chapter3数字高程模型之表面建模
数字高程模型复习资料
数字高程模型复习资料数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种用于描述地球表面高程变化的数学模型。
它通过对地球表面进行离散化处理，将地球表面划分为一系列等高线或网格，并为每个等高线或网格单元分配一个高程值。
数字高程模型广泛应用于地理信息系统、地形分析、水文模拟、城市规划等领域。
本文将对数字高程模型的原理、数据源、数据处理、应用等方面进行综述，以供复习参考。
一、数字高程模型的原理数字高程模型的原理基于地球表面的三维空间坐标系。
在地球表面上，我们可以通过经度、纬度和高程来确定一个点的位置。
数字高程模型通过将地球表面划分为一系列等高线或网格单元，并为每个单元分配一个高程值，从而实现对地球表面高程变化的描述。
常见的数字高程模型包括等高线模型和栅格模型两种形式。
二、数字高程模型的数据源数字高程模型的数据源主要包括地面测量数据和遥感数据。
地面测量数据是通过实地测量和测量仪器获取的，包括全球定位系统（GPS）、激光雷达等。
遥感数据是通过卫星、航空器等遥感平台获取的，包括航空摄影、激光雷达遥感、合成孔径雷达等。
这些数据源可以提供丰富的高程信息，用于生成数字高程模型。
三、数字高程模型的数据处理生成数字高程模型需要对原始数据进行处理。
首先，需要对地面测量数据或遥感数据进行预处理，包括数据格式转换、数据配准、数据融合等。
然后，采用插值方法对离散的高程数据进行插值，以填充缺失的高程数据，常用的插值方法包括反距离加权插值、三角剖分插值、克里金插值等。
最后，通过数据压缩和优化算法对数字高程模型进行处理，以减小数据存储和计算量。
四、数字高程模型的应用数字高程模型在地理信息系统、地形分析、水文模拟、城市规划等领域有着广泛的应用。
在地理信息系统中，数字高程模型可以用于地图制作、地形分析、地貌研究等。
在地形分析中，数字高程模型可以用于地形剖面分析、地形参数计算、地形变化监测等。
在水文模拟中，数字高程模型可以用于洪水模拟、水资源评估、水文建模等。
3表面建模
算法过程如下： 在数据集中任取一点，查找距离此点最近的点，相连后作为初始基线； 在初始基线右边应用Delaunay法则搜索第三点； 生成Delaunay三角形，并以该三角形的两条新边作为新的基线； 重复前面过程直至所有基线处理完毕； 这种算法大量的时间花费在符合要求的邻域点的搜索方面，为了减少搜索时间，许多学者提出了许多不同的方法，如将数据分块并排列，以外接圆的方式限定其搜索范围。
上面提到的算法都没有考虑当外围约束边界加入到三角网中时对三角网进行边界裁剪，因此这些算法对带约束边界的TIN构建来说是不完整的。边界裁剪或多边形裁剪对那种在限定区域内应避免等高线内插的应用是必须的，也是非常关键的。下面将给出一个同时处理平面点和限制条件，既能进行三角网构建也能进行边界剪切的完整算法。
五次曲面
6
通用多项式中单独项的表面形状
Planar Z = a0
Linear Z = a1x
Linear Z = a2y
Байду номын сангаас
Quadratic Z = a3 x2
二、 DEM表面建模方法
根据建模过程中使用的基本几何单元，数字地形表面建模的方法可以分为以下四类： 基于点的建模方法 基于三角形的建模方法 基于格网的建模方法 基于两种结合的混合建模方法
用多少点来描述一个表面? 这些点是规则的分布，还是随机分布? 采样点位于局部最大、最小值?
