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第9章DEM与数字地形分析GIS原理第9章DEM与数字地形分析9.1 基本概念9.2 DEM的主要表示模型9.3 DEM建立9.4数字地形分析The End9.1 基本概念9.1.1 数字高程模型三维空间数据表示:地球表面的高低起伏（高程数据），表面离散点（x,y）上的任何属性值，如：可能采样点的降雨量，地壤的酸碱度，人口密度等。
三维地形空间数据模型一般用数字地形模型DTM最常见的三维空间模型是DTMDigital Terrain Model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统计表示，或者说DTM是地形表面简单的数字表示。
DTM提出是Miller, 1956,高速公路自动设计。
用于线路选线的设计以及工程面积、体积、坡度计算。
测绘中：等高线，坡度坡向图，立体地图，正射影像图。
DTM的研究：精度，地形分类，数据采集、数据压缩、不规则及规则DTM的建立与应用1 DTM 和DEM从数学的角度，高程模型(Digital Elevation Model，DEM)是高程Z关于平面坐标X，Y两个自变量的连续函数:Z = f(x, y)一般是高程模型连续函数的离散表示；DTM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。
DTM中地形属性为高程时称为DEM；DEM的相近术语：德国DHM, Digital Height Model英国DGM, Digital Ground Model美国地质测量局USGS DTEM, Digital Terrain Elevation Model、DEM, Digital Elevation Model2 DEM的表示法地表高程的变化可以采用多种方法表达:用数学定义的表面或点、线、影像；1）数学方法采用整体拟合方法；傅立叶级数高次多项式2）图形方法线模式：等高线点模式：GRID；TIN9.1.2 数字地形分析数字地形分析（digital terrain analysis, DTA）是指在DEM 上进行地形属性计算和特征提取的数字信息处理技术。
如何使用数字高程模型进行地形分析与量测数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种数字化的地形模型，它可以通过使用一系列的测量数据，如地面高程数据、测量轮廓线和控制点等，来描述和记录地球表面的高程信息。
DEM在地形分析和量测方面具有广泛的应用，可以帮助我们更好地了解和研究地球表面的地形特征，同时也为许多领域的决策和规划提供了重要的支持。
一、DEM的基本原理和构建过程DEM的构建过程主要基于测量数据的采集和处理，其基本原理是通过对地表高程进行离散采样，将其转化为数字高程数据，以便进行进一步的分析和量测。
构建DEM的方法主要有插值法、三角剖分法和栅格法等，其中栅格法较为常用。
在使用DEM进行地形分析和量测之前，我们首先需要对DEM进行预处理。
这一步骤包括数据的获取和处理，比如剔除噪声、填充空白、修正测量误差等，以保证DEM的数据质量和准确性。
二、DEM在地形分析中的应用1. 地形特征提取使用DEM可以方便地提取地表的各种地形特征，比如山峰、河流、湖泊等。
通过对DEM数据进行处理和分析，我们可以快速获得地形特征的位置、形状、高度等信息，从而帮助我们了解和研究地球表面的地貌形态和演化过程。
2. 坡度和坡向分析坡度和坡向是地形分析的重要指标，它们可以帮助我们了解地表的倾斜程度和方向。
使用DEM可以方便地计算出每个像元的坡度和坡向，从而构建坡度和坡向图，用于分析山地地区的土地利用、水文过程以及自然灾害等方面的问题。
3. 流域分析流域是水文过程的基本单位，使用DEM可以方便地提取流域边界、计算流域面积、确定流域的水系网络等。
这些流域的信息可以为水文模拟和水资源管理提供重要的依据，帮助我们理解和预测水文过程的发展趋势。
4. 可视化分析DEM可以通过三维可视化技术进行展示，将地球表面的地形特征以三维形式呈现出来。
这样我们可以更直观地观察和分析地形的复杂性和变化规律，为景观设计、城市规划和环境评估等提供重要的参考。
实验九、地形分析-----TIN及DEM的生成及应用(综合实验)一、实验目的DEM是对地形地貌的一种离散的数字表达，是对地面特性进行空间描述的一种数字方法、途径，它的应用可遍及整个地学领域。
通过对本次实习的学习，我们应：a)加深对TIN建立过程的原理、方法的认识；b)熟练掌握ArcGIS中建立DEM、TIN的技术方法。
c)掌握根据DEM或TIN 计算坡度、坡向的方法。
d)结合实际，掌握应用DEM解决地学空间分析问题的能力。
二、实验数据高程点Elevpt_Clip.shp，高程Elev_Clip.shp，边界Boundary.shp，洱海Erhai.shp三、实验内容及步骤1. TIN 及DEM 生成1.1由高程点、等高线矢量数据生成TIN转为DEM在ArcMap中新建一个地图文档添加矢量数据：Elevpt_Clip、Elev_Clip、Boundary、Erhai（同时选中：在点击的同时按住Shift）激活“3D Analyst”扩展模块（执行菜单命令[Customize（自定义）]>>[Extensions（扩展）]，在出现的对话框中选中3D分析模块），在工具栏空白区域点右键打开[3D分析] 工具栏执行[ArcToolbox]>> [3D Analyst Tools] >> [Data Management]>>[TIN]>>[Create TIN]在Input Feature Class中依次添加Elevpt_Clip.shp、Elev_Clip.shp、Boundary.shp以及Erhai.shp，将Erhai的SF_type改为hardreplace，其余保持默认确定生成文件的名称及其路径，生成新的图层tin，在TOC(内容列表)中关闭除[TIN]和[Erhai]之外的其它图层的显示，设置TIN的图层（符号）得到如下的效果。
