数字地形模型分析82页PPT

程〕
1〔点号〕,99813.524〔X坐标〕,100012.622〔X坐 标〕,990.587〔高程〕, 2,99814.945,100019.304,990.863,
CASS测图软件数据格式
点号，地物代码，Y坐标，X坐标，高程 1,,3410073.6,37515842.4,54.40 2,,3410077.5,37515858.2,48.70 3,,3410072.6,37515882.8,38.40 4,,3410067.0,37515904.4,24.10 5,,3410062.8,37515921.7,16.00 6,,3410061.4,37515935.0,14.40 7,,3410059.9,37515956.8,13.20
〔5〕属性数据精度：描画每个地形要素特征
〔6〕逻辑一致性：指各要素相关位置应正确，并能 正确反映各要素的分布特点及密度特征。线段相交， 无悬挂或过头景象，面状区域必需封锁等。
〔7〕完备性：指各种要素不能有脱漏或反复景象， 数据分层要正确，各种注记要完好，并指示明确等。
〔8〕数字地形图模拟显示时，其线划应光滑、自然、 明晰、无抖动、反复等景象。符号应符合相应比例 尺地形图图式规定。注记应尽量防止压盖地物，其 字体、字大、字向等普通应符合地形图图式规定。
xi xi x yi yi y
然后，删除原来的图形，按新的坐标重新绘制图形， 并存入文件。 3. 旋转
有方向要求的独立符号、某些土质符号和植被符 号、注记，当其方向不合要求时，可以进展旋转。
旋转是围绕符号的定位点旋转。在选中旋转对象 后，给出方向线到适宜的位置。设旋转角为△α ， 那么图形各点新的坐标为
优点：野外作业效率高
缺陷：不直观，易于出 错

系统功能:
▪ DEM数据的高程分层设色显示 ▪ DEM数据与影像数据联结三维场景显示 ▪ 三维静态场景的输出功能 ▪ 三维动态飞行场景的录制与播放功能 ▪ 简单DEM模型分析功能
GIS 电子沙盘 ——高程分层设色
GIS DEM应用举例 ——城市景观
城市景观系统通过运用数字技术构造出某一区域的 虚拟场景来辅助人们进行观测, 是一个可视现实和虚拟 现实集成的系统。
垂直线 典型线
山脊线 谷底线 海岸线 坡度变换线
GIS 3.DEM的表示法
数学方法 整体拟合方法, 即根据区域所有的高程点
数据, 用傅立叶级数和高次多项式拟合统 一的地面高程曲面 局部拟合方法, 将地表复杂表面分成正方 形规则区域或面积大致相等的不规则区 域进行分块搜索, 根据有限个点进行拟合 形成高程曲面
➢DEM的表示方法
➢一个地区的地表 高程的变化可以
采用多种方法表
达
DEM 表示方法
➢用数学定义的表 面或点、线、影 像都可用来表示 DEM
数学方法 图形法
整体 局部 点数据
线数据
傅立叶级数 高次多项式
规则数学分块
不规则数学分块
密度一致
规则
密度不一致
不规则 典型特征 水平线
三角网 邻近网 山峰、洼坑
隘口、边界
点信息
ID
边1 边2 边3
1
E1
E3
E9
2
E2
E3
E4 面
3
E4
E5
E6
信 息
4
E6
E7
E8
5
E7
E9
E10
ID
起点
终点
左多 边形
右多 边形

