《数字地面模型》课程考试说明及复习要点(2014)

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。

数字地面模型课程教学大纲（DIGITAL TERRAIN MODEL）参考学时：32学分数：2适用专业：地理信息系统（GIS应用与二次开发方向）一、课程的性质、目的和任务本课程为地理信息系统专业的专业任选课。

本课程的目的主要使学生熟悉数字高程模型的基本概念、数据获取、建模方法、精度分析模型等知识点；掌握利用数字高程模型解决空间信息领域遇到的实际问题。

二、课程教学的基本要求学完本课程后，学生应对数字高程模型这门课程及生产流程有一个较全面的认识，要求学生重点掌握数字高程模型的基本原理及其应用、发展，充分理解数字高程模型在实际工作中分析问题、解决问题的方法。

本课程总学时为32学时，在第5学期完成。

三、课程的教学内容，重点和难点1、概述主要介绍本课程的基本情况，讲述的内容包括：数字地形表达；数字高程模型的含义；数字高程模型的分类；数字高程模型的应用范畴。

2、数字高程模型的数据处理主要介绍有关数字高程模型的数据的获取方法、表面建模、内插和可视化，讲述的内容包括：数字高程模型的数据来源及数据采集的方法；建立DEM表面的各种方法；三角网的生成；格网网络的生成；不规则三角网TIN与正方形格网GRID的比较；数字高程模型的精度评定与质量检查；内插方法的介绍与探讨。

3、数字高程模型的分析与应用主要介绍了四种数字地形分析以及数字高程模型在几个领域中的应用，讲述的内容包括：基本地形因子计算；特征提取；水文分析；可视性分析。

重点：数字高程模型的含义的理解；数字高程模型的数据来源；建立DEM表面的各种方法；特征提取；可视性分析。

难点：建立DEM表面的各种方法；三角网的生成；格网网络的生成。

四、课程各教学环节要求本课程共安排32学时，其中讲授26学时，实训课6学时。

五、学时分配本课程一般是在学习了地理信息系统原理、空间分析、地图学等课程之后开设的；本课程的后续课程是：软件工程与GIS设计、GIS的二次开发等课程。

七、教材与教学参考书1、教材：汤国安等，《数字高程模型教程》(第二版) .北京：科学出版社，2010.5。

数字地面模型DTM（Digital Terrain Model）——数字地面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，是带有空间位臵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。

数字地形模型（DTM, Digital Terrain Model）最初是为了高速公路的自动设计提出来的（Miller，1956）。

此后，它被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及任意断面图绘制。

在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图，制作正射影像图以及地图的修测。

在遥感应用中可作为分类的辅助数据。

它还是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划及洪水险情预报等。

在军事上可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等。

对DTM的研究包括DTM的精度问题、地形分类、数据采集、DTM的粗差探测、质量控制、数据压缩、DTM应用以及不规则三角网DTM的建立与应用等。

1．概述数字地形模型（DTM, Digital Terrain Model）最初是为了高速公路的自动设计提出来的（Miller，1956）。

此后，它被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及任意断面图绘制。

在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图，制作正射影像图以及地图的修测。

在遥感应用中可作为分类的辅助数据。

它还是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划及洪水险情预报等。

在军事上可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等。

对DTM的研究包括DTM的精度问题、地形分类、数据采集、D TM的粗差探测、质量控制、数据压缩、DTM应用以及不规则三角网DTM的建立与应用等。

1．1 DTM和DEM 从数学的角度，高程模型是高程Z关于平面坐标X，Y两个自变量的连续函数，数字高程模型（DEM）只是它的一个有限的离散表示。

5.1.2 整体渐变地面特性的格网结构在诸如地表起伏形态等整体渐变的地面特性，在采用格网结构时，有比较适用的降维和压缩方法。

格网结构数据的存储——降维存储整体渐变地面特性的格网结构，除了可采用行次序降维存储外，在大多数情况下，采用块次序降维存储，将更有利于数据压缩和后续处理。

上图为格网结构按块次序降维的一种存储形式，图中所注数字表示每个格点面元的存储次序。

格网结构的数据压缩整体渐变地面特性的取值通常为数值，而且相邻格点面元的地面特性取值具有高度的相关性，这有利于进一步第提高数据压缩比。

具体办法是先对格网数据进行差分运算，再用行程码或四分树压缩差分结果。

实用文档5.2 数字地面模型的矢量数据结构[2]定义在线性代数中，将一组元素的有序集合称为矢量，平面直角坐标系(x,y)是二维矢量，空间直角坐标(x,y,z)是三维矢量。

