第八章 数字高程模型

数字高程模型数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种用于表示地球表面高程信息的数字模型。

它通常是基于地理空间数据采集和处理技术得到的数字地形模型，反映了地表不同位置的高程值。

数字高程模型在地理信息系统、地貌分析、水文模拟等领域具有广泛的应用价值。

数字高程模型的原理和构建方法数字高程模型是通过采集地表高程信息，构建数学模型，并进行数字化表达得到的。

构建数字高程模型的最基本方法是通过激光雷达、全球定位系统（GPS）等技术采集地面高程点，并据此构建高程表面模型。

另一种常用的方法是通过航空或卫星影像获取地表高程信息，并结合插值算法生成数字高程模型。

数字高程模型生成的过程中，需要考虑地球椭球体形状、椭球体参数、大地水准面等因素，并进行数学变换和处理以得到准确的高程数据。

常用的数字高程模型包括数字地面模型（DSM）、数字地形模型（DTM）等，它们之间的区别在于对地物表面和地表以下构造的不同描述。

数字高程模型在地理信息系统中的应用数字高程模型在地理信息系统中有广泛的应用，主要包括地形分析、三维可视化、洪水模拟、景观规划等方面。

在地形分析中，数字高程模型可以用于提取地形特征，计算坡度、坡向、流域分割线等地形参数，进而实现地貌分类、地形图绘制等功能。

三维可视化是数字高程模型应用的一个重要领域，通过将数字高程模型与空间数据结合，可以实现虚拟地形的构建和沉浸式视角的展示。

在洪水模拟和预测方面，数字高程模型可以用于模拟雨水径流路径、洪水淹没范围等，为防洪减灾提供重要的数据支持。

数字高程模型的发展趋势随着遥感技术、地理信息系统技术以及计算机处理能力的不断提升，数字高程模型的精度和分辨率也在不断提高。

未来，数字高程模型将更加精细化、高分辨率化，应用领域也将更加广泛，涉及城市规划、资源管理、环境保护等方面。

另外，数字高程模型的数据融合、多源信息整合、模型开放共享等方向也是未来发展的重点。

数字高程模型1.DTM：以数字形式储存的地球表面上所有信息的总和，是描述地面特征和空间分布的数值的集合，是地形表面型态等多种信息的一种数字表示2.DEM：对二维地理空间上具有连续变化特征地理现象通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟－－模型化表达和过程模拟。

特点：（1）精度的恒定性（2）表达的多样性（3）更新的是实时性（4）尺度的综合性3.DEM和DTM的关系：DEM是DTM的子集，是DTM最基本的部分；DTM中地形属性为高程是即为DEM4.一般要素：随机点、随机线特征要素（含特征信息的要素）：特征点(山顶,鞍部,谷底)、特征线5. 地形图：现势性差、但物美价廉摄影测量和遥感影像数据：现势性好，大范围数据精度高、相对成本低地面测量：精度高、成本高工作量大、周期长既有DEM数据6.决定DEM数据精度的条件：原始地形采样点的分布和密度。

7.DEM的数据结构:正方形网结构（Gird）,不规则三角网结构（TIN）,混合结构（Gird和TIN 混合结构）8.DEM的三种表示模型:规则格网模型(GRID),等高线模型(Contour),不规则三角网模型(TIN)9.表面建模：根据采用的数据模型，使用一个或多个数学函数对地形表面进行表达和处理。

即DEM表面生成或重建。

表面建模的方法：基于点的建模,基于三角形的建模,基于格网的建模,混合方法（以上任意两种混合）10.数字表面建模的方法1.基于点的表面建模2.基于三角形的表面建模3.基于格网的表面建模4.混合表面建模11.TIN模型的优点：（1）能以不同层次的分辨率来表述地形表面。

