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数字地球的原理和应用1. 什么是数字地球数字地球是一种基于计算机技术和地理信息系统（GIS）的概念，用于描述将地球上的地理空间信息数字化和虚拟化的过程和结果。
2. 数字地球的原理数字地球的实现主要基于以下原理：2.1 地理空间数据采集与处理地理空间数据的采集和处理是数字地球实现的关键步骤。
通过遥感技术、地理信息系统和全球定位系统等手段，可以获取丰富的地理空间数据，并通过计算机技术进行处理和分析。
2.2 地理空间数据的存储与管理数字地球需要存储和管理大量的地理空间数据，以支持数据的查询、分析和可视化等操作。
数据库技术在数字地球中起着重要的作用，可以将地理空间数据以结构化的方式存储，并提供高效的查询和管理功能。
2.3 地理空间数据的分析与建模通过对地理空间数据的分析和建模，可以揭示地理空间现象之间的关系和规律。
地理信息系统和数据挖掘技术可以用于分析地理空间数据，并构建地理空间模型，从而为数字地球的应用提供支持。
2.4 地理空间数据的可视化与呈现数字地球通过地图的可视化和呈现，将复杂的地理空间信息以直观的方式展示给用户。
地理信息系统和虚拟现实技术可以实现地理空间数据的可视化和呈现，提供交互式的地图浏览和探索功能。
3. 数字地球的应用数字地球在各个领域都有广泛的应用，以下列举了一些主要的应用领域：3.1 地理空间数据分析与规划数字地球可以用于地理空间数据的分析和规划，比如城市规划、交通规划、环境保护等。
通过分析地理空间数据，可以评估不同方案的影响和效果，提供科学依据和决策支持。
3.2 资源管理与环境监测数字地球可以用于资源管理和环境监测，比如土地利用、水资源管理、气候变化监测等。
通过监测和分析地理空间数据，可以有效管理资源，预测环境变化，并制定相应的措施，实现可持续发展。
3.3 灾害应急与风险评估数字地球可以用于灾害应急和风险评估，比如自然灾害的预测和应对、城市安全规划等。
通过分析地理空间数据，可以提前警示灾害风险，制定紧急救援计划，并为相关决策提供支持。
数字地球的原理及应用什么是数字地球？数字地球是指通过计算机和通信技术，将地球表面的各种地理信息以数字的形式进行呈现、管理和分析的一种技术和应用模式。
它是一种将地球表面的自然、人文、社会等多种地理信息进行整合、分析和展示的工具，能够为各行各业提供支持和决策的依据。
数字地球的原理数字地球的实现依赖于多种技术和数据源的集成，下面是数字地球实现的基本原理：1. 地理信息系统（GIS）地理信息系统（GIS）是数字地球的核心技术之一。
GIS能够将地理数据与属性数据进行关联、整合和分析，并以地图的形式进行可视化展示。
通过GIS技术，我们可以将地球表面的各种地理要素（如地形、水域、道路、建筑等）进行数字化处理，从而实现对地球的全方位、立体化描述。
2. 遥感技术遥感技术是数字地球数据源中的重要组成部分。
借助于卫星、飞机等遥感设备，我们可以获取大范围、高分辨率的地球表面图像数据。
这些图像数据可以用来提取地表特征、监测环境变化、进行地理分析等，为数字地球提供了丰富的地理数据资源。
3. 全球定位系统（GPS）全球定位系统（GPS）是数字地球的定位和导航基础设施。
通过接收来自卫星的定位信号，GPS能够准确地确定地球上任何一个点的位置坐标。
在数字地球中，GPS被广泛应用于位置服务、路径规划、车辆追踪等领域，为人们提供了准确定位和导航的功能。
4. 数据库技术数字地球需要处理大量的地理数据，因此数据库技术在数字地球的实现中起着重要的作用。
通过数据库技术，我们可以对地理数据进行存储、检索和管理，并实现数据的共享和集成。
数据库技术能够提高数据的处理效率和管理能力，为数字地球的应用提供强大的支持。