采样的核心问题
表面建模的核心问题
根据有限的离散采样点，如何才能得到地形表面任意位置处的高程? 通过表面模拟建立对象的计算机表示，这种表示通常为多边形面片的集合 通过内插实现从离散点到连续表面的表示 内插的基本依据是空间的自相关性，即所谓的地理学第一规律: 空间上越靠近的事物就越相似，相互之间的影响也越大
数字高程模型
数字高程模型数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种用于表示地球表面高程信息的数字模型。
它通常是基于地理空间数据采集和处理技术得到的数字地形模型，反映了地表不同位置的高程值。
数字高程模型在地理信息系统、地貌分析、水文模拟等领域具有广泛的应用价值。
数字高程模型的原理和构建方法数字高程模型是通过采集地表高程信息，构建数学模型，并进行数字化表达得到的。
构建数字高程模型的最基本方法是通过激光雷达、全球定位系统（GPS）等技术采集地面高程点，并据此构建高程表面模型。
另一种常用的方法是通过航空或卫星影像获取地表高程信息，并结合插值算法生成数字高程模型。
数字高程模型生成的过程中，需要考虑地球椭球体形状、椭球体参数、大地水准面等因素，并进行数学变换和处理以得到准确的高程数据。
常用的数字高程模型包括数字地面模型（DSM）、数字地形模型（DTM）等，它们之间的区别在于对地物表面和地表以下构造的不同描述。
数字高程模型在地理信息系统中的应用数字高程模型在地理信息系统中有广泛的应用，主要包括地形分析、三维可视化、洪水模拟、景观规划等方面。
在地形分析中，数字高程模型可以用于提取地形特征，计算坡度、坡向、流域分割线等地形参数，进而实现地貌分类、地形图绘制等功能。
三维可视化是数字高程模型应用的一个重要领域，通过将数字高程模型与空间数据结合，可以实现虚拟地形的构建和沉浸式视角的展示。
在洪水模拟和预测方面，数字高程模型可以用于模拟雨水径流路径、洪水淹没范围等，为防洪减灾提供重要的数据支持。
数字高程模型的发展趋势随着遥感技术、地理信息系统技术以及计算机处理能力的不断提升，数字高程模型的精度和分辨率也在不断提高。
未来，数字高程模型将更加精细化、高分辨率化，应用领域也将更加广泛，涉及城市规划、资源管理、环境保护等方面。
另外，数字高程模型的数据融合、多源信息整合、模型开放共享等方向也是未来发展的重点。
数字高程模型(dem)的概念
数字高程模型(dem)的概念嘿，朋友！您知道啥是数字高程模型（DEM）不？这玩意儿啊，就像是给大地做的一张立体“身份证”！咱先来说说，这数字高程模型就像是大地的“身材档案”。
您想想看，咱们平常看到的地图，大多就是平面的，告诉您哪儿是哪儿。
可这数字高程模型不一样，它能把地面的高低起伏都给记录下来，就像您能清楚地知道一个人的身高、胖瘦、曲线一样，DEM 能让您对大地的起伏了如指掌。
它是怎么做到的呢？其实啊，就好比是无数个小精灵拿着尺子在大地上到处测量，把每一个点的高度都精确地记下来，然后再把这些点连接起来，形成一个超级详细的立体模型。
这模型有啥用呢？用处可大了去啦！比如说，搞城市规划的人，要是没有 DEM，怎么能知道哪里适合盖高楼，哪里得小心会有滑坡风险呢？再比如搞水利工程的，不知道地形的高低，怎么能规划好水的流向，保证大坝的安全呢？您说，要是建筑师在设计的时候，不参考 DEM，那不就像是闭着眼睛走路，一不小心就会摔个大跟头吗？还有那些研究自然灾害的专家们，有了 DEM，就能更好地预测洪水、泥石流的走向，提前做好防范，保护咱们的家园。
这 DEM 就像是大地的“秘密地图”，只有掌握了它，我们才能更好地了解大地的脾气，和它和谐相处。
您说是不是这个理儿？在农业方面，它也是个大功臣呢！农民伯伯可以根据 DEM 来判断哪里的土地更适合种什么庄稼，哪里容易积水，提前做好排水措施，这不就像是给庄稼找了个最舒服的“家”嘛！而且，在交通规划中，DEM 也发挥着重要作用。
修路的时候，得知道哪里要爬坡，哪里要架桥，要是没有它，那路修得歪歪扭扭，咱们坐车不就像坐过山车一样，颠得七荤八素啦？总之，数字高程模型（DEM）就是我们了解大地、利用大地的好帮手，它就像一把神奇的钥匙，打开了大地的秘密之门，让我们能够更加聪明、更加安全地在这片土地上生活和发展。