（2）在某一特定分辨率下能用较少的空间和时间更精确地表示更复杂的表面。

（3）能更好地顾及这些特征如断裂线、构造线等，更精确合理地表达地形表面。

（4）精度高、速度快、效率高和容易处理断裂线和地物等12.在所有可能的三角网中, 狄洛尼（Delaunay）三角网最适合用于拟合地形方面，常常被用于TIN的生成。

8.8 dlg、dem和dom制作
知识点1 技术规格和要求
数字线划图的位置精度主要指平面位置精度、高程精度和接边精度； 数字线划图的属性精度包括数据分类代码、数据分层及其名称、属性表结构、属性项的内容名称及值域等。

数字高程的格网尺寸依据比例尺选择，通常1:500至1:2000的格网尺寸不应大于0.001m (m为成图比例尺分母)，1:5000至1：10万不应大于0.0005m。

数字正射影像图的地面分辨率在一般情况下应不大于0.0001m。

以卫星影像为数据源制作的卫星数字正射影像图的地面分辨率可采用原始卫星影像的分辨率。

平地、丘陵地数字正射影像图的平面位置中误差一般不应大于图上0.5mm；山地、高山地数字正射影像图的平面位置中误差一般不应大于图上0.75mm，明显地物点平面位置中误差的两倍为其最大误差。

数字正射影像图应与相邻影像图接边，接边误差不应大于两个像元。

根据生产使用数据源的不同，数字正射影像图的色彩模式分为全色和彩色两种形式，全色影像为8位(bit)，彩色影像为24位(bit)；影像空间信息文件为ascii文本格式，坐标起算点为影像左上角像素中心坐标；元数据文件可采用mdb格式或文本格式存储。

知识点2 基本作业过程
知识点3 主要作业方法
知识点5 成果整理
例题（单选）
就目前的技术水平而言，下列航测数字化生产环节中，自动化水平相对较低的是( )。

a．影像内定向 b．dom的生产 c．dlg的生产 d．空中三角测量答案：c。

测绘技术中的数字高程模型分析方法数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是测绘技术中一种重要的数据模型，用于描述地球表面的地形高程信息。

它通过将地面的海拔高程转化为数字化数据，为地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）和地图制作提供了基础数据。