数字地球的应用数字地球在各个领域都有广泛的应用，下面列举了几个常见的应用场景：1. 城市规划与管理数字地球可以帮助城市规划师和管理者更好地了解城市的空间结构和发展趋势。
通过利用GIS技术和地理数据，可以进行城市土地利用分析、交通规划、设施布局等工作，为城市的规划和管理提供决策支持。
第六章数字地面模型的建立及应用1.摄影测量4D产品：DOM(数字正射影像图）、DEM(数字高程模型)、DRG（数字栅格地图）、DLG（数字线划地图）※DTM与DEM的区别：DTM中除了包含X，Y，Z三维坐标外还包括地形属性特征。
2.DEM的三种表示形式3.DEM数据采集方法地面测量：利用全站仪在野外实测现有地图的数字化空间传感器数字摄影测量的DEM采集方式4.DEM数据预处理a. 数据的编辑：发现错误、进行补测；b. 数据格式的变换c. 坐标系统的转换d. 栅格数据矢量化e. 数据分块：原因：由于采集方式不同,数据点在计算机内排列的顺序不同方法：先将区域划分为等间隔的格网（比DEM格网大），然后将格网按行列号顺序排列。
6。
DEM的内插的特点1)整个地球表面的起伏形态不可能用一个简单的低次多项式来拟合，而高次多项式的解不稳定且会产生不符合实际的震荡；2）地形表面既有连续光滑的特性，有可能存在由于自然或人为的原因而产生的地形不连续；3）由于计算机内存的限制，不可能同时对很大的范围来内插数字高程模型。
因此要采用局部函数内地形插，并兼顾数据点和地形特征点、线。
7.内插生成DEM的三种方法8.DEM的管理存储、检查、拼接、更新9.三角网数字地面模型的构建（1）角度判断法建立TIN：已知三角形的两个顶点，计算备选第三顶点的三角形内角的大小，选择最大者对应的点为该三角形的第三顶点（2）泰森多边形与狄洛尼三角网10.TIN与DTM存储的差别TIN存储每个网点的高程，平面坐标，网点链接的拓扑关系以及三角形及邻接三角形信息12.三角网中的内插：（1）格网点的检索（2)高程内插11.DEM的应用基于矩形格网的DEM多项式内插等高线绘制立体透视图11.基于矩形格网的等高线绘制步骤1）利用DEM的矩形或方形格网点高程，内插出格网边上的等高线点位置，并将这些等高线点按顺序排列; 2）利用按顺序排列的等高线点的平面坐标进行插补，进一步加密等高线点，并绘制光滑的曲线。
数字地面模型综述摘要：DTM作为地理空间定位的数字数据的集合，在GIS空间数据库中，能够反映地理基础、社会经济、资源与环境和地形等多方面的信息。
本文在综述数字地面模型的数据来源到建立方法的基础上，应用DTM 进行一系列的应用分析，并对应用方法进行总结。
关键词:DTM;数字地面模型;应用前言数字地面模型通常简称为DTM(DigitalTerrain Model),是以数字来表达地球表面形态属性信息,对连续地面可利用任意坐标系中大量选择的、已知x、y、z的坐标点来表示。
数字地面模型不完全等同于数字高程模型(DEM,Digital Elevation Model)。
地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向等,数字高程模型是某一范围内依一定规则选取的格网点的平面坐标及其高程的数据集,显然,当数字地面模型中z值为高程属性时,DTM就是DEM,而DEM 是建立DTM的基础数据。
随着计算机的日益普及,数字化成图越来越受到人们的重视,数字地面模型(DTM)作为数字描述地理现象的技术日渐成熟。
数字地面模型(DTM)利用已有的数据进行专业处理,然后利用计算机自动产生各类专业地学数据、图件并进行各类专业分析,为地理信息产品的生产提供数字基础。
例如:某工程需要计算指定区域的图上面积、地表面积、地形剖面分析,建立地形三维模型、计算工程中的区域开挖工作量及土方运输量等均可应用DTM来完成。
数字地面模型(DTM)作为描述地形特征的一种方法要求尽量还原地貌,为生产工程提供一种准确的数字基础。
