第二章 DEM数据组织与管理

DEM重点整理第一章概述1. 模型：指用来表现其他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。

2. 数字地面模型含义的扩展：测绘学家心目中的数字地面模型是新一代的地形图，地貌和地物不再用直观的等高线和图例符号在纸上表达，而且通过储存在磁性介质中的大量密集的地面点的空间坐标和地形属性编码，以数字的形式描述。

3. 数字高程模型的概念：数字高程模型简称DEM。

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，是数字地形模型的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。

4. 数字高程模型的含义：DEM是DTM中最基本的部分，它是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达。

5. 数字地面模型的特点：（1）易以多种形式显示地形信息；（2）精度不会损失；（3）容易实现自动化、实时化；（4）具有多比例尺特性。

6. 数字高程模型的应用范畴：见课本10页作为国家地理信息的基础数据土木工程、景观建筑与矿山工程的规划与设计为军事目的‘军事模拟等)而进行的地表三维显示景观设计与城市规划流水线分析、可视性分析关交通路线的规划与大坝的选址不同地表的统计分析与比较生成坡度图、坡向图、剖面图，辅助地貌分析，估计侵蚀和经流等作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被搜盖数据等，以进行显示与分析为遥感、环境规划中的处理提供数据辅助影像解译、遥感分类将I}If}概念扩充到表示与地表相关的各种属性，如人口、交通、旅行时间等与GI5联合进行空间分析虚拟地理环境第二章数字高程模型的采样理论1.采样的理论背景：推而广之，采样定理同样适用于决定相邻剖面之间的采样间隔，从而得以获取由DEM所表示的地形表面的足够信息。

反之，如果地形剖面的采样间隔是Dx，那么波长小于2Dx的地形信息将完全损失。

2.数据采样策略：（1）沿等高线采样（2）规则格网采样（3）剖面法（4）渐进采样（5）选择性采样（6）混合采样3. 数字高程模型源数据的三大属性：数据的分布、数据密度、数据精度。

第二章DEM数据组织与管理2.1 概述数字高程模型是地形曲面的数字化表达，也就是说，DEM是在计算机存储介质上科学、真实地描述、表达和模拟地形曲面实体，因此它的建立实际上是一种地形数据的建模过程。

DEM的建立首先要对地形曲面进行抽象、总结和提炼，形成高度概括的地形曲面数据模型，然后在此数据模型基础上，将观测数据按照一定的结构组织在一起，形成对数据模型的表述，最后借助计算机实现数据管理和地形重建（图2.1）。

图2.1 空间对象建立过程空间数据模型是对空间对象及其关系的描述，也是空间对象根据与应用有关的目标的需要而对空间对象的一种提取。

空间数据模型是空间数据组织和空间数据库设计的基础。

目前GIS中的空间数据模型从认知角度讲有三类，即基于对象（Object based）的模型、基于网络（Network based）的模型和基于场（Field based）的模型，从表达上讲则有矢量数据模型(V ector Modules)、镶嵌数据模型(Tessellation Modules，又称栅格数据模型，Raster Modules)和组合数据模型(Composite Modules)等。

数字高程模型由于主要刻画具有连续变化特征的空间对象（通常意义为高程），因而属于基于场的镶嵌数据模型。

空间数据模型属于概念层次的空间对象语义描述，它的具体表达则要按一定的结构对空间数据进行组织，因此空间数据结构是空间数据模型的表述，是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合，这些数据元素是数据的基本单位，而一个数据元素可由几个数据项组成。

