数字地面模型及其应用——表示方法

数字地面模型在水利水电工程设计中的应用数字地面模型（Digital Terrain Model，DTM）是通过对地形进行测量、采集和处理，生成地形高程数据的一种技术手段。

在水利水电工程设计中，数字地面模型的应用十分广泛，可以为工程规划、设计、施工和管理提供可靠的地形信息和数据支持。

数字地面模型可以提供准确的地形数据，为水利水电工程的规划和设计提供基础信息。

通过对地形进行测量和采集，可以获得具有高精度的地形高程数据，包括地面的高程、坡度、坡向等参数。

这些数据对于确定工程的布置、确定水流方向和确定水流速度等都起到了至关重要的作用。

在水利水电工程的规划和设计过程中，数字地面模型可以提供直观、准确的地形信息，为工程师制定合理的设计方案提供参考依据。

数字地面模型可以用于水利水电工程的水文模拟和水力计算。

水文模拟是指通过对流域的水文过程进行数学模型的构建和模拟，从而获取流域径流过程的信息。

而水力计算则是根据流体力学原理和流体动力学方程，对水流在工程中的流动过程进行计算和分析。

数字地面模型中的地形数据可以作为水文模型和水力计算模型的输入数据，通过模拟和计算，可以得到水利水电工程中涉及的水流、水位、流速等参数信息，为工程设计和施工提供科学的依据。

数字地面模型还可以用于水利水电工程的可视化展示和效果演示。

通过将数字地面模型与工程模型进行结合，可以实现工程的三维可视化展示。

在工程设计和施工过程中，通过对数字地面模型的渲染和表达，可以直观地展示工程的地形特征、工程布置和水流分布等情况，使工程师和相关人员能够更好地理解和把握工程的整体情况。

同时，数字地面模型还可以用于演示工程的施工过程和效果，通过虚拟的方式展示工程的建设过程和最终的效果，为工程管理和决策提供参考依据。

数字地面模型还可以为水利水电工程的运维管理提供支持。

在工程建设完成后，数字地面模型可以作为工程的基础数据，用于工程的运维管理和维护。

通过对数字地面模型的更新和维护，可以及时获取工程的地形变化信息，为工程的维护和管理提供科学依据。

《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；A 对客观存在的特征和变化规则的一种科学的概括（综合）和抽象。

基本特性：可量测性☪数学法则；一览性☪制图综合；直观性☪内容符号。

B 等高线地形图：用来准确描述地貌形态的地图。

特点：所有的地形信息都正交地投影在水平面上；用线化和符号表示缩小后的地物；地物高度和地形起伏信息有选择性的用等高线进行表达。

2. 熟练掌握影像表达地表形态的特点和优势；特点：周期短；覆盖面广；现势性强；能够重建实际地形的立体模型；能够进行精确的三维量测优势：细节丰富；成像快速；直观逼真；3. 熟练掌握模型的概念；熟练掌握模型的层次；模型：用来表现其它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。

模型的层次：建模的初级阶段：概念模型（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。

），模拟的模型：物质模型，基于数字系统的定量模型：数学模型（根据问题的确定性和随机性可分为函数模型和随机模型。

）。

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；概念：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。

狭义概念：DEM 是区域地表面海拔高程的数字化表达。

广义概念：DEM 是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。

数学上的：DEM 是定义在二维空间上的连续函数H=f (x,y)，即区域D 的采样点或内插点P j 按某种规则ζ连接成的面片M 的集合 数字高程模型的研究内容：地形数据采集；地形建模与内插；数据组织与管理；地形分析与地学应用；DEM 可视化； 不确定性分析和表达。

数字高程模型分类体系：5. 熟练掌握数字高程模型与数字地面模型的联系与区别；数字地面模型：描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值阵列。

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，是带有空间位置特征和地形属性特征的展开编辑本段基本介绍数字地形模型（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。

