数字高程模型课程设计

数字高程模型 实验讲义南阳师范学院环旅学院 地理信息系统教研室编2011年2月前 言Miller于1958年提出首次提出了数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）的概念。

经过40多年的发展，DEM的诸多基础理论问题都得到了深入的研究，基于DEM的数字地形分析理论与方法体系正在形成，DEM在许多领域的工作中得到了成功应用。

DEM已成为各类GIS数据库的核心数据之一。

国家测绘部门将DEM作为国家空间数据基础设施（National Spatial data Infrastructure，NSDI）的重要建设项目之一。

在理论研究方面，DEM的不确定性、DEM的尺度效应、DEM的地学分析、基于DEM的数据挖掘都取得了很大的突破。

在应用方面，也从一般的地形因子提取、支持三维漫游等简单应用向更多样的形式、更广泛的领域发展。

可以说，DEM所代表的已经不仅仅是一种记录海拔的空间数据，更代表着一种地学处理的方法。

适应于学科发展和实践需要，各高等院校的有关专业，特别是地理信息系统、空间信息与数字工程、测绘工程等专业都纷纷将数字高程模型作为本科和研究生课程。

我学院办有地理信息系统和测绘工程等专业，数字高程模型一直是此二专业的重要课程。

在多年教学经验的基础上，我们编写了本实验讲义，供地理信息系统专业、测绘工程专业的本科教学使用。

本实验讲义中，以验证、探索理论知识和传授技能作为基础目标，另外还注重意识和能力的培养。

当代教育理论认为，如果说知识和技能是人才素质的基础，意识则决定了运用知识和技能的动机，能力则是运用知识和技能的方法。

当代地学人才不仅需要具有充足的专业知识和技能，而且应该具备一系列意识和能力。

虽然，高校通常设置培养意识和能力的公共课程；但是，专业课教学也应该将其作为教学目标之一。

这样以来，可以根据专业课程的特点有目的地培养特定的意识和能力。

本课程所涉及的意识和能力主要包括科学精神、团队意识、创新能力和统合能力等。

实验四数字高程模型（DEM）建立及应用
一，实验目的：
1,，理解和掌握DEM的基本知识；
2，掌握MapGIS中建立DEM的方法；
3，了解DEM在林业生产中的应用领域。

二，实验资料及预处理：
1，火地塘林场1:10000局部地形图；
2，完成上述地形图的等高线矢量化及编辑处理工作，注意，每条等高线必须赋予相应的高程值，然后保存在磁盘上备用。

三，试验方法及步骤：
1，进入MapGIS的DTM分析模块，见图：
DTM分析
2，进入“点线处理”菜单，对等高线进行检查（如漏填等距，等高线不连续等问题），然后进行“等高线点/线栅格化处理”或“等高线
点/线三角化处理”，并以Grid方式或Tin方式保存。

3，分别选择GRD模型或TIN模型进行地图因子的计算和制图。

一，电子沙盘
四，结论：
由于等高线的值有可能输入错误，电子沙盘可能有问题。

dem课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握学科基础知识，如DEM（数字高程模型）的概念、数据结构及应用领域；2. 了解DEM在地理信息系统（GIS）中的作用，以及如何获取和处理DEM数据；3. 学会运用DEM数据进行地形分析，如坡度、坡向、流域分析等。

技能目标：1. 培养学生运用GIS软件处理DEM数据的能力；2. 培养学生分析地理问题，运用DEM数据进行解决实际问题的能力；3. 提高学生的团队协作能力和沟通能力，能在小组讨论中积极发表自己的观点。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对地理学科的热爱，激发他们对GIS技术的好奇心；2. 培养学生关注现实生活中的地理问题，认识到GIS技术在解决这些问题中的重要性；3. 引导学生树立环保意识，认识到地形地貌对生态环境的影响。