数据结构一般通过系列图表、矩阵以及计算机码的数据记录来说明。

按一定结构组织在一起的地形数据，一般通过数据库进行管理和调度（当然小范围的数据也可采用文件形式进行管理）。

数据库的功能取决于数据结构，同时为了快速调度数据库中任意范围的数据，实现对整个区域DEM数据的无缝浏览和漫游，还要根据地形数据的地理分布建立统一的空间索引。

DEM 复习整理1、DEM概念(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)2、数字高程模型的特点精度恒定性表达多样性更新实时性尺度综合性3、规则格网DEM和TIN的对比4、DEM数据模型从认知角度基于对象的模型、基于网络的模型、基于场的模型从表达角度矢量数据模型镶嵌数据模型组合数据模型5、DEM数据结构（1）、规则格网DEM数据结构a、简单矩阵结构b、行程编码结构c、块状编码结构d、四叉树数据结构（2）、不规则三角网DEM数据结构TIN数据结构：面结构、点结构、点面结构、边结构、边面结构、简单结构（3）、格网与不规则三角网结构混合结构6、DEM数据源特征地形图、航空、遥感影像、野外测量、既有DEM数据 可获得性（x，y，z）、DEM应用目的（分辨率、精度）、数据采集效率、数据量大小、技术熟练程度（1）数据源：地形图覆盖面广，可获取性强，是丰富、廉价的建立DEM的主要数据源。

特点：现势性（经济发达地区往往不满足现势性要求）、存储介质、精度：比例尺、等高线密度、成图方式有关（2）数据源：航空、遥感影像a、现势性好：获取速度快、更新速度快、更新面积大（大范围DEM数据的最有价值来源）b、缺点：受外界影响因素较大，对于精度要求高的DEM难以满足要求，高精度影像获取方法费用昂贵c、相对精度和绝对精度低的遥感影像：Landsat—MSS、TM传感器、SPOTd、高分辨率遥感图像：1米分辨率的IKONOS 0.61米QUICKBIRD（3）数据源：地面测量缺点：工作量大，周期长、更新十分困难，费用较高用途：公路铁路勘测设计、房屋建筑、矿山、水利等对工程精度要求较高的工程项目（4）数据源：既有DEM数据覆盖全国范围的1:100万、1:25万、1:5万数字高程模型7、数据采样方法对比（1）、地形图数据采集方法优点：a地形图易获取、作业设备简单、对操作人员技术要求较低，因而地形图是DEM获取最基本的方法。

DEM数据处理与分析DEM数据处理与分析⽬录⼀、DEM数据获取 (1)⼆、DEM数据处理 (3)（⼀）初步预处理 (3)（⼆）其他处理 (8)（三）坐标转换（计算坡度之前的预处理） (10)三、DEM数据拼接 (12)（⼀）获取 (12)（⼆）镶嵌 (12)（三）裁剪 (14)四、地形属性提取 (15)（⼀）坡度提取 (15)（⼆）坡向提取 (15)（三）表⾯曲率提取 (16)五、透视图建⽴ (17)（⼀）设置抬升⾼度 (17)（⼆）修改显⽰符号系统 (18)（三）设置渲染 (19)（四）其它图层（栅格或⽮量）数据按地形⾼度进⾏抬升 (20)六、建⽴和显⽰TIN (21)（⼀）TIN转换 (21)（⼆）TIN属性描述 (21)（三）TIN渲染 (22)七、创建等⾼线 (23)（⼀）创建等⾼线 (23)（⼆）创建垂直剖⾯ (24)（三）坡度分级 (25)七、DEM相关应⽤ (25)DEM应⽤之坡度：Slope (26)DEM应⽤之坡向：Aspect (30)DEM应⽤之提取等⾼线 (32)DEM应⽤之计算地形表⾯的阴影图 (34)DEM应⽤之可视性分析 (38)DEM应⽤之地形剖⾯ (41)⼋、说明 (42)⼀、DEM数据获取地理空间数据云为我们免费提供了⼤量的影像和⾼程数据。

其中⾼程数据分辨率包括90⽶和30⽶两种，现在我介绍⼀下如何下载这些DEM数据。

1、⾸先在百度中搜索“地理空间数据云”，打开其页⾯，如图1。

2、这⾥需要地理空间数据云的账号，点击右上⾓的注册，注册⼀个账号。

如图2。

3、注册完后，登陆账号，然后开始检索所需DEM数据。

这⾥介绍⼀下⾼级检索：点击“⾼级检索”即可进⼊，然后我们可以分别按照“地名”、“经纬度”、“⾏政区”三种条件检索，同时也可以使⽤“⽇期”等进⼀步缩⼩范围。

如图3。

4、我们输⼊经纬度范围（如图4）或者输⼊⾏政区名称（如图5）。

5、选择数据集，这⾥我们选择“DEM数字⾼程数据”，其中有90⽶和30⽶之别。

数字⾼程（DEM）模型期末复习资料数字⾼程模型（DEM）期末复习资料第⼀章1数字地⾯模型是利⽤⼀个任意坐标场中⼤量选择的已知X、Y、Z的坐标点对连续地⾯的⼀个简单的统计表⽰。