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5.1.3 通视分析
5类通视问题 已知一个或一组观察点，找出某一地形的可见区 域。 欲观察到某一区域的全部地形表面，计算最少观 察点数量。 在观察点数量一定的前提下，计算能获得的最大 观察区域。 以最小代价建造观察塔，要求全部区域可见。 在给定建造代价的前提下，求最大可见区。
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基于网格dem的通视算法
1）点对点通视 2）点对线通视 3）点对区域通视
ppt课件
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1）点对点通视
已知视点V坐标为（x0,y0,z0），以及P点坐标（x1,y1,z1）。 DEM为二维数组Z[M][N]，则V为（m0,n0,Z[m0,n0]），P为 （m1,n1,Z[m1,n1]）。计算过程如下： 使用Bresenham直线算法，生成V到P的投影直线点集{x , y}，K=||{x , y}||, 并得到直线点集{x , y}对应的高程 数据{Z[k], ( k=1,...K-1 )}，这样形成V到P的DEM剖面 曲线。 以V到P的投影直线为X轴，V的投影点为原点，求出视线在 X-Z坐标系的直线方程： H [k ] Z [m0 ][n0 ] Z [m1 ][n1 ] k Z [m ][n
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2.2 等高线模型
每一条等高线对应一个已知的高程值，这样一系 列等高线集合和它们的高程值一起就构成了一种 地面高程模型—等高线模型。 等高线通常被存成一个有序的坐标点对序列 需要一种插值方法来计算落在等高线外的其它点 的高程 等高线通常可以用二维的链表或图来存储
ppt课件
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不规则三角网（TIN）数据存储方式
• TIN的数据存储方式比格网DEM复杂，不仅要存储 每个点的高程，还要存储其平面坐标、节点连接 的拓扑关系，三角形及邻接三角形等关系。 TIN模 型在概念上类似于多边形网络的矢量拓扑结构， 只是TIN模型不需要定义“岛”和“洞”的拓扑关 2 1 1 X Y Z 系。 顶点 邻接三角形

DTM (Digital Terrain Model)数字地形模型
50年代由MIT摄影测量实验室提出，是用数字形 式描述地形表面的模型。实质上这是对地面形态和属 性信息的数字表达。 DEM(Digital Elevation Model)数字高程模型
当DTM模型中数字属性为高程时称DEM模型，即 数字高程模型。
1) 数据采集的精度
由于实际地形无一定数学规律可循，因此，影响 DEM精度的主要因素是原始数据的获取，其中主要 包括:
数据采集的密度;
数据采集位置（选点）。
注意:任何一种内插方法均不能弥补由于取样不当所造 成的信息损失。
2) 数据采集的方法
(1)人工网格法 将地形图蒙上格网，逐格读取中心或角点的高
数字地面模型
（Excellent handout training template）
7.1 数字地面模型概述
地理空间实质是三维的，只是人们通常在二维地 理空间上描述并进行分析。如在土地利用，土地分 级等问题上，都用平面专题图来描述。
数字地面模型的提出，从时间上实际上早于GIS， 但GIS的发展大大促进人们对数字地面模型的研究。
1）数据结构简单，算法实现容易，便于空间操作 和存储。尤其适合在栅格数据结构的GIS系统中。
2）容易计算等高线、坡度、坡向、自动提取地域 地形等。
规则格网是DEM最广泛使用的格式。目前，很多 国家都以规则格网的数据矩阵作为DEM提供方式。
规则格网数据模型的缺点： 1）数据量大，通常采用压缩存储
无损压缩存储，如游程编码、链码、四叉树编码； 有损压缩存储，如离散余弦（DCT Discrete Cosine Transformation), 小波变换（Wavelet Transformation)

井测量、GPS技术、钻孔勘探、物理勘探技术 2. 面方式：摄影测量、遥感技术、 Nhomakorabea光扫描技术、
集成传感技术 3. 体方式：CT扫描、3D地震技术 室内获取方式： 1.点方式：坐标量算、手扶数字化 2.面方式：扫描数字化
空间数据分类获取方法
1. 2D(x,y)： 天文测量、大地测量、工程测量、 地图数字化、遥感
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27
11.此时，在Excel中有两个表，一个是点的坐标值，一个是 点的属性值（高程），根据点ID，将两个表合并
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数字地形建模方法
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地上
地表 地下
天气
空气质量
地下 商场
地铁
地下 停车场
人防 工程
地下管线
地下构造与自然资源
DTM概念
• DEM，(Digital Elevation Models)，是国家基础 空间数据的重要组成部分，它表示地表区域上地 形的三维向量的有限序列，即地表单元上高程的 集合，数学表达为：z=f(x，y)。
• 其基本思想：运用Delaunay-TIN三角网的 空外接圆性质对两个公共边的三角形组成 的四边形进行判断，如果其中一个三角形 的外接圆中含有第四点，则交换四边形的 对角线。
局部优化过程，local optimal procedure ，LOP
LOP局部优化过程
• 热点应用--三角网数字地面模型快速构建算法研究
• 步骤 • 1. 给等高线加属性数据
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17
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19
实例步骤
• 2. 打开“MapGIS 6.7”——“图形处理”— —“输入编辑”，打开工程，将等高线另 存为”等高线.wl”，同时把图上非等高线 的元素删除；
• 3. 提取等高线上的点：打开“MapGIS 6.7”——“空间分析”——“DTM分析”， “文件”——“打开数据文件”——“线数 据文件”，打开”等高线.wl”文件。如果 区域内看不到图，鼠标右键选择“复位窗 口”；