本文将介绍数字高程模型的基本概念、获取方法以及其在测绘中的分析应用。

一、数字高程模型的基本概念数字高程模型是一种数值化地理模型，它以离散的高程数值来表示地表的形态特征。

在数字高程模型中，地表被分割成一系列的矩形网格或三角形网格，每个网格点上都有一个高程数值。

这些高程数值可以通过实地测量、遥感图像解译、光学测距等手段获取。

数字高程模型主要包括DEM（数字高程模型）和DTM（数字地形模型）。

DEM是最基本的数字高程模型，它以等高线、点测高、曲面拟合等方法确定地表点的高程值。

DTM是DEM的一种扩展，它不仅包括地表点的高程值，还包括障碍物（如建筑物、树木等）的高程值，能够更准确地描述地表的形态特征。

二、数字高程模型的获取方法1. 实地测量法：传统的数字高程模型获取方法是通过实地进行测高。

这种方法需要在地表上设置测量器材，通过精确的测量仪器获取地表各个点的高程值。

实地测量法的优点是测量结果准确可靠，但是需要耗费大量的人力和物力。

2. 遥感测量法：遥感测量是通过遥感卫星、航空摄影等手段获取地表高程信息的方法。

遥感测量法通过拍摄地表图像，并利用图像解析技术计算地表高程。

这种方法具有成本低、效率高的特点，可以获取大范围区域的高程数据。

三、数字高程模型的分析应用数字高程模型在测绘中的应用非常广泛，可以用于地形分析、地理信息系统分析、工程规划等领域。

1. 地形分析：数字高程模型可以用于地表形态的分析，如地貌分类、地形剖面分析等。

通过对数字高程模型进行等高线提取、坡度计算等操作，可以得到地表的形状信息，为地质灾害识别和地貌研究提供依据。

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。

数字高程模型重点一、名词解释：数字高程模型：从狭义角度定义:DEM是区域地表面海拔高程的数字化表达。

从广义角度定义：DEM是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。

规则镶嵌数据模型：就是用规则的小面块集合来逼近不规则分布的地形曲面。

元数据：用于描述要素、数据集或数据集系列的内容、覆盖范围、质量、管理方式、数据的所有者、数据的提供方式等有关的信息。

TIN：TIN是不规则三角网的缩写，是将具有（X,Y,Z）坐标值且在空间分布上不规则的点连接成三角形，这些相邻的三角形形成一个网络用以表示现实世界中的某些特征。

空间数据模型：间数据模型是对空间对象及其关系的描述，也是根据与应用有关的目标的需要而对空间对象的一种提取。

空间自相关：按照地理学第一定律，空间的事物总在不同程度上相互联系与制约，而相近的事物之间的影响通常大于较远事物的影响。

这种现象被称为空间自相关。

等高线：等高线指的是地形图上高程相等的各点所连成的闭合曲线。

不确定性：不确定性是指对真值的认知或肯定的程度，是更广泛意义上的误差，包含系统误差、偶然误差、粗差、可度量和不可度量误差、数据的不完整性、概念的模糊性等。

9、地形可视化：是地形的直观的图形表达，是人们了解和认识地形的基本工具。

10、地形因子：地形因子是为定量表达地貌形态特征而设定的具有一定意义的数学参数或指标。

地形因子有坡向、坡度、坡位和海拔高度四个因素。

11、特征地形要素特征地形要素，主要是指对地形在地表的空间分布特征具有控制作用的点、线或面状要素。

12、地形统计分析：地形统计分析是指应用统计方法对描述地形特征的各种可量化的因子或参数进行相关、回归、趋势面、聚类等统计分析，找出各因子或参数的变化规律和内在联系，并选择合适的因子或参数建立地学模型，从更深层次探讨地形演化及其空间变异规律。

13、地学模型：地学模型是地学原型的一种表现形式，是人们构建的主观思想框架对客观实际的反应，是对客观的地学世界的一种理解，是研究和解释地学问题的一种手段。

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。

第一章1.2数字高程模型1)狭义概念：DEM是区域地表面海拔高程的数字化表达。

(2)广义概念：DEM是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。

(3)数学意义：DEM是定义在二维空间上的连续函数H=f(x,y)地理空间是三维的，但DEM是叠加在二维地理空间上的一维特征(高程)的向量空间,其本质是地理空间定位和数字描述。

DEM是2.5维的。

2.分类：1.范围：局部DEM ( Local ) 2.连续性：不连续DEM ( Discontinuous )地区DEM (Regional )连续DEM (Continuous )全局DEM ( Global) 光滑DEM ( Smooth )3.结构（1）.点：散点DEM （3）面：格网DEM（2）线：等高线DEM 不规则DEM断面DEM 混合DEM3.特点：（1）精度恒定性（2）表达多样性（3）更新实时性（4）尺度综合性4.DEM与DTM区别DTM是地形表面形态等多种信息的一个数字表示。

它包含地貌。

环境。

土地利用等多种信息的定量和定性描述。

而DEM只取DTM的（X,y）和对应的Z值。

Dem以绝对高程或海拔表示的地形模型，dtm泛指地形表面自然、人文、社会景观模型DTM范围更广。

5.我国不同比例尺的DEM（四种不同比例尺DEM与分辨率）1：1,000,000(1000m)、1：250,000(100m)、1：50,000(25m)、1：10,000(5m) DEM的维度为2.5维。

第二章1.DEM数据模型主要刻画具有连续变化特征的空间对象，因此属于基于场的镶嵌数据模型。

一、DEM数据模型1）、镶嵌数据模型2）、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。

构造方法：用数学手段将研究区域进行网格划分，把连续的地理空间离散为互不覆盖的网格，然后对格网单元附加相应的属性信息。

特点：数据结构简单、隐式的坐标存储、高效的访问效率、数据冗余3）、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。