进行插值两条等高线的高程进行插值第6页/共54页DEMDEM最普通的形式是高程矩阵或规则矩最普通的形式是高程矩阵或规则矩形格网,在二维平面上对研究区域进行形格网,在二维平面上对研究区域进行格网划分(格网大小取决于格网划分(格网大小取决于DEMDEM的应用的应用目的)目的)
7、规则网格将区域空间切分为规则的格网规则网格将区域空间切分为规则的格网单元,每一个格网单元对应一个数值单元,每一个格网单元对应一个数值数学上可以表示为一个矩阵,在计算机数学上可以表示为一个矩阵,在计算机实现中则是一个二维数组实现中则是一个二维数组每个格网单元或数组的一个元素对应一每个格网单元或数组的一个元素对应一个高程值个高程值规则网格模型(规则网格模型(GRIDGRID)第7页/共54页优点:优点:优点:优点:uu结构简单,很容易用计算机进行处理结构简单,很容易用计算机进行处理uu很容易地计算等高线、坡度坡向、山很容易地计算等高线、坡度坡向、山坡阴影和自动提取流域地形坡阴影和自动提取流域地形规
8、则网格模型(规则网格模型(GRIDGRID)第8页/共54页缺点:缺点:缺点:缺点:uu地形简单区域存在大量数据冗余,数据量过大,管地形简单区域存在大量数据冗余,数据量过大,管理不便,通常要进行压缩存储理不便,通常要进行压缩存储uu不改变栅格大小,则无法适用于起伏程度不同的区不改变栅格大小,则无法适用于起伏程度不同的区域域uu格网不能准确的表示格网不能准确的表示地形结构地形结构和和细部细部(格网的值是(格网的值是网格单元的平均值或中心点处的值)。为弥补缺憾,网格单元的平均值或中心点处的值)。为弥补缺憾,附加地形特征点、山脊线、山谷线以描述地形结构附加地形特征点、山脊线、山谷线以描述地形结构规则
9、网格模型(规则网格模型(GRIDGRID)第9页/共54页uu尽管规则格网尽管规则格网尽管规则格网尽管规则格网DEMDEM在计算和应用方面有许多优点,在计算和应用方面有许多优点,在计算和应用方面有许多优点,在计算和应用方面有许多优点,但也存在许多难以克服的缺陷但也存在许多难以克服的缺陷但也存在许多难以克服的缺陷但也存在许多难以克服的缺陷uu不规则三角网不规则三角网不规则三角网不规则三角网(TriangulatedIrregularNetworkTriangulatedIrregularNetwork,TINTIN)是另外一种表示数字高程模型的方法()是另外一种表示数字高程模型的方法()是另外一
10、种表示数字高程模型的方法()是另外一种表示数字高程模型的方法(PeukerPeuker等,等,等,等,19781978),它既减少规则格网方法带来的数据冗),它既减少规则格网方法带来的数据冗),它既减少规则格网方法带来的数据冗),它既减少规则格网方法带来的数据冗余,同时在计算(如坡度)效率方面又优于纯粹基余,同时在计算(如坡度)效率方面又优于纯粹基余,同时在计算(如坡度)效率方面又优于纯粹基余,同时在计算(如坡度)效率方面又优于纯粹基于等高线的方法于等高线的方法于等高线的方法于等高线的方法 不规则三角网模型(不规则三角网模型(TINTIN)第10页/共54页不规则三角网不规则三角网TIN表示法
11、利用所有表示法利用所有采样点取得的采样点取得的离散离散数据,按照优化数据,按照优化组合的原则,把这些离散点(各三组合的原则,把这些离散点(各三角形的顶点)连接成角形的顶点)连接成相互连续相互连续的三的三角面角面,区域中任意点落在三角面的,区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。常用顶点、边上或三角形内。常用狄洛狄洛尼尼Delaunay三角网表示三角网表示DelaunayDelaunay三角网三角网不规则三角网模型(不规则三角网模型(TINTIN)第11页/共54页A AB BJ JGGE EHHI IC CF FD D1 1 17 7 76 6 63 3 32 2 24 4 45 5 5
12、9 9 98 8 8111111101010不规则三角网模型(TIN)第12页/共54页优优 点点不规则三角网数字高程由不规则三角网数字高程由连续连续的的三角面组成,三角面的形状和大三角面组成,三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点,或小取决于不规则分布的测点,或节点的位置和密度节点的位置和密度TINTIN可根据可根据地形地形的复杂程度来确的复杂程度来确定采样点的密度和位置,能充分定采样点的密度和位置,能充分表示地形特征点线,从而表示地形特征点线,从而减少减少了了地形较平坦地区的地形较平坦地区的数据冗余数据冗余第13页/共54页存储方式复杂存储方式复杂,不仅要存储每个点的高程,不仅要存储每个