1．1 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。

高程模型最常见的表达是相对于海平面的海拔高度，或某个参考平面的相对高度，所以高程模型又叫地形模型。

实际上地形模型不仅包含高程属性，还包含其它的地表形态属性，如坡度、坡向等。

数字地形模型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。

数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）。

高程是地理空间中的第三维坐标。

由于传统的地理信息系统的数据结构都是二维的，数字高程模型的建立是一个必要的补充。

DEM通常用地表规则网格单元构成的高程矩阵表示，广义的DEM 还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。

1、数字高程模型的定义（DEM）：从狭义角度定义：DEM是区域地表面海拔高程的数字化表达。

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。

2、数字高程模型的研究内容：1)地形数据采样2）地形建模与内插3）数据组织与管理4）地形分析与应用5）DEM可视化6）不确定性分析与表达3、数字高程模型分类：按结构分类：基于面单元的DEM(规则结构：正方形、正六边形格网结构，其他；不规则结构：不规则三角网、四边形。

)、基于线单元的DEM、基于点的DEM；2）按连续性分类：不连续型DEM、连续不光滑DEM、光滑DEM；3）按范围分类：局部DEM、地区DEM、全局DEM；4、DEM基于操作应包括如下主要内容：1）高程内插，即给定一点的平面位置（x,y）,内插计算该点的高程H；2）拟合曲面内插，即对于一组已知点（x,y,z），通过曲面拟合，推求给定位置的高程；3）剖面线计算；4）等高线内插；5）可视区域分析；6）面积，体积计算；7）坡度，坡向，曲率计算；8）晕渲图；5、数字高程模型应用：科学研究应用：（DEM主要用在以下几个领域）1）区域，全球气候变化研究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。

商业应用：（数字高程模型的商业潜在用户分布在以下几个主要行业）1）电信2）空中交通管理与导航3）资源规划管理与建设4）地质勘探5）水文和气象服务6）遥感，测绘7）多媒体应用和电子游戏。

工业工程应用：主要包括电信，导航，航空，采矿业，旅游业以及各种工程建设如公路，铁路，水利等部门。

管理应用：主要有自然资源管理，区域规划，环境保护，减灾防灾，农业，森林，水土保持以及与安全相关的各种应用如保险，公共卫生等领域。

军事应用：（DEM在军事上的应用主要在以下几个方面）1）虚拟战场2）战场地形环境模拟3）为作战部队提供作战地图4）军事工程5）基于地形匹配的导引技术6、简单矩阵结构：规则格网DEM的数据在水平方向和垂直方向的间隔相等，格网点的平面坐标隐含在行列号中，故适宜用矩阵形式进行存储，即按行（或列）逐一记录每一个格网单元的高程值。

南方CASS 数字地面模型DTM法在土石方工程量计算中的应用发布时间：2021-07-28T11:45:22.950Z 来源：《基层建设》2021年第13期作者：张莹[导读] 摘要：南方CASS地形地藉成图软件是基于AutoCAD平台技术的数字化测绘数据采集系统,广泛应用于地形成图,地藉成图、工程测量应用三大领域。

中国水利水电第九工程局有限公司贵州贵阳 550081摘要：南方CASS地形地藉成图软件是基于AutoCAD平台技术的数字化测绘数据采集系统,广泛应用于地形成图,地藉成图、工程测量应用三大领域。

在土石方工程量的计算中,CASS工程应用中的DTM法土石方工程量计算被广大测量人员所采用,因DTM法土石方工程量的计算有“根据坐标文件”计算、“根据图上高程点”计算、“根据图上的三角网”计算和“计算两期间土方”计算的四种方法,每种计算方法都有在特定环境下的优越性与适用性,如何掌握各种方法的计算和根据实际情况采用对应的方法来进行土石方工程量的计算,保证计算精度,是测量人员必须掌握的基本技能。

关键词：CASS;DTM;土石方计算;应用实例1 前言在工程建设中,不管是工业建筑、民用建筑、水利工程、道路建设还是其它的工程建设中,土石方工程量的测量和土方石方工程量的计算在工程设计与施工中是非常广泛,因土石方工程量的外业测量和内业计算工作量大而烦琐,为了提高工作效率,目前全站仪,GPS等测量仪器和CASS、CAD、天正、飞时达等各种土石方工程量计算相关软件应运面生。

