1格网数字高程模型

不规则三角网（TIN）Ⅰ 数字高程模型（DEM）地球表面高低起伏，呈现一种连续变化的曲面，这种曲面无法用平面地图来确切表示。

于是我们就利用一种全新的数字地球表面的方法——数字高程模型的方法，这种方法已被普遍广泛采用。

数字高程模型即DEM（Digital Elevation Model），是以数字形式按一定结构组织在一起，表示实际地形特征空间分布的模型，也是地形形状大小和起伏的数字描述。

DEM有三种主要的表示模型：规则格网模型，等高线模型和不规则三角网。

格网（即GRID）DEM在地形平坦的地方，存在大量的数据冗余，在不改变格网大小情况下，难以表达复杂地形的突变现象，在某些计算，如通视问题，过分强调网格的轴方向。

不规则三角网（简称TIN，即Triangulated Irregular Network）是另外一种表示数字高程模型的的方法（Peuker等，1978），它既减少了规则格网带来的数据冗余，同时在计算（如坡度）效率方面又优于纯粹基于等高线的方法。

不规则三角网能随地形起伏变化的复杂性而改变采样点的密度和决定采样点的位置，因而它能够避免地形起伏平坦时的数据冗余，又能按地形特征点如山脊，山谷线，地形变化线等表示数字高程特征。

Ⅱ TIN的基本知识在TIN中，满足最佳三角形的条件为：尽可能的保证三角形的三个角都是锐角，三角形的三条边近似相等，最小角最大化。

TIN 是基于矢量的数字地理数据的一种形式，通过将一系列折点（点）组成三角形来构建。

形成这些三角形的插值方法有很多种，例如Delaunay 三角测量法或距离排序法。

ArcGIS 支持Delaunay 三角测量方法。

TIN 的单位是英尺或米等长度单位，而不是度分秒。

当使用地理坐标系的角度坐标进行构建时，Delaunay 三角测量无效。

创建TIN 时，应使用投影坐标系（PCS）。

TIN 模型的适用范围不及栅格表面模型那么广泛，且构建和处理所需的开销更大。

获得优良源数据的成本可能会很高，并且，由于数据结构非常复杂，处理TIN 的效率要比处理栅格数据低。

1、数字高程模型：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（简称DTM)的一个分支，是表示区域D上的三维向量有限序列。

2、DTM：数字地形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，是带有空间位置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。

3、TIN：不规则三角网，通过从不规则分布的数据点生成的连续三角面来逼近地形表面。

4、测绘4D产品（即DLG数字线划图、DRG数字栅格影像、DEM、DOM数字正射影像）：DLG：现有地形图上基础地理要素分层存储的矢量数据集。

数字线划图既包括空间信息也包括属性信息。

DRG：数字栅格地图是纸制地形图的栅格形式的数字化产品。

DEM：数字高程模型是以高程表达地面起伏形态的数字集合。

DOM：数字正射影像利用航空相片、遥感影像，经象元纠正，按图幅范围裁切生成的影像。

5、连续不光滑DEM：指每个数据点代表的只是连续表面上的一个采样值，而表面的一阶导数或更高阶导数不连续的情况。

6、数字地貌模型：是地貌形体及其空间组合的数字形式，是一维、二维、三维、四维空间地貌的可视描述和模拟。

7、DEM误差：DEM高程值与真实值的差异9、插值：根据不同数据集的不同方式，DEM建模可以使用一个或多个数学函数对地表进行表示。

根据若干相邻参考点的高程求出待定点上的高程值。

（内插）14、不规则镶嵌数据模型：用相互关联的不规则形状与边界的小面块集合来逼近不规则分布的地形表面15、行程编码结构：对于一幅栅格图像，常常有行或列方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容，即只在各行或列数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数，从而实现压缩16、细节层次模型：对同一个区域或区域中的局部使用具有不同细节的描述方法得到的一组模型。

第9章数字高程模型9.1 数字高程模型建立一、GRID模型建立1、GRID模型建立方法（1）点数据—“离散数据网格化”—直接形成规则网GRD高程文件。

（2）线数据—“离散数据网格化”—直接形成规则网GRD高程文件。

（3）点文件、线文件—“高程点线数据栅格化”—直接形成规则网GRD高程文件。

2、点数据（带有高程属性值的高程点离散数据）生成GRID过程（1）附加数据库并添加图层（2）离散数据网格化3、线数据生成GRID过程（1）添加图层（2）离散数据网格化二、TIN模型建立1、TIN模型建立的方法（1）点数据—“生成三角剖分网”—直接形成三角网高程文件。

（2）线数据—“生成三角剖分网”—直接形成三角网高程文件。

（3）点数据、线数据—“高程点/线三角化”—直接形成三角网高程文件。

2、利用点数据创建TIN（1）添加图层（2）生成三角剖分网（3）调整三角剖分网3、利用矢量数据生成TIN（1）“TIN构建—高程点/线三角化”（2）生成TIN4、生成约束三角剖分网（1）添加数据层，增加字段。