13、点的高程,还要存储其平面坐标、节点连接的拓扑关系,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三角形及邻接三角形等关系缺缺 点点对每个三角形记录对每个三角形记录其顶点和相邻三角其顶点和相邻三角形形第14页/共54页DEMDEM模型之间的相互转换模型之间的相互转换ArcGISArcGIS中,中,ContoursContours、GridGrid和和TINTIN之间相互转换的操作之间相互转换的操作第15页/共54页GRID/TIN生成生成Contours第16页/共54页高程点高程点/Contours生成生成TIN第17页/共54页高程点高程点/Contours生成生成TIN
14、高度源(高度源(HeightSourceHeightSource):指定图层属性表中的一个字段,从):指定图层属性表中的一个字段,从这个字段中获取高程值。对于这个字段中获取高程值。对于3D3D图层,高度值存储在图层,高度值存储在“Shape”Shape”字段中,可选择字段中,可选择 要素要素Z Z值值;当图层中无高度属性时,;当图层中无高度属性时,可选可选“无无”,但要保证至少有一个图层属性表中有高度值,但要保证至少有一个图层属性表中有高度值 矢量图层在构造三角网时的作用(矢量图层在构造三角网时的作用(“三角网作为三角网作为”选项):如果选项):如果是高程点图层,则选择为是高程点图层,则选择为
15、“散点散点Masspoints”Masspoints”;如果是等高线等;如果是等高线等线要素图层,则可设置为:线要素图层,则可设置为:MasspointsMasspoints、HardBreaklinesHardBreaklines、SoftBreaklinesSoftBreaklines三种类型。多边形图层,则选项为:三种类型。多边形图层,则选项为:MassMasspointspoints、HardBreaklinesHardBreaklines、SoftBreaklinesSoftBreaklines、HardclipHardclipPolygonsPolygons 对线和面特征可以分为对
16、线和面特征可以分为“硬(硬(HardHard)”或或“软(软(SoftSoft)”。硬特。硬特征表示突变的事物(如道路、河流等指示坡度突变),软特征表征表示突变的事物(如道路、河流等指示坡度突变),软特征表示连续的事物(如连续的山脊线等)示连续的事物(如连续的山脊线等)第18页/共54页3.5.3 DEM的建立的建立为了建立为了建立为了建立为了建立DEMDEM,必须测量一些点的三维坐标,这就是,必须测量一些点的三维坐标,这就是,必须测量一些点的三维坐标,这就是,必须测量一些点的三维坐标,这就是DEMDEM数据采集数据采集数据采集数据采集1 1、DEMDEM数据采集方法数据采集方法数据采集方法数
17、据采集方法(1 1)野外实地测量)野外实地测量)野外实地测量)野外实地测量利用利用利用利用自动记录的测距经纬仪自动记录的测距经纬仪自动记录的测距经纬仪自动记录的测距经纬仪(常用为全站仪)在野外实(常用为全站仪)在野外实(常用为全站仪)在野外实(常用为全站仪)在野外实测。这种速测经纬仪一般都有测。这种速测经纬仪一般都有测。这种速测经纬仪一般都有测。这种速测经纬仪一般都有CPUCPU,可以自动记录和显,可以自动记录和显,可以自动记录和显,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。其记录示有关数据,还能进行多种测站上的计算工作。其记录示有关数据,还能进行多种测站上的计算工作。其记录示
18、有关数据,还能进行多种测站上的计算工作。其记录的数据可以通过串行通讯,输入计算机中进行处理的数据可以通过串行通讯,输入计算机中进行处理的数据可以通过串行通讯,输入计算机中进行处理的数据可以通过串行通讯,输入计算机中进行处理第19页/共54页1 数据采集数据采集(2 2)现有地图数字化)现有地图数字化)现有地图数字化)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和扫描数字化
19、方法,目前常用的数字化仪有手扶跟踪数字化和扫描数字化方法,目前常用的数字化仪有手扶跟踪数字化和扫描数字化方法,目前常用的数字化仪有手扶跟踪数字化和扫描数字化(3 3)空间传感器)空间传感器)空间传感器)空间传感器遥感卫星利用遥感卫星利用遥感卫星利用遥感卫星利用GPSGPS,结合雷达和激光测高仪等进行数据采集,结合雷达和激光测高仪等进行数据采集,结合雷达和激光测高仪等进行数据采集,结合雷达和激光测高仪等进行数据采集全球免费下载全球免费下载全球免费下载全球免费下载DEMDEM:AsterG-DEMAsterG-DEM,20092009年放出的全球年放出的全球年放出的全球年放出的全球DEMDEM数据
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