南方测绘的CASS系列软件,20O0年被国土资源部作为全国测绘软件推荐使用,南方CASS软件的土石方工程量计算方法中,包括DTM法、断面法、方格网法、等高线法,其中 DTM 法是一种基于不规则三角网结构的土石方工程量计算方法,因其计算精度高而越来越被广泛采用,本文将以CASS 7.1为例介绍DTM法土石方工程量计算的应用。

2 DTM 模型法的适用范围及计算原理DTM法土石方工程量的计算有四种计算模块，分别是“根据坐标文件”计算、“根据图上高程点”计算、“根据图上三角网”计算和“计算两期间土方”这四种方法,这四种方法根据原始地面.设计面和已知参数等,适用范围都各不相同,DTM 法各计算方法适用范围见表1。

浅谈DEM模型的建立及在测绘中的应用本文介绍数字高程模型的建立及在测绘中的应用标签数字地面模型（DTM）；数字高程模型（DEM）；不规则三角网（TIN）一、概述数字地面模型DTM（Digital Terrain Model），最初是美国麻省理工学院Miller 教授为了高速公路的自动设计于1956年提出来的。

此后，它被用于各种线路（铁路、公路、输电线路等）的设计及各种工程的面积、体积、坡度的计算，任意两点间可视性判断及绘制任意断面图。

在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图，制作正射影像图与地形图的修测等。

它也是地理信息系统的基础数据。

数字地面模型DTM是地形表面形态等多种信息的一个数字表示。

严格地说，DTM是定义在某一区域D上的m维向量有限序列：﹛Vi,i=1,2,…,n﹜，其向量Vi=(Vi1,Vi2,…,Vin)的分量为地形（（Xi,Yi,Zi）,(Xi,Yi)∈D）、资源、环境、土地利用、人口分布等多种信息的定量或定性描述。

DTM是一个地理信息数据库的基本内核，若只考虑DTM的地形分量，我们通常称其为数字高程模型DEM （Digital ElevainModel），其定义如下：数字高程模型DEM是表示区域D上地形的三维向量有限序列：﹛Vi,= Xi,Yi,Zi﹜，i=1,2,…,n),其中(Xi,Yi)∈D是平面坐标，zi是（Xi,Yi)对应的高程。

在实际测绘应用中，许多人习惯将DEM称为DTM，实际上它们是不完全相同的。

DEM有多种表示形式，主要包括规则矩形网格与不规则三角网。

二、数字高程模型的数据获取为了建立DEM，必须测量一些点的三维坐标，这就是DEM数据采集或DEM 数据获取。

被量测的这些点称为数据点或坐标点。

DEM数据点的采集方法主要有以下几种：1、地面测量这是测绘中最常用的DEM点采集方法，利用自动记录的全站仪在野外实测三维坐标点，这种仪器一般都有微处理器，它可以自动记录与显示有关数据，还能进行多种测站上的计算工作。

数字地面模型的构建与应用沙从术;耿宏锁;赵传慧【期刊名称】《河南科技：乡村版》【年(卷),期】2006(000)002【摘要】一、数字地面模型的概念与特征1.数字地面模型的概念。

数字地面模型(DigitalTerrainModel,简称DTM)是描述地面特性的空间分布的有序数值阵列,是在空间数据库中存储并管理的空间数据集的通称,它是以数字形式按一定的结构组织在一起,表示实际地形特征的空间分布,是地形属性特征的数字描述。