3）立体像对法 资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光
4）曲面拟合法
根据有限个离散点的高程，采用多项式或样条函数求得拟合公式，再逐个计 算各点的高程，得到拟合的DEM。可反映总的地势，但局部误差较大。 可分为： 整体拟合：根据研究区域内所有采样点的观测值建立趋势面模型。特点是不 能反映内插区域内的局部特征。 局部拟合：利用邻近的数据点估计未知点的值，能反映局部特征。
5）等值线插值法
资料来源 于张超主 编的《地 理信息系 统教程》 所配光盘
三、DEM 的应用
（一） 基于DEM的信息提取 1、坡度 定义为地表单元的法向与Z轴的夹角，即切平面与水平面的夹角。
在计算出各地表单元的坡度后，可对不同的坡度设定不同的灰度级，可得 到坡度图。 2、坡向
坡向是地表单元的法向量在水平面上的投影与X轴之间的夹角， 在计算出每个地表单元的坡向后，可制作坡向图，通常把坡向分为东、南、 西、北、东北、西北、东南、西南8类，再加上平地，共9类，用不同的色彩 显示，即可得到坡向图。 （Grid DEM上制作坡度、坡向图） 3、地表粗造度（破碎度） 是反映地表的起伏变化和侵蚀程度的指标，一般定义为地表单元的曲面面积 与其水平面上的投影面积之比。 4、高程变异分析
返回
二、DEM建立 1、数据获取与处理
1）数据采集
选点采集
沿断面采集
资料来源于张超主编的《地理信 息系统教程》所配光盘
2) 数据处理 资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘
2、DEM 生成
1）人工网格法 在地形图上蒙上格网，逐格 读取中心点或交点的高程值。
2）三角网法
对有限个离散点，每三个邻近点 联结成三角形，每个三角形代表 一个局部平面，再根据每个平面 方程，可计算各格网点高程，生 成DEM。

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500 6 573.25 573.80 575.55 578.10 579.67 580.00 400 11 571.20 571.83 573.15 575.15 577.05 580.08 582.85 584.60 584.42 582.83 582.00
358.55 357.45 356.50 355.95 356.63 358.38
C D

ZP a00 a10 X P a01YP a11X PYP 153 .39m
42
2、双三次多项式内插
Y
C(0,1) 6
D(1,1)
7
P(X,Y ) 5
8 A(0,0)
4
X
B(1,0)
7
Z
Y
6
C(0,1)
P
5
D(1,1)
4
8
A(0,0)
B(1,0) X
1
2
3
1
2
3
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《摄影测量学》第七章
第三节 数字高程模型的内插方法
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主要内容
线性内插方法 移动曲面内插方法 双线性多项式内插方法 多面函数内插方法
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2020/1/11
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概述
DEM内插就是根据参考点上的高程求出其它特定点的高程。内插特点： （1）整个地球表面的起伏形态不可能用一个简单的低次多项式来拟合，而 高次多项式的解不稳定且会产生不符合实际的振荡 （2）地形表面既有连续光滑的特性，又可能有由于自然力或人为地原因产 生地形的不连续。 （3）由于计算机内存的限制，不可能同时对很大的范围进行内插数字地面 模型。
统的各个环节
11
著名的DTM软件包
德国Stuttgart大学研制的SCOP程序 Munich大学研制的 HIFI程序 Hannover大学研制的TASH程序