本课程针对初中年级学生，结合学科特点和教学要求，课程目标旨在让学生掌握DEM相关知识，培养他们运用GIS技术解决实际问题的能力。

课程目标具体、可衡量，便于学生和教师在教学过程中进行评估。

后续教学设计和评估将围绕这些具体的学习成果展开。

二、教学内容1. DEM基本概念：介绍DEM的定义、数据结构、来源及精度等级；2. DEM数据获取：讲解DEM数据的获取方法，如卫星遥感、航空摄影、地面测量等；3. DEM数据处理：学习GIS软件中DEM数据处理的基本操作，如裁剪、拼接、填洼、平滑等；4. 地形分析：掌握运用DEM数据进行坡度、坡向、流域、可视域等分析的方法；5. 实际应用案例：分析DEM在地形地貌研究、水资源管理、城市规划和灾害防治等方面的应用；6. 课堂实践：分组进行GIS软件操作，处理DEM数据并完成地形分析任务。

教学内容根据课程目标进行选择和组织，确保科学性和系统性。

本教学内容对应教材中关于DEM的章节，涵盖了基本概念、数据获取、处理和分析等关键知识点。

教学大纲明确了教学内容的安排和进度，便于教师有计划地进行教学，同时保证学生在学习过程中能够掌握所需知识。

《数字高程模型》教学大纲 Digital Elevation Model执笔人：王芳 审核人：张勇课程编号：1110451总学时数：32.0 (其中讲课学时：32学时) 学分：2.0一、本大纲适用专业地理信息系统。

二、课程性质与目的1、课程目标通过本课程教学，使学生了解DEM 的基本概念，了解DEM 的采样理论及多种数据获取方法，掌握Delauny 三角网的构建方法及常用的数据内插方法，能熟练的使用ArcGIS 软件进行地形分析、水文分析和可视性分析。

2、与其它课程的关系 数字高程模型是自然地理学、地理信息系统原理、电子地图、空间分析等课程的后续课程，为以后在遥感课程及论文写作中，下载和使用DEM 数据分析地形问题打下了良好的基础。

3、开设学期按培养方案规定的学期开设。

三、教学方式及学时分配四、教学内容、重点湖南省高校数字教学资源中心2.197.127.140概述1、教学目标掌握数字高程模型的概念 2、教学内容数字地形的表达，数字地面模型，数字高程模型的概念 3、教学方法理论授课 4、本章重点数字高程模型的概念 5、本章难点数字高程模型的概念数字高程模型的采样理论1、教学目标 了解地面形状的复杂特征和描述方法，及采样的几种常见理论2、教学内容 地面形状的几何特征，地面复杂度描述，采样理论3、教学方法 理论授课4、本章重点 采样理论5、本章难点地面复杂度描述数字高程模型的数据获取1、教学目标 了解数字高程模型的几种获取方法2、教学内容 数字高程模型的几种获取方法，主要了解InSAR 和数字摄影测量方法3、教学方法 理论授课4、本章重点InSAR 地形数据获取方法 5、本章难点InSAR 地形数据获取方法数字高程模型之表面建模 湖南省高校数字教学资源中心202.197.127.1401、教学目标DEM 表面建模的方法 2、教学内容表面建模的基本概念；建立数字地形表面建模的各种方法 3、教学方法理论授课 4、本章重点表面建模的基本概念；建立数字地形表面建模的各种方法 5、本章难点建立数字地形表面建模的各种方法TIN 的生成算法 1、教学目标掌握TIN 的生产算法和基于栅格的三角网生产算法 2、教学内容 TIN 的生产算法和基于栅格的三角网生产算法 3、教学方法 理论授课4、本章重点 TIN 的生产算法和基于栅格的三角网生产算法5、本章难点TIN 的生产算法数字高程模型内插1、教学目标 掌握基本的内插方法2、教学内容 内插方法的分类，整体内插，分块内插3、教学方法 理论授课4、本章重点内插分类和常见的内插方法 5、本章难点内插的递归算法数字地形分析1、教学目标湖南省高校数字教学资源中心202.197.127.140掌握基本地形因子计算和地形特征提取的方法 2、教学内容地形因子计算和地形特征提取 3、教学方法理论授课 4、本章重点坡度和坡向的计算方法、水文分析、可视化分析 5、本章难点水分分析五、成绩考核1、考核方式考试 2、考核要求考试以闭卷形式进行，占70%，平时作业和课堂考勤占30%六、教材和主要参考书目1、教材 《数字高程模型》，李志林、朱庆，武汉测绘科技大学出版社，20032、主要参考书《地理信息系统—原理、方法和应用》，邬伦等，科学出版社，2002； 《数字高程模型及地学分析的原理与方法》，汤国安等，科学出版社，2005湖南省高校数字教学资源中心202.197.127.140。

