第002章 数字高程模型的数据结构

1、数字高程模型：它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，是数字地形模型（简称DTM)的一个分支，是表示区域D上的三维向量有限序列。

2、DTM：数字地形模型是利用一个任意坐标系中大量选择的已知x、y、z的坐标点对连续地面的一个简单的统计表示，或者说，DTM就是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。

地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向等。

3、TIN：不规则三角网，通过从不规则分布的数据点生成的连续三角面来逼近地形表面。

4、测绘4D产品（即DLG数字线划图、DRG数字栅格影像、DEM、DOM数字正射影像）：DLG：现有地形图上基础地理要素分层存储的矢量数据集。

数字线划图既包括空间信息也包括属性信息。

DRG：数字栅格地图是纸制地形图的栅格形式的数字化产品。

DEM：数字高程模型是以高程表达地面起伏形态的数字集合。

DOM：数字正射影像利用航空相片、遥感影像，经象元纠正，按图幅范围裁切生成的影像。

5、连续不光滑DEM：指每个数据点代表的只是连续表面上的一个采样值，而表面的一阶导数或更高阶导数不连续的情况。

6、数字地貌模型：是地貌形体及其空间组合的数字形式，是一维、二维、三维、四维空间地貌的可视描述和模拟。

7、DEM误差：DEM高程值与真实值的差异9、插值：根据不同数据集的不同方式，DEM建模可以使用一个或多个数学函数对地表进行表示。

根据若干相邻参考点的高程求出待定点上的高程值。

（内插）14、不规则镶嵌数据模型：用相互关联的不规则形状与边界的小面块集合来逼近不规则分布的地形表面15、行程编码结构：对于一幅栅格图像，常常有行或列方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容，即只在各行或列数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数，从而实现压缩16、细节层次模型：对同一个区域或区域中的局部使用具有不同细节的描述方法得到的一组模型。

数字高程模型(dem)的概念嘿，朋友！您知道啥是数字高程模型（DEM）不？这玩意儿啊，就像是给大地做的一张立体“身份证”！咱先来说说，这数字高程模型就像是大地的“身材档案”。

您想想看，咱们平常看到的地图，大多就是平面的，告诉您哪儿是哪儿。

可这数字高程模型不一样，它能把地面的高低起伏都给记录下来，就像您能清楚地知道一个人的身高、胖瘦、曲线一样，DEM 能让您对大地的起伏了如指掌。

它是怎么做到的呢？其实啊，就好比是无数个小精灵拿着尺子在大地上到处测量，把每一个点的高度都精确地记下来，然后再把这些点连接起来，形成一个超级详细的立体模型。

这模型有啥用呢？用处可大了去啦！比如说，搞城市规划的人，要是没有 DEM，怎么能知道哪里适合盖高楼，哪里得小心会有滑坡风险呢？再比如搞水利工程的，不知道地形的高低，怎么能规划好水的流向，保证大坝的安全呢？您说，要是建筑师在设计的时候，不参考 DEM，那不就像是闭着眼睛走路，一不小心就会摔个大跟头吗？还有那些研究自然灾害的专家们，有了 DEM，就能更好地预测洪水、泥石流的走向，提前做好防范，保护咱们的家园。

这 DEM 就像是大地的“秘密地图”，只有掌握了它，我们才能更好地了解大地的脾气，和它和谐相处。

您说是不是这个理儿？在农业方面，它也是个大功臣呢！农民伯伯可以根据 DEM 来判断哪里的土地更适合种什么庄稼，哪里容易积水，提前做好排水措施，这不就像是给庄稼找了个最舒服的“家”嘛！而且，在交通规划中，DEM 也发挥着重要作用。

修路的时候，得知道哪里要爬坡，哪里要架桥，要是没有它，那路修得歪歪扭扭，咱们坐车不就像坐过山车一样，颠得七荤八素啦？总之，数字高程模型（DEM）就是我们了解大地、利用大地的好帮手，它就像一把神奇的钥匙，打开了大地的秘密之门，让我们能够更加聪明、更加安全地在这片土地上生活和发展。

您说，这么重要的东西，咱们能不好好研究和利用吗？。

数字高程模型的建立与分析数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是一种用数字方式储存地形表面海拔信息的技术，对于地理信息系统（Geographic Information System，GIS）的应用具有重要意义。