但是在实际工作中,地形错综复杂,自然地貌、人为地貌交错出现,给数字地面模型(DTM)的建立增加了难度,成为数字化成图的难点。
DTM数据源(1 )航摄像片和航天遥感图像从航空摄影像对可量取密集高程数据，用来建立田划。
这主要适用于大比例尺的数字地形制图，土方估算等对高程精度要求较高的地形测绘和工程技术方面。
从各类资源卫星得到的航天遥感图像经目视识别或计算机识别可提取各种资源环境信息，用来建立D'IM，它主要用作小比例尺数字地形数据源。
数字地形模型与地貌分析技术介绍与应用案例一、引言地貌是地球表面形态的总称，对于地形的研究对于我们了解地球的结构和演化过程具有重要意义。
而数字地形模型（Digital Elevation Model，DEM）与地貌分析技术则提供了一种高分辨率和高精度的地貌表征与研究方法。
本文将介绍数字地形模型的基本原理以及地貌分析技术的应用案例。
二、数字地形模型的原理数字地形模型是利用地球表面高程数据构建的计算机模型。
常见的数据来源有航空摄影测量、卫星遥感、雷达全地球扫描仪等技术手段。
其原理是通过收集地表高度数据，建立高程模型，实现对地球表面形态的数字化描述。
数字地形模型主要有两种类型：离散点模型和连续模型。
离散点模型使用一系列离散的高程点来表示地表形态，常见的如地图上的等高线。
而连续模型则通过对离散点进行插值处理，构建连续的地表高程模型。
三、数字地形模型的应用1. 地形分析与地貌研究利用数字地形模型，地学家可以对地面的高程、坡度、坡向等地形参数进行计算和分析。
通过地形参数的分析，可以揭示地球表面的动力学过程和地貌演化的规律，进而研究地球的演化历史。
2. 地形辅助决策数字地形模型在城市规划、水资源管理、环境保护等领域起着重要作用。
通过对地形进行模拟和分析，可以确定最佳的建设位置，减轻自然灾害对城市的影响，提高城市的抗灾能力。
同时，数字地形模型可用于流域的水资源管理和河道的治理设计，为环境保护和生态恢复提供科学依据。
四、地貌分析技术的应用案例1. 山地地貌研究数字地形模型为山地地貌研究提供了有力工具。
以喀斯特地貌为例，通过对地形参数的分析，可以揭示喀斯特地貌的形成机制和发育过程。
同时，数字地形模型还能够为山地旅游规划和生态环境保护提供参考依据。
2. 海岸地貌研究海岸地貌是陆地与海洋交界处的地貌形态。
数字地形模型可以对海岸线进行精确测绘，分析海洋侵蚀与沉积的地貌特征，并预测海岸地貌演化趋势。
这对于海岸沿线的开发利用和防止沿海灾害具有重要意义。
数字地形图的原理与应用1. 介绍数字地形图（Digital Elevation Model，简称DEM）是以数字形式表示地表形状和高程信息的地形模型。
它是地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）中的重要数据类型之一，被广泛应用于地质勘探、水文模拟、城市规划等领域。
本文将介绍数字地形图的原理和其在各个领域中的应用。
2. 数字地形图的原理2.1 数据采集方式数字地形图的生成依赖于地形数据的采集。
常用的数据采集方式包括：•航空摄影测量：利用航空摄影机从飞行器上拍摄地面影像，通过对影像进行解译和处理，提取地形信息。
•激光雷达测量：利用激光发射器发射激光束，通过测量激光束的反射时间和强度，获取地表高程信息。
•全球定位系统（GPS）测量：利用卫星导航系统定位接收器，通过接收多颗卫星的信号，计算地点的三维坐标。
2.2 数据处理方法采集到的地形数据需要经过一系列的处理方法，以生成数字地形图。
常用的数据处理方法包括：•插值方法：对离散的测量点进行插值，填补空白区域，得到完整的地形图。
•高程数据过滤：去除异常值和噪音，提高地形数据的准确性和可靠性。
•地形参数计算：根据地形数据计算各种地形关键参数，如坡度、坡向、地形曲率等。