数字高程模型
一、实验目的：DEM的可视化表达
二、由栅格生成的TIN和由TIN生成的三维等高线
三、实验过程
1、由栅格生成的TIN
①从arcmap添加栅格图像
②、打开arctoolbox，从选择栅格转TIN。

③、生成如下图TIN：
2、由TIN生成的三维等高线
①、在arcscene中添加TIN
②、右击图层名弹出图层属性，在左边显示框中添加具有相同符号的等值线，即可生成三维等高线
③、生成
四、总结
通过本次对DEM可视化的处理让我对arc的了解更近了一步，尤其在做三维等高线实验时，更对图层的属性及其应用有了更深一步的认识，这让我对DEM的可视化有了更深刻的理解。

摄影测量与遥感课程设计一、引言本文主要介绍我们小组在摄影测量与遥感课程中的课程设计，课程设计的内容为根据给定的数据，利用软件进行数字高程模型的制作并进行地形分析。

二、课程设计内容1. 数字高程模型什么是数字高程模型？数字高程模型是指利用地面特征点的高程信息通过计算机处理后得到的单位区域内地表高程数值和高程分布等地形特征的数学模型，简称DEM。

数字高程模型是地形分析、地貌演化研究、水文地质等领域中不可缺少的基础信息。

利用软件制作数字高程模型我们在此次课程设计中使用的软件是ArcGIS，该软件是一款功能强大的地理信息系统软件，能够对地理数据进行可视化分析和地图制作。

利用ArcGIS软件，我们可以使用给定的DEM数据来进行数字高程模型的制作，其具体步骤如下：1.打开ArcGIS软件，导入DEM数据。

2.对DEM数据进行预处理，包括数据格式的转换以及根据实际情况进行数据剪裁等。

3.对数据进行插值处理，使其能够满足计算要求。

4.利用插值后的数据进行数字高程模型的制作。

2. 地形分析利用数字高程模型进行地形分析除了制作数字高程模型之外，我们还需要对所制作的数字高程模型进行地形分析。

地形分析是通过对数字高程模型进行参数计算和分析，得到地形信息、地形特征、地形变化等信息的过程。

通过地形分析，我们可以得到山地地形的高程、坡度、坡向、流量等信息，并可以进行可视化展示，以便更好地观察分析。

在地形分析中，我们通常需要用到的参数有坡度、坡向、流量等。

三、课程设计流程图以下是本次课程设计的流程图，旨在便于理解设计流程，实现高效操作。

st=>start: 开始op1=>operation: 选择DEM数据op2=>operation: 预处理数据op3=>operation: 插值处理数据op4=>operation: 制作数字高程模型op5=>operation: 进行地形分析op6=>operation: 得到地形数据e=>end: 结束st->op1->op2->op3->op4->op5->op6->e四、总结通过本次课程设计，我们深入了解了数字高程模型的制作和地形分析的方法，掌握了使用ArcGIS软件进行数字高程模型制作、地形分析的技巧，提升了我们的实践能力和分析能力。