本文将探讨数字高程模型的建立与分析，并介绍其在地理科学、土地利用规划、环境保护等领域的应用。

一、数字高程模型的建立将地球表面的地形信息转化为数字数据，需要借助遥感、测量和数学等技术手段。

其中之一是激光雷达测量技术。

这种技术通过激光器向地面发射脉冲激光，测量激光从发射到反射返回所需时间，从而得到地面特定点的高程数据。

通过这种方式，可以获取大范围、高精度的数字高程模型数据。

此外，卫星遥感数据也可用于数字高程模型的建立。

利用卫星遥感影像，通过对图像中地物的位置和形态进行解译，可以得到地表的海拔高度信息。

结合先进的影像处理算法，可以精确地提取地表特征，并构建数字高程模型。

二、数字高程模型的数据处理与分析获得数字高程模型数据后，需要进行数据处理和分析，以便提取有效的地形信息。

其中最基本的处理包括数据清洗、插值和分类。

数据清洗是指对数字高程模型数据中的噪声和异常值进行去除。

这些噪声和异常值可能是由于测量误差、遮挡物、地物干扰等原因引起的。

通过对数据进行滤波、平滑处理等，可以得到更可靠的地形信息。

插值是指通过有限数量的高程点，推断出整个地形表面的高程变化情况。

常见的插值方法包括反距离加权法、Kriging法等。

通过插值，可以得到地形表面的连续变化，方便后续的分析和应用。

分类是指按照高程值将地形进行分组，以便进行特定目的的研究和分析。

例如，在土地利用规划中，可以将地形根据适宜农业、适宜林业、适宜城市建设等进行分类，为土地合理利用提供依据。

在环境保护中，可以将地形根据降水量分组，以便开展水资源管理和防洪工作。

三、数字高程模型的应用数字高程模型在地理科学、土地利用规划、环境保护等领域具有广泛的应用价值。

测绘技术中的数字高程模型构建与分析方法数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是一种用于描述地表高程信息的数字模型。

它是地理信息系统（GIS）和遥感技术中重要的基础数据类型之一，也是众多空间分析和地形分析的基础。

本文将介绍数字高程模型的构建与分析方法，包括数据获取、处理、建模和利用等方面。

一、数据获取获得高质量的数字高程模型离不开准确的高程数据。

目前主要的数据获取方法包括摄影测量、激光雷达和普惠设备测量等。

1. 摄影测量：通过航空摄影或卫星遥感获取的影像数据可以通过立体视觉方法进行高程信息的提取。

常用的方法有立体匹配法和立体解算法。

立体匹配法通过搜寻图像对中对应点的视差，确定点的三维坐标，进而构建数字高程模型。

立体解算法则是通过寻找最优解使得计算的光线方程满足多个观测方程。

2. 激光雷达：激光雷达是一种主动遥感技术，利用飞行器搭载的激光发射器和接收器进行测量，通过激光脉冲的回波时间来获取地表点的高程信息。

激光雷达具有高精度、高密度和高效率的特点，广泛应用于数字高程模型的构建。

3. 普惠设备测量：普惠设备如GPS、地理信息终端等可以获取个体点的经纬度坐标，结合地球椭球体模型求解高程信息。

但这种方法精度相对较低，适用于小范围、低精度的应用。

二、数据处理获取到的原始高程数据需要进行预处理，包括数据几何校正和噪声去除等。

1. 数据几何校正：获取到的高程数据常常存在几何失配的问题，需要进行精确的几何校正，以保证高程数据的准确性。

此过程通常采用地面控制点进行校正，可以通过GNSS定位和摄影测量等方法来提取地面控制点。

2. 噪声去除：高程数据中常常存在噪声，如孤立点、毛刺等。

为了提高数字高程模型的质量和可用性，需要采用滤波等方法对高程数据进行去噪处理。

滤波方法包括中值滤波、均值滤波和高斯滤波等。

三、建模方法数字高程模型的建模方法主要包括插值方法和地形分析方法。

1. 插值方法：插值方法通过已知高程数据点推算缺失位置的高程数值。

测绘技术中的数字高程模型构建与应用技巧概述：数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是测绘领域中重要的数据产品之一，广泛应用于地质、地理、城市规划等领域。