您说，这么重要的东西，咱们能不好好研究和利用吗？。
数字高程模型的建立与分析
数字高程模型的建立与分析数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是一种用数字方式储存地形表面海拔信息的技术，对于地理信息系统（Geographic Information System，GIS）的应用具有重要意义。
本文将探讨数字高程模型的建立与分析，并介绍其在地理科学、土地利用规划、环境保护等领域的应用。
一、数字高程模型的建立将地球表面的地形信息转化为数字数据，需要借助遥感、测量和数学等技术手段。
其中之一是激光雷达测量技术。
这种技术通过激光器向地面发射脉冲激光，测量激光从发射到反射返回所需时间，从而得到地面特定点的高程数据。
通过这种方式，可以获取大范围、高精度的数字高程模型数据。
此外，卫星遥感数据也可用于数字高程模型的建立。
利用卫星遥感影像，通过对图像中地物的位置和形态进行解译，可以得到地表的海拔高度信息。
结合先进的影像处理算法，可以精确地提取地表特征，并构建数字高程模型。
二、数字高程模型的数据处理与分析获得数字高程模型数据后，需要进行数据处理和分析，以便提取有效的地形信息。
其中最基本的处理包括数据清洗、插值和分类。
数据清洗是指对数字高程模型数据中的噪声和异常值进行去除。
这些噪声和异常值可能是由于测量误差、遮挡物、地物干扰等原因引起的。
通过对数据进行滤波、平滑处理等，可以得到更可靠的地形信息。
插值是指通过有限数量的高程点，推断出整个地形表面的高程变化情况。
常见的插值方法包括反距离加权法、Kriging法等。
通过插值，可以得到地形表面的连续变化，方便后续的分析和应用。
分类是指按照高程值将地形进行分组，以便进行特定目的的研究和分析。
例如，在土地利用规划中，可以将地形根据适宜农业、适宜林业、适宜城市建设等进行分类，为土地合理利用提供依据。
在环境保护中，可以将地形根据降水量分组，以便开展水资源管理和防洪工作。
三、数字高程模型的应用数字高程模型在地理科学、土地利用规划、环境保护等领域具有广泛的应用价值。
数字表面模型（DSM）数字高程模型（DEM）
数字表面模型（DSM）数字高程模型（DEM）
数字高程模型（ Digital Elevation Model 简称DEM）是在高斯投影平面上规则格网点平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集。
该数据集从数学上描述了一定区域地貌形态的空间分布。
DEM的水平间距可随地貌类型不同而改变。
根据不同的高程精度，可分为1:500、1:1000、1:2000不同比例尺产品。
其数据的采集通常包括地面测量（利用自动记录的测距经纬仪进行野外实测）、现有地图数字化、空间传感器（全球定位系统GPS 结合雷达和激光测高仪等）、数字摄影测量（利用附有自动记录装置的立体测图仪或立体坐标仪、解析测图仪及数字摄影系统，进行人工、半自动或全自动的量测来获取数据）、LIDAR+CCD 相机等方法。
通过计算机采用一定的算法，能够很方便地将DEM 数据转换为等高线、透视图、断面图、坡度图以及专题图等各种产品，或者按照用户的需求计算出体积、空间距离、表面覆盖面积等工程数据和统计数据以及进行通视分析、域特征地貌与地形自动分割等，通常用于水利、国土、林业、矿产、住建等各部门的多方面需求应用。
产品特点：
● 易以多种形式显示地形信息
地形数据经过处理后，能产生多种比例尺的地形图、纵横断面图
和立体图。
● 精度不会损失
DEM采用数字媒介而能保持精度不变。
● 容易实现自动化、实时化
DEM由于是数字形式的，所以增加或改变地形信息只得将修改信息直接输入到计算机，经软件处理后即可产生实时化的各种地形图。
● 具有多比例尺特性
如1m分辨率的DEM自动涵盖了更小分辨率如2m和5m的DEM内容。
如何进行数字高程模型的制作和分析
如何进行数字高程模型的制作和分析数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是地理学和地图制图中常用的一种工具，用于描述地球表面的地形高程。
制作和分析数字高程模型是地理信息系统（Geographic Information System，GIS）领域中的重要研究内容。