实验一数字地形模型数据内插 (2)内容与步骤： (2)实验二使用GEOTIN生产DEM产品 (4)内容与步骤： (4)实验三利用立体影像进行DEM建模与编辑 (6)内容与步骤： (6)实验一数字地形模型数据内插目的：1、理解数字地形模型的数据源2、掌握格网数字地形模型的建立实习软件：Surfer、MapInfo内容与步骤：一、数据导出在MapInfo中打开等高线表文件(*.tab)，导出外部交换文件(*.mif)。

Table->Export…二、数据转换与数字地形模型的生成由于SURFER软件在格网化时，只接受XYZ文件。

因此，需要用数据转换工具将*.mif 文件转换成XYZ格式的*.txt文件。

打开数据转换工具，选择源文件等高线*.mif，保存目标文件*.txt。

GOLDEN软件公司的SURFER是一个功能比较完善而且所占空间较小的图形分析软件包，非常适合处理量较小的数字地形模型分析。

因此,我们在形成TXT文件后直接进入SURFER中处理，采取一定的内插方法将离散数据格网化。

在SURFER中，内插方法多达九种。

用户可根据不同的情况选用不同的内插方法。

我们采用九种方法各内插一次。

三、数字地形模型的应用1、三维立体图的生成Grid->Data…,载入*.txt点文件，缺省保存为文件名.grd。

打开Base Map，选择*.mif，是数字化的等高线图。

打开Contour Map,选择*.grd，是离散点内插后生成的等高线图。

两张等高线图叠加，比较两者的符合情况。

Option中可以填充等高线之间的颜色以及使等高线光滑。

Level中可以加入等高线，并保存设置。

打开Wireframe Map，可生成三维立体图（基于格网的表面模型）。

2、坡度、坡向图的绘制在SURFER中，在GRID菜单中的Calculus命令下有一个专用的地形分析模块，可以计算坡度、坡向值。

在SURFER计算坡向中，0度表征北，90度表征东。

课程设计
课程名称：数字高程模型
设计题目：ArcGIS环境下的数字高程模型生成与信息提取学院：国土资源工程学院
专业：地信
年级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
日期：
教务处制
一简述DEM生成过程：
1.首先要准备好相关地形的等高线数据。

2.打开ArcMap，选择功能:Tools(顶部)——Extensions (可将里面的全部打钩)。

3.在菜单栏面板的空白处单击鼠标右键，选择3D Analysis,出现3D Analysis工具条。

4.单击3D Analysis——Options，在Working选项中设置好工作路径。

5.单击出现的工具条的3D Analysis——create/modify Tin——create Tin from features
6.将左边的数据选择你的等高线,右边的属性选择你的建立tin 的属性,下面写好输出tin的位置. 到此tin就建立好了。

7.单击出现的工具条的3D Analysis——convert——tin to raster 选好好需要的,点OK.到这里才是建立了DEM。

生成好的DEM
二提取坡度、坡向等相关信息：
单击Spatial Analyst模块的下拉箭头，选择Surface Analysis，我们可以看见例如坡度、坡向、等值线等其他表面分析，单击Slope，分析对象选择DEM数据集，设置相关属性和输出路径，生成坡度数据集。