•数据压缩和存储：对地形数据进行压缩和存储，以减少数据存储和传输的成本。
3. 数字地形图的应用数字地形图在各个领域中具有广泛的应用。
以下列举了数字地形图在地质勘探、水文模拟和城市规划等领域的应用案例：3.1 地质勘探数字地形图在地质勘探中扮演着重要的角色。
借助数字地形图，地质工程师可以更准确地理解地质构造和地貌特征，预测地质灾害风险，规划地下工程。
例如，在地震研究中，通过分析数字地形图可以了解地震构造，研究断裂带分布，评估地震活动性。
3.2 水文模拟数字地形图对于水文模拟和水资源管理也非常重要。
通过分析数字地形图，水文模拟师可以模拟洪水、水文循环等水文过程，评估水资源的分布和利用情况，制定合理的水资源管理策略。
《数字地面模型原理及应用》课程复习大纲第一讲 概论1. 熟练掌握地图表达地表形态的内容和基本特点；掌握等高线地形图的特性；A 对客观存在的特征和变化规则的一种科学的概括（综合）和抽象。
基本特性：可量测性☪数学法则；一览性☪制图综合；直观性☪内容符号。
B 等高线地形图：用来准确描述地貌形态的地图。
特点：所有的地形信息都正交地投影在水平面上；用线化和符号表示缩小后的地物；地物高度和地形起伏信息有选择性的用等高线进行表达。
2. 熟练掌握影像表达地表形态的特点和优势；特点：周期短；覆盖面广；现势性强；能够重建实际地形的立体模型；能够进行精确的三维量测优势：细节丰富；成像快速；直观逼真；3. 熟练掌握模型的概念；熟练掌握模型的层次；模型：用来表现其它事物的一个对象或概念，是按比例缩减并转变到我们能够理解的形式的事物本体。
模型的层次：建模的初级阶段：概念模型（基于个人的经验与知识在大脑中形成的关于状况或对象的模型。
），模拟的模型：物质模型，基于数字系统的定量模型：数学模型（根据问题的确定性和随机性可分为函数模型和随机模型。
）。
4. 熟练掌握数字高程模型的概念；掌握数字高程模型的分类体系；熟练掌握数字高程模型的特点；概念：通过有限的地形高程数据，实现对地形曲面的数字化模拟，或者说是地形表面形态的数字化表示。
狭义概念：DEM 是区域地表面海拔高程的数字化表达。
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。
数学上的：DEM 是定义在二维空间上的连续函数H=f (x,y)，即区域D 的采样点或内插点P j 按某种规则ζ连接成的面片M 的集合 数字高程模型的研究内容：地形数据采集；地形建模与内插；数据组织与管理；地形分析与地学应用；DEM 可视化； 不确定性分析和表达。
数字高程模型分类体系：5. 熟练掌握数字高程模型与数字地面模型的联系与区别；数字地面模型：描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值阵列。
数字地面模型是对某一种或多种地面特性空间分布的数字描述，是叠加在二维地理空间上的一维或多维地面特性向量空间，是地理信息系统（GIS ）空间数据库的某类实体或所有这些实体的总和。
数字地面模型的本质共性是二维地理空间定位和数字描述。
所有数字地面模型所包含的任何一个可转换为数字的地面特性数据，都与特定的二维地理坐标值相结合。
数字地面模型所包含的地面信息类型（GIS ）：地貌信息；基本地物信息；主要的自然资源和环境信息；主要的社会经济信息特点：精度的恒定性；表达的多样性；更新的实时性；尺度的综合性。