本文将介绍数字高程模型的制作和分析过程。
一、数字高程模型的数据获取数字高程模型的制作需要用到地形数据，常用的获取方法包括遥感卫星影像、激光雷达和测绘数据。
遥感卫星影像可以通过遥感技术获取地表的影像数据，通过影像处理和解译，可以得到地表特征和高程信息。
激光雷达是一种主动遥感技术，可以通过激光束扫描地表，测量地面和物体的高程信息。
测绘数据则是通过传统测量手段获得的地形数据，例如航测、地形测量等。
二、数字高程模型的数据处理1. 影像预处理：如果使用遥感卫星影像作为数据源，首先需进行预处理。
预处理包括影像色调校正、去噪和增强等，以提高数据质量。
2. 点云生成：对于激光雷达数据或测绘数据，需要将原始数据转化为点云数据。
点云数据是由大量的三维坐标点组成，每个点对应一个地面或物体的高程。
3. 数据过滤：对点云数据进行噪声过滤和异常值处理，以提高数据质量。
4. 数据插值：由于实际采集到的高程数据点通常不均匀分布，需要进行数据插值以补充缺失的高程信息。
常用的插值方法有逆距离加权法、克里金法等。
三、数字高程模型的制作1. 三角网剖分：将采集到的高程数据点通过连接相邻点构成三角网，形成由三角形构成的网格。
2. TIN模型生成：通过三角网剖分，可以生成三角不规则网（Triangulated Irregular Network，TIN）模型，即一种由三角形组成的地表模型。
TIN模型可以准确地表示地表的地形特征，并具有高度的灵活性。
3. 栅格模型生成：栅格模型是将地表划分为等大小的网格单元，并将每个单元的高程值存储在栅格数据中。
栅格模型可以方便地进行空间分析和计算。
数字高程模型(DEM)——知识汇总
一、数字高程的定义数字高程模型（Digital Elevation Model,简称DEM）是DTM中最基本的部分，它是对地球表面地形地貌的一种离散的数学表达。
DEM表示区域D上的三维向量有限序列，用函数的形式描述为：V i=(X i,Y i,Z i);i=1,2,…,n式中, X i, Y i是平面坐标， Z i是（X i, Y i）对应的高程。
二、数字高程的特点1）表达的多样性，容易以多种形式显示地形信息。
2）精度的恒定，常规地图对着时间的推移，图纸将会变形，而DEM采用数字媒介，能够保持精度不变。
3）更新的实时性，容易实现自动化，实时化。
4）具有多比例尺特性。
三、数字地面模型（DTM）、数字高程模型（DEM）和数字地形模型（DGM）的区别表 1 三者的区别与联系四、数字高程数据1.来源：DEM数据包括平面和高程两种信息，常用的数据来源有：影像，现有的地形图，地球本身，其他数据源。
2.数字高程数据类型1)分辨率①.10米DEM数据全国10米数字高程模型数据，为栅格图像数据，图像分辨率为10米，数学基础采用2000国家大地坐标系（CGCS2000）及Albers投影。
数据像素值记录了点位高程。
高程值计量单位为米。
②.12.5米DEM数据12.5米DEM数据是由ALOS的PALSAR传感器采集。
该传感器具有高分辨率、扫描式合成孔径雷达、极化三种观测模式。
该数据水平及垂直精度可达12米。
ALOS（AdvancedLand Observing Satellite）卫星于2006年1月24日由日本发射升空，载有3个传感器：全色测绘体例测绘仪（PRISM），主要用于数字高程测绘；先进可见光与近红外辐射计-2（A VNIR-2），用于精确陆地观测；相控阵型L波段合成孔径雷达（PALSAR），用于全天时全天候陆地观测。
③.不同分辨率下的晕渲图对比图 1 不同分辨率下的晕渲图2)遥感测量方法a)SRTM数据SRTM（Shuttle Radar Topography Mission），由美国太空总署（NASA）和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量。
数字高程模型教程第三版 教案
数字高程模型教程第三版教案数字高程模型教程第三版课程教案教学目标1. 让学生掌握数字高程模型的基本概念。
2. 使学生理解数字高程模型在地理信息系统中的应用。
3. 培养学生的实际操作能力，能够运用软件进行数据处理和分析。
4. 培养学生的团队协作能力，通过小组讨论增强沟通能力。