数字地面模型的矢量结构，是指用二维坐标来描述地面特性空间分布的数据存储形式，可以是手扶跟踪数字化作业的直接结果，也可由扫描矢量化或者其它数据结构转换而来。

散点数字地面模型用离散点集的坐标存储。

线状分布的数字地面模型用沿线点列的有序坐标串存储。

有关拓扑数据结构的一些基本概念两相临图斑之间的有向边界称为弧，由有关弧连环而成平面多边形周界，即图斑周界。

弧可以是直线，但大多数情况下是一条折线。

组成折线弧的每一条直线段称作段，段的端点称为节点，而弧的端点称作结点。

当弧的首尾结点重合时，围成的图斑称作单岛。

实用文档弧一般以它的两个结点以及被它分隔的两个图斑来描述。

这种考虑点、线、面间连接和相邻关系的数据描述和组织方式，是以拓扑几何学原理为基础的，称作拓扑数据结构。

5.2.1 平面矢量数据结构平面矢量数据结构包括：平面多边形矢量结构；线状地面特性的矢量结构；等值线矢量结构；散点矢量结构；平面多边形矢量结构平面多边形矢量结构用于组织土壤、植被、土地利用、行政区等局部等值地面特性的二维空间分布数据，它分为两个层次：第一层次体现点、线、面之间连接和相邻的拓扑关系，第二层次以弧段为单位，存储弧段点列的平面坐标串，实现弧段的显式地理空间定位。

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。

数字高程模型一、DEM概念从狭义角度定义：DEM是区域地表面海拔高程的数字化表达。

这种定义将描述的范畴集中限制在“地表”、“海拔高程”及“数字化表达”内，意义较为明确，也是人们一般理解与接受的DEM概念。

但是，随着DEM的应用向海底、地下岩层及某些不可见地理对象（如等气压面）的延伸，有必要提出更为广义的定义。

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。

该定义中描述对象不再局限于“地表面”，因而具有更大的包容性，如有海底DEM、下伏岩层DEM、大气等压面DEM等。

应用：（1）作为国家地理信息的基础数据：DTM是国家空间数据基础设施（NSDI）的框架数据；（2）土木工程、景观建筑与矿山工程的规划与设计；（3）为军事目的（军事模拟等）而进行的地表三维显示以及景观设计与城市规划；（4）流水线分析、可视性分析；（5）交通路线的规划与大坝的选址；（6）不同地表的统计分析与比较；（7）生成坡度图、坡向图、剖面图，辅助地貌分析，估计侵蚀和径流等；（8）作为背景叠加各种专题信息（如土壤、土地利用及植被等）进行显示与分析；（9）为遥感及环境规划中的处理提供数据；（10）辅助影像解译、遥感图像分类；（11）将DEM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；（12）与GIS联合进行空间分析；（13）虚拟地理环境。

DEM 有许多用途，例如：在民用和军用的工程项目(如道路设计)中计算挖填土石方量；为武器精确制导进行地形匹配；为军事目的显示地形景观；进行越野通视情况分析；道路设计的路线选择、地址选择；不同地形的比较和统计分析；计算坡度和坡向，绘制坡度图、晕渲图等；用于地貌分析，计算浸蚀和径流等；与专题数据，如土壤等，进行组合分析；当用其它特征(如气温等)代替高程后，还可进行人口、地下水位等的分析。

二、DEM数据组织与管理1、Grid：规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。

《数字地面模型》课程考试说明及复习要点陈刚2014年6月17日考试时间：2014年6月26日，16:30-18:30考试地点：一、试卷内容及形式试卷由四部分内容组成，题量中等，难度中等；●名词解析（每题5分，共5×4 = 20分）●填空题（每空0.5~1分，共20分）●简答与与概念辨析题（2×10分，共20分；从4小题中任选2题回答）●论述与图解计算题（从1、2、3题中任选两题回答，每题12分；第4题必答，16分，合计40分）二、复习及答题注意事项（一）复习资料●本次考试内容基本来自课件PPT（部分需从课外了解，本文档中已注明），考试内容包括理论知识、实践应用及软件操作方法三部分。

其中，所涉及的实习软件是ArcGIS。

（二）答题要求●答题时请正确理解题意，按要求认真答题，字迹清晰；●答题态度很重要；●除名词解析、填空题两部分外，答题内容请一律写在答题纸上；欢迎将所有内容都写在答题纸上；●简答与与概念辨析题部分请提炼要点，内容精当准确；●论述与图解计算题部分主要考察知识综合、技术分析及文字组织能力，请认真回答，要求结构清晰，能准确表达思路，必要时请辅以图表；●简答与与概念辨析题、论述与图解计算题部分为选择回答，多答不多给分，请注意；●交卷时，请将试卷与答题纸一起交回。