（2）赋值约束特征码（3）高程点/线三角化三、TIN转GRID（1）TIIN分析—TIN转换为DEM（2）查看NewGrid9.2 地形因子分析一、坡度1、在GRID中进行坡度分析（1）附加数据库添加图层（2）数据分析—地形因子分析（3）查看新生成的图层二、坡向1、在GRID中进行坡向分析（1）添加图层（2）数据分析—地形因子分析（3）查看新生成的图层三、粗糙度（1）添加图层（2）数据分析—地形因子分析（3）查看新生成的图层四、沟脊值（1）添加图层（2）数据分析—地形因子分析（3）查看新生成的图层五、曲率（1）添加图层（2）数据分析—地形因子分析（3）查看新生成的图层9.3 可视性分析一、连线可视性分析（1）附加数据库，添加图层（2）数据分析—连线可视性分析（3）单击“可视分析”红色—不可视，绿色—可视。

二、全局可视性分析（1）添加图层，并设置当前编辑。

格网数字高程模型武汉大学测绘学院 潘正风一．格网DEM （Digital Elevation Model ）生成1．由离散点求格网点高程若网格点的坐标为 0x ，0y ，在搜索圆内某数据点的坐标为 i x ，i y ，该点到网格点的距离为:()()2020y y x x D i i i -+-=则网格点的高程为()()∑∑=iiiD D z z 1 或 ()()∑∑=22/1/iiiD D z z2．由三角网转换成格网DEM按线性插值计算格网点高程： ()()()()213131212131312112131312111y x y x x z x z y y z y z y x x z z ---+---=式中，1221x x x -=，1331x x x -=，1221y y y -=，1331y y y -=，1221z z z -=，1331z z z -=。

3．等高线内插法二．数字高程模型的应用 1．计算单点高程D C B A P z Ly L x z L y L x z L y L x z L y L x z ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⋅+⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=11112．计算地表面积地表面积的计算即为各网格的表面积之和。

引入一个高程点，构成4个表面空间三角形，三角形面积为：()()()321S P S P S P P A ---= 式中，()32121S S S P ++=，222z y x S i ∆+∆+∆=。

3．计算体积按四棱柱或三棱柱体积计算332133A h h h V ++=4432144A h h h h V +++=4．绘制剖面图5．坡度计算使用3×3的格网窗口，每个窗口中心为一个高程点。

窗口在DEM 数据矩阵中连续移动后完成整幅图的计算工作。

22arctan ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=y z x z α 式中，x z z x z j i j i ij ∆-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-+21,1,，y j z z y z i j i ij∆-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-+2,1,1。

2。

1数字高程模型建模数字高程模型有两种模式[4]，一种是不规则三角网模型TIN，另一种是规则格网模型Grid。

两种模型可以相互转换，但一般大规模的地形都采用规则格网模型。

格网数字高程模型的建模方法可以有多种，最常用的方法是数字摄影测量方法，通过影像匹配自动生成数字高程模型。

当得不到立体影像，仅有地形图时，通常采用对现有地图进行扫描，获得矢量化等高线，再由等高线内插成数字高程模型。

当然，我们也可以通过外业测量的方法，获得大量高程点三维坐标，再内插成数字高程模型。

地面纹理影像可以从现有航空影像或航天遥感影像获得，也可根据地面物体的特征，人工赋予相应的纹理影像。

但不管用哪种方法，都要先将原始影像处理成数字正射影像，它有一致的比例尺，消除了投影误差，坐标与数字高程模型一致。

这样经过处理的数字正射影像才能与数字高程模型匹配，形成真实的景观模型。

由原始影像处理成数字正射影像可以有多种方法，通常有数字摄影测量方法和单片微分纠正方法。

不论哪种方法都是消除像片倾斜和投影差的过程，都要进行绝对定位使之归化比例尺和地面坐标。

2。

3三维建筑结构数据的获取与处理三维建筑结构是指房屋建筑、路桥、油罐、电视塔等各种三维实体，获得这些三维目标的框架数据主要有两种方法。

一种是用数字摄影测量方法，在立体模型上采集建筑物的框架坐标，然后通过建模软件将它们构造成体对象。

另一种方法是采用三维设计软件，如3Dmaxs，Multigen，Microstation等软件。

将设计好的三维实体导入并定位于地形景观模型中。

无论哪一种方法，都要对数据进行检核，使它们的连线正确，以利于粘贴侧面纹理。

三维实体数据检核的过程如下:(1)拓扑结构检查。

通过对每一地物的三维模型与航测像对中的立体影像的比对，检查三维模型的拓扑结构是否正确。

(2)建筑物顶部同高检查。

在现实中建筑物顶面绝大部分表现为同高的情况，而这就需要对三维建筑物模型的顶面进行同高检查，从而使点与平面符合。