DTM可以是每三个坐标值为一组元的散点结构,也可以是由多项式或傅里叶级数确定的曲面方程,其核心是地球表面特征点的三维数据和一套对地面提供连续描述的算法。

2.数字地面模型的特征。

地形数据经过计算机相应软件处理后,可根据实际应用的需要生成比例尺的地形图、断面图和立体模型图。

传统的纸质地图在保存过程中,会因图纸变形而失去原有的精度。

DTM是存储在计算机的磁盘或光盘介质中,图形采用DTM直接输出,精度不会出现损失。

DTM是以数字形式表示的,用计算机软件对其处理可以派生数据和图形,易于实现自动化。

利用现代测绘仪器采集地面数据信息,对其进行修改和更新更容易实现,便于保持其现势性。

DTM是以数字信息表示的,可以网上进行通讯与传输,实现数据的共享。

二、DTM的数据结构数据结构是数据之间的相互关系,即数据的组织形式。

在软件设计中,不同的...【总页数】2页(P)【作者】沙从术;耿宏锁;赵传慧【作者单位】郑州经济管理干部学院;西北农林科技大学【正文语种】中文【中图分类】P208【相关文献】1.带状路线设计中数字地面模型构建方法及优缺点 [J], 李荣荣;吴芳;李洋洋2.Direct3D构建三维数字地面模型应用探讨 [J], 孟杰3.应用地面摄影像片测制剖面及建立数字地面模型的研究 [J], 胡崇金4.LIM模型辅助"规画"研究—秦始皇陵园数字地面模型构建实验 [J], 郭湧;武廷海;王学荣5.数字地面模型的构建与应用 [J], 沙从术;耿宏锁;赵传慧因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

技巧1：山区数字地面模型（DTM）处理数字地面模型（DTM），是在一定区域范围内规则格网点或三角网点的平面坐标（x，y）和其地物性质的数据集合，如果此地物性质是该点的高程Z，则此数字地面模型又称为数字高程模型（DEM）。

这个数据集合从微分角度三维地描述了该区域地形地貌的空间分布。

在常见绘图软件中，软件对于地形线中坎线能够自动识别，而对于诸如山脊线、山谷线等一些不能自动识别，构成DTM时（特别是在山区），系统往往产生与实地偏差较大的DTM网，人工干预往往内业工作量巨大。

为提高工作效率，我建议内业人员在编缉地物，坎线时，待校核正确无误时，保存一份作为正式地物关系图待用。

然后对事先未编缉的山脊线，山谷线进行人工编缉。

具体方法如下：①事先设定坎线比高为0.01米；②将外业存在的山脊线、山谷线，分水线、汇水线、山脚线、坡顶线等采用不加固坎线编缉，坎符号毛刺方向指向坡下。

③移动鼠标至屏幕顶部菜单“等高线”项，按左键，出现如图0-1所示的下拉菜单。

④移动鼠标至“由数据文件建立DTM”项，该处以高亮度（深蓝）显示，按左键，这时，输入文件名C:＼CASS50＼DEMO＼DGX.DAT，将鼠标左键移至“打开”按钮处并点击左键后命令区提示：请选择: 1.不考虑坎高 2.考虑坎高<1>:回车（默认选1）。

说明：此处提问在建立三角网时是否要考虑坎高因素。

如果要考虑坎高因素，则在建立DTM 前系统自动沿着坎毛的方向插入坎底点（坎底点的高程等于坎顶线上已知点的高程减去坎高），这样新建坎底的点便参与三角网组网的计算。

因此在建立DTM之前必须要先将野外的点位展出来，再用捕捉最近点方式将陡坎绘出来，然后还要赋予陡坎各点坎高。

请选择地性线:(地性线应过已测点，如不选则直接回车)Select objects:回车（表示不选地性线）。

说明：地性线是过已知点的复合线，如山脊线、山谷线。

如有地性线，可用鼠标逐个点取地性线，如地性线很多，可专门新建一个图层放置，提示选择地性线时选定测区所有实体，再输入图层名将地性线挑出来。

数字地面模型的生成与应用方法数字地面模型（Digital Surface Model，简称DSM）是用数字摄影测量和遥感影像处理技术生成的一种数字数据模型，可以准确描述地表地貌特征。