三、复习要点（按分发给大家的PPT展开）第一章　数字地面模型概述●概念解析：数字高程模型、数字地面模型、4D产品●古往今来，人类一直在寻求如何描述周围及其大区域范围的地形地貌形态及其地表现象的有效表达方式，它们分别是？●地图上表示地貌的具体要求是什么？●地形图的立体表示有哪几种表现手段？●数字地形表达的方式可分两大类：数学描述和图像描述。

使用傅立叶级数和多项式来描述地形是常用的数学描述方式。

规则格网、不规则格网、等高线、剖面图等是图像描述的常用方式。

●数字高程模型、数字地貌模型与数字地面模型之间的关系，看图说明。

●数字地面模型描述地表的优点。

《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；2.熟练掌握影像表达地表形态的特点和优势；3.熟练掌握模型的概念；理解模型的目的；熟练掌握模型的层次；理解数学模型的优点和评价标准；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；6.熟练掌握地形高程数据的获取方法；7.了解数字高程模型的应用范畴与前景。

第二讲DEM数据组织与管理1.理解空间数据模型的概念及特性；2.掌握空间数据模型设计的基本原则；3.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；4.熟练掌握规则镶嵌数据模型的优点和缺点；5.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；6.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；7.理解DEM数据库的内容和实现方式；了解DEM数据库结构；了解细节层次模型的概念；8.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.理解既有地形图的特点；2.理解地形的结构特征；3.了解地貌类型的划分；4.掌握坡度的概念和计算方法；5.熟练掌握DEM数据源的三大属性；6.熟练掌握采样的理论背景；理解基本采样理论的概念；7.掌握基本的采样方法；8.熟练掌握DEM原始数据粗差处理的特殊性。

第四讲DEM内插1.熟练掌握DEM内插的概念；2.熟练掌握必须进行DEM内插的情况；3.熟练掌握DEM的本质；4.理解地形空间的分布特征和DEM的数学特征；5.熟练掌握DEM内插的基本原理和方法分类；6.理解整体内插的优、缺点；7.理解局部分块内插的基本原理；熟练掌握线性内插和双线性内插的原理；理解二元样条函数内插和最小二乘配置内插的基本原理；8.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；理解逐点内插法的关键问题；9.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。

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。

《数字地面模型》教学大纲一、课程基本信息1．课程代码：211081002．课程中文名称：数字地面模型课程英文名称：Digital Terrain Model3．面向对象：测绘工程，地理信息科学与遥感科学与技术专业学生4．开课学院（课部）、系（中心、室）：信息工程学院遥感科学与技术系5．总学时数：32讲课学时数：24 ，实验学时数：86．学分数：27．授课语种：中文，考试语种：中文8．教材：数字高程模型教程二、课程内容简介课程从数字地面模型的基本概念出发，以数字高程模型（DEM）为主体，从数采集、模型建立、质量检查、模型应用、可视化表达以及综合运用等方面，详细讲解数字高程模型的基本原理和应用方法。

三、课程的地位、作用和教学目标数字地面模型是地理信息系统的一个分支，是遥感科学与技术专业的一门重要的专业课程，其数据模型和数据的分析方法，可以为后续遥感的专业分析研究奠定良好的基础。

同时，课程涉及部分计算几何的内容，能够帮助学生建立初步的三维空间思维。

通过本课程的学习，要求学生掌握数字地面模型的基本概念、数据生产的整个流程及其应用领域；同时，还可帮助有兴趣的学生掌握数字地面模型中的模型构建、模型处理等难度较大的知识点，培养学生基于数字地面模型的空间建模、空间分析思维，及数字地面模型解决实际工程应用的能力。

数字地面模型中的基本概念、表面建模及基于模型的处理和应用是本课程的重点讲授内容。

四、与本课程相联系的其他课程地图学、地理信息系统、测量学五、教学基本要求本课程教学基本要求包括：1、掌握数字地面模型中的基本概念及主要应用领域；2、掌握规则格网和不规则三角网两种基本的数据模型；3、掌握基本的计算几何概念和算法，建立初步的立体几何空间思维；4、掌握不同数据组织方式数字高程模型的建立方法；5、掌握基于数字地面模型的数字地形分析方法；6、能够熟练运用GIS软件中数字地面模型的建立和分析模块进行数字地面模型的采集、生产及应用；7、具备基本三维立体表达能力，能够通过软件辅助完成三维地形场景的搭建，能够实现遥感影像等相关数据与地形的叠加显示。