本文将从数字高程模型的构建、质量控制与评估、应用技巧等方面进行论述，以帮助读者全面了解并运用数字高程模型。

一、数字高程模型的构建1.1 光学遥感数据的处理光学遥感数据包括航空摄影和卫星遥感影像，可通过影像配准、倾斜摄影测量与正射影像生成等步骤，提取地表的三维坐标信息。

1.2 激光雷达数据的处理激光雷达技术是一种主动遥感技术，能够高精度地获取地表点云数据。

通过点云去噪、配准、滤波、分类等处理，可构建数字高程模型。

1.3 数据融合与模型生成将光学遥感数据与激光雷达数据融合，利用多源数据的优势，结合数据校正、拼接、均匀化等步骤，生成高精度的数字高程模型。

二、数字高程模型质量控制与评估2.1 数据准确性评估通过野外控制测量，将实测高程与数字高程模型进行对比分析，评估模型的准确性。

2.2 分辨率评估数字高程模型的分辨率直接影响着模型表达的细节信息，根据应用需求评估和选择合适的分辨率。

2.3 坡度和坡向计算根据生成的数字高程模型，计算地表的坡度和坡向，为地理分析和规划提供支持。

三、数字高程模型的应用技巧3.1 地形分析与地貌研究数字高程模型可以反映地表的地形和地貌特征，通过高程剖面、坡度分析等手段，揭示地形变化和地貌演化过程。

3.2 洪水模拟与水资源管理基于数字高程模型，进行洪水模拟和预测，助力洪水防灾工作，并为水资源管理提供基础数据。

3.3 城市规划与交通建设数字高程模型可以为城市规划提供地形数据，辅助制定可持续发展战略。

同时，结合交通流模拟和道路设计，优化交通建设方案。

3.4 土地利用与农业生产利用数字高程模型进行土地资源调查和土地利用规划，为农业生产提供决策参考，提高农作物产量和土地利用效率。

结语：本文从数字高程模型的构建、质量控制与评估、应用技巧进行了综述，希望读者能够通过本文深入了解数字高程模型的概念、构建技术以及应用场景。

数字高程模型（Digital Elevation Models, DEM)主要用于描述地面起伏状况，可以用于各种地形信息提取，如坡度、坡向等，并进行可视化分析等应用分析。

DEM在土木工程设计、军事指挥等众多领域被广泛使用。

一、基于DEM的信息提取(一)、坡度的计算地表单元的坡度就是其切平面的法线方向与Z轴的夹角。

若需求格网点上的坡度时，可取3×3的格网单元进行计算。

也可求出该格网点八个方向上的坡度，再取其平均值。

(详细的计算方法)(二)、坡向的计算坡向是地表单元的法向量在OXY平面上的投影与X轴之间的夹角。

(详细的计算方法)二、基于DEM的可视化(一)、剖面分析研究地形剖面，常常可以以线代面，研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化、地质构造、斜坡特征、地表切割强度等等。

如果在地形剖面上叠加上其它地理变量，例如坡度、土壤、植被、土地利用现状等，可以提供土地利用规划、工程选线和选址等的决策依据。

坡度图的绘制应在格网DEM或三角网DEM上进行。

已知两点的坐标A(x1，y1)，B(x2，y2)，则可求出两点连线与格网或三角网的交点，以及各交点之间的距离。

然后按选定的垂直比例尺和水平比例尺，按距离和高程绘出剖面图。

在格网或三角网交点的高程通常可采用简单的线性内插算出,且剖面图不一定必须沿直线绘制，也可沿一条曲线绘制，但其绘制方法仍然是相同的。

(剖面分析例图)(二)、通视分析通视分析是指以某一点为观察点，研究某一区域通视情况的地形分析。

通视分析的核心是通视图的绘制。

绘制通视图的基本思路是：以以O为观察点，对格网DEM或三角网DEM上的每个点判断通视与否，通视赋值为1，不通视赋值为0。

由此可形成属性值为0和1的格网或三角网。

对此以0.5为值追踪等值线，即得到以O为观察点的通视图。

因此，判断格网或三角网上的某一点是否通视成为关键。

(通视分析例图)另一种利用DEM绘制通视图的方法是，以观察点O为轴，以一定的方位角间隔算出0°～360°的所有方位线上的通视情况。

第一章1.DTM .Digital Terrain Model 的简称，它是描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值阵列。