6.熟练掌握地形高程数据的获取方法；地形图数字化：主要数据源，可通过手工数字化、半自动等高线跟踪、扫描数字化等方式实现影像数据：包括航空影像和卫星影像数据，是大范围、高精度、高分辨率DEM建立的最有价值的数据源野外（地面测量）：可获得最精确的高程和平面数据，但工作量大、周期长、成本高第二讲 DEM数据组织与管理1.掌握空间数据模型设计的基本原则；1)适用性：满足主要用户的需求，并充分兼顾潜在用户的需求；2)运行性：快速显示和查询，保持正常运行，可以及时提供数据产品；3)更新性：能对数据库中的数据进行增加、修改和删除，方便地扩充和进行数据更新；4)相关性：保证与其它基础地理信息产品的相关性，使数据库在数学基础、坐标系统以及产品一致性方面相关；5)相容性：与其它数据库系统兼容，可以共享或相互交换数据；6)先进性：采用科学的技术手段，使系统保持一定的先进性；7)高质量：与原始资料一致，数据质量可靠，数据标准、规范；8)完备性：除了基本的数据体外，有完备的元数据内容；9)安全性：有严密的权限控制机制。
2.熟练掌握镶嵌数据模型的概念和基本思想；掌握镶嵌数据模型的基本原理和构造方法；概念：基本思想：空间对象可用相互连接在一起的网络来覆盖和逼近，或者说用在二维区域上的网络划分来覆盖整个区域。
基本原理：用规则的小面块集合来逼近不规则分布的地形曲面。
结构方法：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，然后对网格单元附加相应的属性信息。
3.熟练掌握规则镶嵌数据模型的优点和缺点；优点：A 其数据结构为二维矩阵结构，格网单元表示二维空间位置，利用数学公式访问方便，算法多且成熟；B 具有隐式坐标，不需要进行坐标数字化。
缺点：不管地形变化复杂还是简单，均采用相同的结构，导致数据冗余而给数据管理带来不便。
4.熟练掌握行程编码结构的基本思路；掌握块状编码结构的基本原理；熟练掌握四叉树数据结构的基本思想；行程编码结构的基本思路：对于一幅DEM，常常在行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的高程值，因而从第一列开始，在格网单元数值发生变化时依次纪录该值以及重复的个数，应用时可利用重复个数恢复DEM矩阵。
块状编码结构的基本原理：行程编码方案从一维到二维的扩展，采用方形区域作为记录单元，每个记录单元包括相邻的若干栅格。
四叉树数据结构的基本思想：首先把一幅图象或一幅栅格地图(2n×2n，n＞1)等分成4部分，逐块检查其栅格值，若每个子区中所有栅格都含有相同值，则该子区不再往下分割，否则，将该区域再分割成4个子区域，如此递归地分割，直到每个子块都含有相同的灰度或属性值为止，称为自上往下(Top to Down)的四叉树。
四叉树数据结构实质：把原来大小相等的栅格集合转变成大小不等的正方形集合，并对不同尺寸和位置的正方形集合赋予一个位置码。
熟练掌握规则格网DEM与不规则三角网（TIN）数据结构之间优缺点比较，并熟练掌握模型采用何种结构主要考虑的因素；5.熟练掌握元数据的概念；掌握DEM元数据的基本作用。
第三讲 DEM数据获取方法1.掌握坡度的概念和计算方法；坡度：表示地表面在该点倾斜程度的一个量。
基于矢量数据的算法：坡度=arctan(h*∑L/P) (P为测区面积，∑l是测区等高线长度，h是等高距。
)2.熟练掌握DEM数据源的三大属性；数据分布:指采样数据位置及分布数据密度:指采样数据的密集程度，与研究区域的地貌类型和地形复杂程度相关.(采样间隔、单位面积内的点数、单位线段上的采样点数、截止频率)数据精度：与数据源、数据采集方法和数据采集的仪器密切相关。
3.熟练掌握采样的理论背景；理论背景：地表包含无穷多的点；特定区域的地表信息可通过DEM的重建完整表达出来；只需要测量表达相应地表所需要的数据点以达到一定的地形表面精度和可信度即可。
4.熟练掌握基本的采样方法；1)沿等高线采样在模型上沿等高线采集高程点，可按等距离间隔记录数据或按等时间间隔记录数据方式进行，适合于地形复杂及陡峭地区；2)规则格网采样通过规定X和Y轴方向的间距来形成平面格网，在立体模型上量测这些格网点的高程。