教学内容1. 数字高程模型的定义与原理。
2. 数字高程模型的采集与生成方法。
3. 数字高程模型在GIS中的应用案例分析。
4. 数字高程模型的软件操作与实践。
教学难点与重点重点：数字高程模型的原理、采集方法及在GIS中的应用。
难点：如何利用软件进行数字高程模型的数据处理与分析。
教具和多媒体资源1. 投影仪用于展示PPT。
2. 计算机与相关软件供学生实际操作。
3. 教学视频资料辅助教学。
教学方法1. 激活学生的前知：回顾地理信息系统的基础知识，为数字高程模型的学习做铺垫。
2. 教学策略：采用讲解、示范、小组讨论和案例分析的方式进行。
3. 学生活动：组织学生进行软件操作实践、小组讨论和案例分析。
教学过程1. 导入：通过提问导入，询问学生对地理信息系统和数字高程模型的了解情况。
2. 讲授新课：系统讲解数字高程模型的定义、原理、采集方法及在GIS中的应用，结合PPT进行讲解。
3. 巩固练习：学生实际操作软件，进行数据处理与分析的练习。
4. 归纳小结：总结本节课的重点内容，并进行答疑解惑。
评价与反馈1. 设计评价策略：通过小组报告、观察和口头反馈评价学生的学习情况。
2. 为学生提供反馈：针对学生的实践操作和小组讨论给予指导和建议，帮助学生了解自己的学习状况，调整学习策略。
作业布置1. 搜集并阅读相关数字高程模型的资料，写一篇简短的总结。
2. 尝试运用所学知识解决一个实际问题，并提交报告。
3. 与同学合作完成一个数字高程模型的模拟项目，并提交成果。
如何进行数字高程模型建立与分析
如何进行数字高程模型建立与分析数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是地理信息系统中常用的一种数据模型，用于表达地形地貌的数值信息。
通过获取高程数据、建立DEM和进行分析，我们可以更好地了解地表特征、地势变化以及地形演化过程。
本文将介绍如何进行数字高程模型的建立与分析。
一、高程数据获取数字高程模型的建立首先需要获取高程数据。
常用的高程数据获取方法有以下几种：1. 激光雷达(LiDAR)技术：激光雷达通过发射激光束，并记录其从地表反射回来的时间来测量地面点的位置，从而获取高程数据。
激光雷达具有高精度和高密度的特点，适用于大规模地形数据获取。
2. 全球定位系统(GPS)测量：利用GPS接收器获取地面点的位置信息，再结合采集的地面高程数据，可以计算出每个点的高程信息。
GPS测量适用于小范围的高程数据获取。
3. 遥感影像解译：通过解译航空遥感影像或卫星遥感影像，提取影像上的地面点，并获取其高程信息。
这种方法适用于获取大范围的高程数据。
二、DEM建立获取到高程数据后，就可以进行DEM的建立。
常用的建立DEM的方法有以下几种：1. 插值法：通过对高程数据进行插值计算，生成均匀分布的高程数值点，然后再连接这些点构建DEM。
常用的插值方法有反距离权重插值(IDW)、克里金插值等。
2. 三角网剖分法：将高程数据转化为三角网模型，将地表分割成许多三角形，然后计算每个三角形的高程值，最终得到DEM。
这种方法一般用于不规则地形表面的建模。
3. 光栅法：将高程数据根据网格划分为一系列栅格，每个栅格的数值代表该位置的高程值。
光栅法是最常用的DEM建立方法之一，可以通过软件处理高程数据生成DEM。
三、DEM分析建立好DEM后，我们可以进行各种分析以获得地形地貌的相关信息。
以下是几种常用的DEM分析方法：1. 坡度和坡向分析：根据DEM计算每个点的坡度和坡向数据，可以了解地表的陡缓、朝向等信息。
第三讲 数字高程模型
3.三角网生长算法
• 三角网生长算法的基本步骤是： • （1）以任一点为起始点； • （2）找出离起始点最近的数据点相互连接成Delaunay三角形的一条边作为 基边，按Delaunay三角网的判别法则，找出与基线构成Delaunay三角形的 第三点； • （3）基线的两个端点与第三点相连，成为新的基线； • （4）迭代以上两步直至所有基线都被处理。
2.逐点插入算法
• 逐点插入算法的基本步骤是： • （1）定义一个包含所有数据点的初始多边形或超级三角形，建立初始三角 网，然后迭代以下步骤，直至所有数据点都被处理； • （3）插入一个数据点P，在三角网中找出包含P的三角形，把P与三角形T的 三个顶点相连，生成三个新的三角形； • （4）用LOP算法优化三角网。