第一节 数字高程模型的概念和表示
一、DTM和DEM的概念
DTM 是描述地形表面形态空间位置和地形属性 分布的有序数值阵列。DTM以离散分布的平面点 来模拟连续分布的地形。 数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模 型（DEM）。被描述的地形属性还可是地理空间 上的污染负荷量、绿化率、降雨量、气温、人口密 度等。DEM是DTM的子集，是DTM的一个特例。
1）规则格网模型
对于每个格网的数值有两种 不同的解释：
第一种是格网栅格观点 第二种是点栅格观点
1）规则格网模型
优点： 很容易用计算机进行处理 很容易的计算等高线、坡度、坡向、山体 阴影、自动提取流域地形。
1）规则格网模型
缺点： 地形简单区域存在大量数据冗余，数据量 过大，管理不便 不改变栅格大小，则无法适用于起伏程度 不同的区域 格网不能准确的表示地形结构和细部（格 网的值是网格单元的平均值或中心点处的 值）。为弥补缺憾，附加地形特征点、山脊 线、山谷线以描述地形结构。
2）等高线模型
等高线模型表示高程，高程值的集合是已知的， 每一条等高线对应一个已知的高程值，这样 一系列等高线集合和它们的高程值一起就构 成了一种地面高程模型。
2）等高线模型
等高线是表示地形最常见的形式。 其它的地形特征线也是表达地面高程的 重要信息源，如山脊线、谷底线、海岸线 及坡度变换线等。 等高线通常被存储成一个有序的坐标点 序列，可以认为是一条带有高程值属性的 简单多边形或多边形弧段。
3）不规则三角网（TIN）模型 不规则三角网（Triangulated Irregular Network, TIN）是另外一种表示数字高程模型 的方法[Peuker等，1978]，它既减少规则格网 方法带来的数据冗余，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。

DEM，(Digital Elevation Models)，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，它表示地表区域上地形的三维向量的有限序列
，即地表单元上高程的集合，数学表达为：z=f(x，y)。
DEM功能与应用需求的关系
●数字地形模型(Digital 数字高程模型的概念与理解
DEM功能与应用需求的关系
?DEM及地学分析?第一章
第一节
地表形态表达：从模拟到数字
数字地面模型与其他学科的关系
测绘 遥感 军事 水文 土木工程 农林规划 地质
第二节 数字高程模型的概念与理解
2、数字高程模型定义
DEM，(Digital Elevation Models)，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， 它表示地表区域上地形的三维向量的有限序列， 即地表单元上高程的集合，数学表达为：z=f(x，
DEM数据采样的根本原那么是通 过最少的采样点来恢复和重建 地形外表
2.空间数据内插方法
空间数据内插技术实现了在离散采样点 根底上的连续外表建模，同时也可对未 采样点处的属性值进行估计，是分析地 理数据空间变化规律和趋势的有力工具。
DEM作为一类特殊的统计外表，高度逼 真的地形建模技术和快速的内插算法是 DEM研究领域长期以来的追求目标。
非地形特性应用〔重力、气压、磁场、降水、地价、土壤类型、工农业产值 〕
2、数字高程模型定义 从技术角度地形可视化有静态可视化和交互式动态可视化两种〔〕
1、基于DEM的信息提取
然后按选定的垂直比例尺和水平比例尺，按距离和高程绘出剖面图。
2、等高线的绘制 可视化〔Visualization〕是指运用计算机图形图像处理技术，将复杂的科学现象、自然景观以及十分抽象的概念图像化，以便理解现象，观察