生成好的坡度分析图
我们还可以选择其他的表面分析，单击Aspect，分析对象选择DEM数据集，
设置相关属性和输出路径，生成坡向数据集。

生成好的坡向分析图。

数字高程模型应用设计摘要随着地理信息系统的发展，数字高程模型(DEM)得到了广泛的应用，已经成为了地理信息系统的一个重要组成部分。

本文就DEM建立的方法原理与模型进行了系统的探讨与研究，分析并比较了国内外建立DEM的各种方法。

详细探讨了基于等高线数据建立DEM的方法，并对等高线生成TIN构建格网DEM的方法展开分析，然后对其精度进行了探讨。

最后，用ArcScene对该方法进行了算法实现，通过实际使用证明该算法速度快，满足精度要求。

应用关键词:数字高程模型(DEM)，等高线，等高线构建TIN法，ArcScene软件，精度目录1. 绪论 (3)1.1 前言 (3)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 本课题的主要研究内容 (6)2 DEM生成方法概述 (7)2.1数字高程模型的数据获取 (7)2.2 DEM的建模方法 (13)3 基于等高线生成DEM (16)3.1 基于等高线生成DEM方法概述 (16)3.2等高线构建TIN生成DEM法 (22)4 等高线生成DEM的实现与精度分析 (31)4.1 等高线生成DEM的实现过程 (37)4.2 DEM质量分析 (38)5 结论与展望 (40)5.1论文结论 (40)5.2 展望 (40)1. 绪论1.1 前言自上世纪50年代以来，随着科学技术特别是计算机技术和现代数学的发展，各种地形的表达方法己经逐渐从数字化的表达形式发展到了地形模拟表达形式。

于是数字地面模型(DTM, Digital Terrain Model)应运而生。

其概念是由美国麻省理工学院摄影测量实验室主任ler教授提出来的。

此后，这一概念在多个行业被广泛应用。

数字地面模型是地形表面形态属性信息的数字表达，是利用任意坐标系中大量选择的己知X, Y, Z的坐标点对连续地面的简单统计表示。

从数学的意义上来说，DTM是定义在某区域上的n 维向量有限序列:{Vi i=1，2... n} 居中，编号其中一个m维向量Vi抓Vi1,Vi2,...,Vm1表示地形、资源、环境、土地、人口等多种信息的定性或定量的描述;如果Vi的分量为Xi，Yi ，Zi((X, Y) ∈D)，其中(Xi，Yi)表示某个点的平面坐标，Zi 表示在该点的地形高程，那么此时DTM就称为数字高程模型DEM (Digital Elevation Model)，由此可看出DEM其实是DTM的一个地形分量。

gis专业《数字高程模型》课程教学研究GIS专业的“数字高程模型”课程是一门重要的理论与实践相结合的课程，在GIS专业的学习中占重要的位置，深受师生们的重视。

然而，以往的教学研究中，普遍存在着一些问题，如没有很好地结合实践，缺乏对学员实际业务情况的考虑，没有很好地结合实践，教学研究较少有实践意义，等等。

因此，有必要对“数字高程模型”课程进行有效的教学研究，以提升GIS专业师生的实践素养，提升GIS专业教学水平。

二、研究内容1、研究目的本次教学研究的目的是深入理解“数字高程模型”的实践机制，以及如何运用“数字高程模型”来改善GIS专业的实践能力，运用“数字高程模型”进行实际业务操作来探讨GIS专业“数字高程模型”的实践教学方法。

2、方法本次研究采用内容分析法，对GIS专业“数字高程模型”实践教学方法进行分析，将课程实践教学中存在的问题进行总结和研究，分析出存在问题的原因，提出实践教学的建议。

3、结果本次研究发现，在GIS专业“数字高程模型”的课堂实践教学中，存在着各种问题，如任务与实践脱节，缺乏实际应用案例，模型建立难度较大，实际应用不能预期等。

同时，本次研究还提出了相关实践教学的建议，如：重视实际应用，建立数字高程模型，注重实践和理论结合等。

三、研究结论1、数字高程模型是一项重要的GIS专业实践技能，是GIS应用的重要手段之一。

2、在教学中，应注重理论和实践的结合，重视实际应用，加强实践教学，积极探索“数字高程模型”的实践教学方法。

3、实践教学的研究有利于丰富GIS专业的实践教学内容，极大地丰富了实践教学模式，有利于培养学生的实践能力，提升GIS专业教学水平。

四、总结本次研究以GIS专业“数字高程模型”课程教学研究为目的，采用内容分析法，由此发现，GIS专业“数字高程模型”在实践教学中存在着一些问题，如没有很好地结合实践，缺乏对学习者实际业务情况的考虑，任务实践脱节等。

本次研究也提出了相关实践教学的建议，如：重视实际应用，建立数字高程模型，注重实践和理论结合等。