2 DEM和DTM的关系：DEM是DTM的⼦集，是DTM最基本的部分；20世纪60年代出现了地理信息系统的概念，其含义包括了DTM，在概念上取代了DTM。

DTM提出后，其实际发展和应⽤中的内涵还主要局限于DEM，故⼆者的名称混淆使⽤，主要表⽰的都是DEM的概念。

3 ⾼程⽤来描述地形表⾯的起伏形态，传统的⾼程模型是等⾼线，其数学意义是定义在⼆维地理空间上的连续曲⾯函数，当此⾼程模型⽤计算机来表达时，称为数字⾼程模型。

4 数字⾼程模型的定义为：数字⾼程模型是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，Digital Elevation Model，简称DEM。

5.数字地形表达的⽅式可以分为两⼤类：数学描述和地形描述(1)数字描述：全局：傅⽴叶级数；多项式函数局部：规则的分块函数；不规则的分块函数（2）图形描述：点：不规则分布；规则分布；特征点线：等⾼线；特征线；剖⾯图⾯：影像；透视图；其他6.模型是指⽤来表现其他事物的⼀个对象或概念，是按⽐例缩减并转换到我们能够理解的形式的事物本体。

7.模型可以分为三种不同层次：概念模型，物质模型，数学模型。

8.概念模型是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。

9.物质模型通常是⼀个模拟的模型，如橡胶，塑料或泥⼟制成的地形模型。

10.数字模型⼀般是基于数字系统的定量模型。

包括函数模型和随机模型。

11.数字模型的优点：1他是理解现实世界和发现⾃然规律的⼯具。

2提供了考虑所有可能性，评价选择性和排除不可能性的机会。

3帮助在其他领域推⼴后应⽤解决问题的结果。

4帮助明确思路，集中精⼒关注问题重要的⽅⾯。

5使得问题的主要成分能够被更好的观察，同时确保交流，减少模糊，并改进关于问题⼀致性看法的机会。

DEM复习重点1.数字高程模型是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。

2.数字地面模型DTM是定义在二维区域上地形特征空间分布及关联信息的一个有限n维向量系列Xi，数字高程模型DEM是DTM的一个子集，它表示地形空间分布的一个有限三维向量。

3.DEM:狭义角度是区域地表面海波高度的数字化表达。

广义角度是地理空间中地理对象表面海波的数字化表达。

4.基于规则格网的DEM和基于TIN的DEM是目前数字高程模型的两种主要结构。

5.数字高程模型的主要研究内容：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）不确定性分析与表达6.数字高程模型的分类体系：范围（局部DEM、地区、全局）。

连续性（不连续DEM、连续、光滑）。

结构）面（规则结构：正方形格网结构、正六边形格网结构、其他格网结构）、（不规则结构：不规则三角网、四边形）线（等高线结构、断面结构）点（散点结构）。

7.数字高程模型的特点：1)精度恒定性2）表达多样性3）更新时实行4）尺度综合性8.DGM:除高程外，地形表面形态还可通过坡度。

坡向、曲率等地貌因子进行描述。

所有地貌银子的数字模型的集合形成数字地面模型DGM9.DTM:各种地物要素的数字模型，连同DEM本身，形成测绘人员心目中新一代地形图，数字定型模型DTM10.DSM：一般的，将DEM/DGM/DTM以及上述信息所形成的数字模型称为数字表面模型11.DEM(--DGM(--DSM层层包含关系DEM是最基本的数据12.数字高程模型的应用范畴：1）地学分析应用2）非地形特征应用3）产业化和社会化服务13.DEM主要用在一下几个领域：1)区域、全区气候变化研究2）水资源、野生动植物分布3）地质水文模型建立4）地理信息系统5）地形地貌分析6）土地分类、土地利用、土地覆盖变化检测等第二章DEM数据组织与管理14：目前GIS中的空间数据模型从认知角度讲有三类，即基于对象的模型、基于网络的模型、基于场的模型：从表达上讲有矢量数据模型、栅格数据模型和组合数据模型。