297×420
A4
210×297
精选ppt
8
3、操作方式
点方式：按一下定标器的一个键，定 标器十字丝交点在数字化板上的位置 （x,y)输入计算机。 开关流式 ：按住鼠标的键不放，移动 鼠标，它在图板上移动的轨迹，将以x,y 坐标串的形式连续输入计算机，放开按键， 鼠标停止工作。
精选ppt
9
3、操作方式
➢ 欲处理：由于图纸不干净、线不光滑以及 受扫描、摄像系统分辨率的限制，使扫描 出来的图像带有黑色斑点、孔洞和毛刺等 噪声。采用噪声和边沿平滑的方法除去这 些噪声。
➢ 细化：将扫描图中的线划减细为分辨单元 宽的线划。
精选ppt
43
3、扫描矢量化的步骤
➢ 矢量化：将栅格数据转换为矢量数 据。
➢ 断线修复：由于扫描质量的影响或 删除了某些符号造成一些矢量线不 连续，连接断线即为断线修复。
精选ppt
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补充：扫描系统
扫描仪
连接扫描仪和计算机的SCSI讯号线； 控制扫描仪的工作软件，它是建立于扫描
仪和应用程序之间的桥梁； 图像编辑软件、光学文件识别软件和印制
板图形自动识别软件等；
显示彩色或灰色图像的显示器；
输出设备：黑白或彩色激光打印机、热升 华打印机，图文输出机或其它彩色打印设
BMP，CALS，TIFF CCITT G3&G4，JPEG等格式
外，在二值扫描时还可以直接存储为打印机接受的
绘图文件格式－HP RTL格式。件还可以随时对扫
描仪进行色彩校准。
精选ppt
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scan软件操作
打开程序：
开始-程序-colorstra-scanman
参数调整：
Justi---side\centre

– 利用DEM矩形格网点的高程内插出格网边上的等高 线点，并将这些等高线点排序；
2、等高线光滑： – 进一步加密等高线点并绘制光滑曲线。
3.基于DEM的等高线的绘制
3.基于DEM的等高线的绘制
4.基于DEM的可视化分析
基于DEM的可视化分析 – 剖面分析 – 通视分析 – 地形三维图绘制 – 地貌晕渲图绘制 – 地形三维可视化
地形分析：坡度、坡向与曲率
坡度、坡向与曲率的连续函数数学表达
设地形曲面为：z f (x, y)
坡度：Slope arctg
f
2 x

f
2 y
坡向：Aspect 180 arctg f y 90 f x
fx
fx
剖面曲率：Prof
ileCurturv e


f xx
f
2 x
(
f
2 x
北：y
e1 e2 e3
e4 c0 e5
x
e6 e7 e8
Horn算法
坡向：Aspect
坡向值有如下规定：正北方向为0°，顺时针方向计算， 取值范围为0°～360°。
坡向可在DEM数据中直接提取。求出坡向有与y轴正向 和y轴负向夹角之分，此时就要根据fx和fy的符号来进一 步确定坡向值。
通视分析
通视分析：是指以某一点为观察点，研究某一区域通视 情况的地形分析。
剖面分析
意义： – 以线代面，研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势 变化、地质构造、斜坡特征、地表切割强度等。 – 如果在地形剖面上叠加其它地理变量，可以提供土 地利用规划、工程选线和选址等的决策依据。
剖面分析
绘制数据 剖面图高程的插值
– 对于格网DEM,可通过其周围的4个格网点内插出， – 对于三角网DEM,可通过该点所在的三角形的三个顶

28 29 32 30 29 31 35 34 27 29 31 32 30 33 34 33 26 27 30 35 33 31 32 30 24 25 29 32 38 30 32 29 24 23 26 30 35 32 31 30 23 22 27 30 33 31 29 28 24 23 26 27 31 30 26 25 20 19 25 24 30 26 28 24
地理信息系统
1
第六章 数字地形分析
概述 DEM的主要表示模型 DEM模型之间的相互转换 DEM的建立 DEM的分析与应用
地理信息系统2
数字地 形分析
6.1 概述
6.1.1 DTM和DEM
1、DTM（Digital Terrian Model）
DTM即数字地面（形）模型。它是地形表面形 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是在空间数据 库中存储并管理的空间地形数据集合的统称。
地理信息系统17
数字地
形分析 2、从离散点生成格网
方法
① 由离散点直接内插 ② 先构成不规则三角网，再进行内插
地理信息系统18
数字地 形分析
3、从等高线生成格网
①等高线离散化法
将等高线离散化后，采用从随机到栅格的转换 方法可形成格网DEM，这种方式很简单，思路 直观，但可能会出现一些异常情况，比如一些 格网值会偏离实际地形情况。
顶点的存放方式：id码，坐标值，指向相邻顶 点的参数。
地理信息系统26
数字地 形分析
不规则三角网
No P1 P2 P3
11
2
3
21
3
4
34
5
1
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