随着遥感技术和计算机科学的不断发展，数字地面模型的生成和应用方法也在不断完善。

本文将介绍数字地面模型的生成过程和常见的应用方法。

一、数字地面模型的生成方法数字地面模型的生成方法多种多样，其中常见的有雷达测高技术、激光雷达、摄影测量、卫星遥感等技术。

1. 雷达测高技术雷达测高技术利用微波信号穿过地物后的反射信号来测量地物的高度，可以实现对地面的快速、大范围高度数据采集。

通过对测高仪反射回波的接收和处理，可以获取地面的数字高度数据，进而生成数字地面模型。

2. 激光雷达激光雷达技术是一种常用的数字地面模型生成方法。

它采用准直激光束扫描地面，通过接收激光束的反射回波，并测量反射回波信号的时间来计算地面高度。

激光雷达技术具有高精度、高效率的特点，广泛应用于地形测量、城市建设规划等领域。

3. 摄影测量摄影测量是一种通过航空、航天摄影获取地表地貌信息的技术。

在数字地面模型的生成中，摄影测量技术通过对航空摄影或卫星遥感影像进行解译和处理，提取地物的高程数据，从而实现数字地面模型的生成。

摄影测量技术应用广泛，可以快速获取大规模、高精度的地形数据。

二、数字地面模型的应用方法数字地面模型的生成为地理信息系统（GIS）和空间分析提供了重要的数据基础，广泛应用于资源调查、环境监测、城市规划等领域。

1. 资源调查与规划数字地面模型可以提供地表高程和地形信息，为资源调查与规划提供重要支持。

例如，在水资源调查中，通过数字地面模型可以精确地测量地表的高程，计算地表水的流动方向和路径，为水资源的调配和规划提供依据。

在土地利用规划中，数字地面模型可以快速提供地表地貌数据，为土地开发和利用提供决策支持。

2. 城市规划与建设数字地面模型可以提供准确的地表高程数据，为城市规划和建设提供依据。

H 现代公路962008 No.1(Jan)TRANSPOW ORLD 数字地面模型的发展过程、概念及基本原理数字地面模型ＤＴＭ　（　Ｄｉｇｉｔａｌ　ＴｅｒｒａｉｎＭｏｄｅｌ）最初是美国麻省理工学院Ｍｉｌｌｅｒ教授为了高速公路的自动设计于１９５６年提出来的。

此后，它被应用于各种线路（公路、铁路、输电线路、输油管道、水利工程）的设计；各种工程的面积、体积、坡度、工程量计算和任意断面图的绘制；在测绘领域可用于绘制等高线、立体透视图，制作正摄影像地图及数字地图的修测；在军事上可用于飞行器的导航和导弹制导；作为数字地球、地理信息系统（ＧＩＳ　）的基础数据，已广泛应用于土地利用、建设规划、洪水灾情的预报等。

我们常用的地形图是用图解的方法将地面上的信息（地形、地物及各种文字注记等）表示在图纸上。

其优点是比较直观、便于人工利用；缺点是不便于修测、存放和检索管理，特别是无法被计算机直接利用。

随着计算机技术和信息处理技术的发展和工程设计自动化的需要，以及建立地理信息系统的需要，这种传统的地图逐渐被数字化产品取代，其典型产品就是数字地图与数字地形模型。

数字地形模型是一个用于表示地面特征的空间分布的数据阵列，最常用的是用一系列地面点的平面坐标Ｘ，Ｙ以及该地面点的高程Ｚ或属性（如房屋、道路、独立地物等）组成的数据阵列。

若地面按一定格网形成有规则地排列，点的平面坐标Ｘ，Ｙ可由起始原点推算而无需记录，这样地表形态只用点的高程Ｚ来表述，称为数字高程模型ＤＥＭ　（　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌ）。

在实际应用中，许多人习惯将ＤＥＭ称ＤＴＭ，实质上它们是不完全相同的。

ＤＥＭ有多种表示形式，主要包括矩形格网与不规则三角网ＴＩＮ（Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ Ｉｒｒｅｇｕｌａｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　）。

矩形格网ＤＥＭ存贮量小，便于使用和管理，因而被广泛运用，但其缺点是不能准确表示地形的结构与细部，因此用ＤＥＭ描绘的等高线不能准确地表示地貌。