DEM .Digital Elevation Model 的简称，当DTM 中所表示的第三维属性为高程时，DTM 即为DEM ，它是DTM 的一个子集，是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达。

其间关系.DEM 是DTM 子集，是DTM 的一个部分，它是DTM 的基础数据，其它的地形数据可由DEM 直接或间接导出，因此又称DTM 是DEM 的派生数据。

2.数字高程模型特点.1）精度的恒定性;2）表达的多样性;3）更新的实时性;4）尺度的综合性。

3. DEM 的表示方法(,)(,)DEM ⎧⎧⎧⎪⎨⎪⎪⎩⎪⎨⎪⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩⎩⎪⎪⎧⎧⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎨⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩傅里叶级数全局多项式函数数学方式规则的分块函数局部不规则的分块函数规则密度一致密度可变点方式不规则三角形网邻近网的表示方法典型特征(山峰,洼坑,隘口,边界等)剖面线图象方式线方式等高线特征线(山脊线,山谷线海岸线等)其他方式(绘画,影像等)4.数字高程模型的研究内容.1)地形数据采样;2)地形建模与内插;3)数据组织与管理;4)地形分析与地学应用;5）DEM可视化;6)不确定分析和表达。

5.DEM的应用.课本P19。

第二章1.规则镶嵌数据模型.用规则的小面块集合来逼近不规则分布的地形曲面。

不规则镶嵌数据模型.用来进行镶嵌的小面块具有不规则的形状和边界。

2.规则格网DEM数据结构(五种)1)简单矩阵结构.按行或列逐一记录每一个格网单元的高程值。

规则格网DEM数据文件一般包括对DEM数据进行说明的数据头和DEM数据体部分。

数据头：包括定义西南角起点坐标、坐标类型、格网间距、行列数、最低高程以及高程放大系数等。

数据体：按行或列分布记录的高程数字阵列。

2)行程编码结构.只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数或着逐个记录各行（列）代码发生变化的位置和相应代码。

测绘技术中常见的数字高程模型介绍测绘技术在现代社会中发挥了重要的作用，尤其是在城市规划、土地利用以及自然灾害防治等方面。

数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）是测绘技术中常见且重要的一个概念。

本文将介绍数字高程模型的概念、应用以及构建方法。

一、数字高程模型的概念数字高程模型指的是一种描述地表形态及其相关信息的数学模型。

它用离散的数据点或像元来表示地面的高程信息。

数字高程模型能够精确表达地表的高低起伏，并且能够提供用于分析和测量的几何和地形属性，如高度、坡度和坡向等。

二、数字高程模型的应用数字高程模型在测绘技术中有着广泛的应用。

首先，它在地图制作中起到了至关重要的作用。

数字高程模型能够提供地形的三维信息，帮助测绘人员更加准确地绘制地图。

其次，数字高程模型也是土地规划和建设工程设计的重要工具。

通过数字高程模型，规划师和工程师能够深入了解地表形态特征，为城市规划和建设提供科学依据。

此外，数字高程模型在环境保护、水资源管理以及自然灾害预测和防治等领域也有着广泛的应用。

三、数字高程模型的构建方法数字高程模型的构建有多种方法，主要包括测量和遥感两种方式。

测量方式包括地面实地测量和空中摄影测量。

地面实地测量通常使用全站仪或GPS等测量仪器对地面进行测量，然后通过插值法将测量数据构建成数字高程模型。

空中摄影测量则是通过航空器从空中获取影像，再通过摄影测量技术提取地面高程信息，并通过数字影像处理软件构建数字高程模型。

遥感方式则是利用航天卫星或航空器搭载的遥感传感器获取地表影像数据，通过图像处理技术提取高程信息，并构建数字高程模型。

这种方式可以快速且经济地获取大范围的地表高程信息。

四、数字高程模型的分类根据数据的来源和表示方式，数字高程模型可以分为灰度 DEM、三角网 DEM 和等高线 DEM。

灰度 DEM 是最常见的一种数字高程模型，它使用灰度图像来表示地表的高程信息。

三角网 DEM 是通过将地表划分为多个三角网单元，利用分析网格单元内的高程数据构建数字高程模型。