执行工具栏[3D Analyst Tools] >> [Conversion]>>[From TIN]>>[TIN to Raster ]，指定相关参数，以TINGrid命名，即已将TIN转为是DEM1.2 TIN的显示及应用在上一步操作的基础上进行，关闭除[TIN]之外的所有图层的显示，编辑图层[tin]的属性，在图层属性对话框中，点击[符号] 选项页，将[ Edege types（边界类型）] 和[Elevation（高程）] 前面检查框中的勾去掉; 点击[ Add添加] 按钮在[添加渲染] 对话框中，将[Edges with the same symbol(所有边用同一符号进行渲染)] 和[ Nodes with the same symbol（所有点用同一符号进行渲染）] 这两项添加么TIN的显示列表中确定之后，将TIN图层局部放大，认真理解TIN的存储模式及显示方式(1)TIN 转换为坡度多边形新建地图文档，加载图层[tin]，参考上一步操作，将[Face slope with graduated color ramp （面坡度用颜色梯度表进行渲染）] 和[Face aspect with graduated color ramp（面坡向用颜色梯度进行渲染）] 这两项添加到TIN的显示列表中在上面的对话框中，选中Slope（degrees）点击[分类] 按钮，在下面的对框中，将[类] 指定为5，然后在[间隔值] 列表中输入间隔值：[ 8, 15，25, 35, 90] ，如下图所示点击[确定] 后关闭图层属性对话框，图层[ tin ] 将根据指定的渲染方式进行渲染，效果如下图所示：(2)TIN 转换为坡向多边形参照以上第（4）步，得到坡向多边形图层得到的坡向多边形中属性分别表示当前图斑的坡向(平坦、北、东北、东、东南、南、西南、西、西北、北)用坡度分类三角形形成多边形，执行[3D Analyst tool]工具栏中的命令[Triangulated Surface]>>[ Surface Slope]，按下图所示指定各参数，以tinSlopef命名：(3)Eliminate合并破碎多边形（选做，需要8-10分钟）新建地图文档，加载坡度多边形图层：TinSlopef, 打开TinSlopef的属性表，添加一个字段Area（类型为Double）左键选择Area一列，通过[Calculate Geometry计算值]操作，计算各个多边形的面积以下的操作将会把面积小于10000平方米的多边形合并到周围与之有最长公共边的多边形中：执行菜单命令[Selection选择]>>[ Select by Attributes通过属性选择]，查询”Area”<=10000 （平方米）的图斑被选中的多边形以高亮方式显示，这些小的图斑将会被合并到与之相邻且有最大公共边的多边形。
DEM数据处理与分析DEM数据处理与分析一、DEM数据获取在进行DEM数据处理与分析之前，首先需要获取相关的DEM数据。
DEM数据是通过激光雷达或者卫星遥感技术获取的数字高程模型数据，可以提供地形高度信息。
获取DEM数据的方式有很多种，可以通过互联网下载或者购买商业软件进行获取。
二、DEM数据处理一）初步预处理在进行DEM数据处理之前，需要对数据进行初步预处理。
这一步骤包括数据格式转换、数据质量检查、数据筛选和数据去噪等。
其中，数据质量检查是非常重要的一步，可以保证后续的数据处理和分析的准确性。
二）其他处理除了初步预处理之外，还有一些其他处理方法可以对DEM数据进行优化。
比如，可以进行数据插值、数据平滑、数据过滤等操作，可以提高DEM数据的精度和可靠性。
三）坐标转换（计算坡度之前的预处理）在进行坡度计算之前，需要对DEM数据进行坐标转换。
坐标转换是将数据从一个坐标系转换到另一个坐标系的过程，可以保证DEM数据的准确性和一致性。
三、DEM数据拼接一）获取在进行DEM数据拼接之前，需要先获取需要拼接的DEM数据。
可以通过互联网下载或者购买商业软件进行获取。
二）镶嵌将多个DEM数据镶嵌在一起，形成一个完整的DEM数据集。
在进行镶嵌之前，需要对数据进行预处理，包括格式转换、数据质量检查、数据筛选和数据去噪等。
三）裁剪在进行DEM数据裁剪之前，需要明确裁剪的范围和目的。
裁剪可以将DEM数据集中的某一部分提取出来，可以用于特定的分析和应用。
四、地形属性提取在进行DEM数据分析之前，需要先进行地形属性提取。
地形属性包括坡度、坡向、高程等信息，可以用于地形分析和地形建模。
提取地形属性的方法有很多种，可以通过GIS软件和编程语言进行实现。
一、提取坡度在地形分析中，坡度是一个十分重要的参数。
我们可以使用GIS软件来提取地形的坡度信息。
坡度的计算方式是通过对高程数据进行数学处理得到的。
在提取坡度时，我们需要先选择合适的高程数据，并设置合适的参数。