方法简单、精度较高、作业效率也较高；特征点可能丢失；3)剖面法采样方法类似规则格网采样，区别在于格网法中量测点是在格网的两个方向上都规则采样，而剖面线法只沿一个方向即剖面方向采样；其采样速度优于格网采样，但精度较格网采样低；4)渐进采样法先按预定的比较稀疏的间隔进行采样，获得一个较稀疏的格网，然后分析是否需要对格网加密；5)选择性采样为了准确反映地形信息，根据地形特征进行的选择性采样。
突出优点在于只需少量的点便能使其所代表的地面具有足够的可信度；6)混合采样选择采样与规则格网采样或选择采样与渐进采样相结合，在地形突变处以选择采样的方式进行，然后将这些特征线和另外一些特征点加入到规则格网数据中。
具有格则格网采样与渐进采样的优点，但数据的存储管理与应用均较复杂。
5.熟练掌握DEM原始数据粗差处理的特殊性。
不存在平差问题；粗差大小难于界定；DEM不但强调高程数据的准确性，更为重要的是还要强调对地形表达的真实性，故DEM原始数据粗差探查要从单个独立数据、局部地形和整体区域三方面综合考虑第四讲 DEM内插1.熟练掌握DEM内插的概念：根据相邻若干参考点高程值求出待定点高程值。
2.熟练掌握必须进行DEM内插的情况；A.现有的离散点的分辨率与所要求的不符，需要重新插值；B.现有的连续曲面的数据模型与所需的数据模型不符，需要重新插值；C.现有的数据不能完全覆盖所要求的区域范围，需要插值。
3.熟练掌握DEM的本质；DEM的实质就是一个分片的曲面（平面）模型，无论是DEM建立还是DEM点的高程内插，一般都是在局部范围进行。
4.熟练掌握DEM内插的基本原理和方法分类；DEM内插的基本原理：1.任意一种内插方法都是基于原始地形起伏变化的连续光滑性，或者说邻近的数据点间有很大的相关性才可能由邻近的数据点内插出待定点的高程；2.对高程点的位置变换和加密处理，其数学基础是二元函数逼近，即利用已知地形采样点集的三维空间数据坐标，展铺一张连续的数学曲面，将任一待求点的平面坐标代入曲面方程，可求得该点的高程数据。
DEM内插的方法分类：a)整体内插：在整个区域用一个数学函数来表达地形曲面。
b)分块内插：将地形区域按一定的方法进行分块，对每一块根据地形曲面特征单独进行曲面拟合和高程内插。
c)逐点内插法：以内插点为中心，确定一个邻域范围，用落在邻域范围内的采样点计算内插点的高程值。
熟练掌握逐点内插法的基本概念和原理；掌握逐点内插法的基本步骤；概念：以内插点为中心，确定一个邻域范围，用落在邻域范围内的采样点计算内插点的高程值。
原理：基本步骤：定义内插点的邻域范围；确定落在邻域内的采样点；选定内插数学模型；通过邻域内的采样点和内插数学模型计算内插点的高程。
掌握整体内插、分块内插、逐点内插和剖分内插的优缺点比较。
第五讲不规则三角网TIN的建立1.熟练掌握基于不规则三角网的数字高程模型的概念；基于不规则三角网的数字高程模型（TIN）是指用一系列不交叉、互不重叠的连接在一起的三角形来表示地形表面。
2.掌握TIN的基本元素；3.熟练掌握TIN模型中三角形几何形状的基本原则；1)尽量接近正三角形；2)保证最近的点形成三角形；3)三角形网络唯一。
(在同一准则下，由不同的位置开始建立三角形网络，其最终的形状和结构应是相同的。
)4.掌握常用的三角剖分准则，熟练掌握空外接圆准则；三角剖分准则☐☐空外接圆准则在TIN中，过每个三角形的外接圆均不包含点集的其余任何点。
☐☐最大最小角准则在两相邻三角形形成的凸四边形中，这两三角形中的最小内角一定大于交换凸四边形对角线后所形成的两三角形的最小内角。
☐☐最短距离和准则在TIN中，一点到基边两端的距离和为最小。
☐☐张角最大准则一点到基边的张角为最大。
☐☐面积比准则三角形内切圆面积与三角形面积或三角形面积与周长平方之比最小。
☐对角线准则两三角形组成的凸四边形的两条对角线之比超过给定限定值时，对三角形进行优化。
理论上可以证明：张角最大准则、空外接圆准则及最大最小角准则是等价的。