Delaunay三角网的基本特性
Delaunay三角网具有两个非常重要的性质。 • 空外接圆性质：在由点集V所形成的Delaunay三角网中，其每个三角形的外 接圆均不包含点集V中的其他任意点。 • 最大最小角度性质：每两个相邻的三角形构成凸四边形的对角线，在相互交 换后，六个内角的最小角不再增大 。 局部优化算法LOP（Local Optimization Procedure） • Lawson（1977）提出了根据最大最小角度性质建立局部几何形状最优的三 角网：在由两相邻三角形构成的凸四边形中，交换此四边形的两条对角线， 不会增加这两个三角形六个内角总和的最小值。 • Lawson据此提出了局部最优算法LOP：交换凸四边形的对角线，可获得等角 性最好的三角网。
3.TIN建模方法
不规则三角网（TIN-Triangulated Irregular Network）通过从不规则分布 的数据点生成的连续的三角面来逼近 地形表面。 TIN模型的优点是它能以不同层次的分 辨率来描述地形表面。 对于TIN模型，其基本要求有三点：
数字高程模型
数据处理
01 数据采集：通过遥感、地形测量 等手段获取原始数据
02 数据预处理：对数据进行清洗、 格式转换等处理
03 数据融合：将不同来源的数据进 行融合，形成统一的数据格式
04 数据分析：对数据进行分析，提 取有用信息，生成数字高程模型
数据可视化
数字高程模型：将 地形数据转化为可 视化的三维模型
个高程值。
的地形表面高程数据模型。
03 DEM可以用于各种地形
04 DEM的数据来源包括遥
分析、可视化和建模应用，
感数据、地形测量数据、
如地形渲染、洪水模拟、
数字地图等。
地貌分析等。
数字高程模型的应用领域
01
地形分析：用于地形特征分 析、地貌分类等
02
工程设计：用于道路、桥梁、 水利等工程设计
03
05
激光雷达数字高程模型：利用激 光雷达技术获取高程数据，具有 较高的精度和分辨率
02
矢量数字高程模型：以矢量形式 表示高程数据，每个矢量元素都 有一个高程值
04
地形图数字高程模型：以地形图 为基础，通过数字化处理得到高 程数据
06
卫星遥感数字高程模型：利用卫 星遥感技术获取高程数据，覆盖 范围广，更新速度快
储
03
跨领域合作：不 同领域之间的合 作，实现数据共
享和整合
04
隐私保护：在数 据共享过程中， 注重保护用户隐
私和数据安全
谢谢
应用拓展
01
城市规划：用于城市地 形分析、规划设计等
02
灾害预警：用于洪水、 滑坡等自然灾害预警和 评估
03
交通规划：用于道路、 铁路等交通基础设施规 划
04
环境监测：用于水土保 持、生态评估等环境监 测和评估
数字高程模型的表面建模
根据派生数据间接建立。
根据派生数据间接建立DEM表面的方法是首先根据原始量
测数据内插高程点，然后建立DEM表面。例如在DEM表面 建立前先进行从随机数据到格网数据的内插处理就属于这种 情况。
数字高程模型
第20页
1.2建立数字地形表面模型的各种方法（内插的通 用多项式函数）
DEM 表面的数学表达式Z=f(X,Y)中的常用的多项式函数：
四种建模方法比较 三角网被视为最基本的一种网络，它既可适应规则分布数 据，也可适应不规则分布数据；既可通过对三角网的内插 生成规则格网网络，也可根据三角网建立连续或光滑表面。
数字高程模型
第17页
1.1数字高程模型的表面建模（数字高程模型网络）
四种建模方法比较 由于规则格网本身所具有的独特性质，因而网络与DEM
点的高程信息或构建等高线地图。
数字高程模型
第13页
1.1数字高程模型的表面建模（数字高程模型网络）
表面建模方法从不同角度考虑可有不同的分类方法。从网 络的形式看，表面的建模有四种主要的方法：基于点的建 模方法、基于三角形的建模方法、基于格网的建模方法和 将其中任意两种结合起来的混合方法。
数字高程模型
从理论上说，这种方法只涉及独立的点，
所以可用于处理所有类型的数据。就此 而论，不规则分布的数据可通过建立不 规则形状的平面来完成表面建模的过程。 至于确定每一点的影响区域，如果使用 的数据具有规则的结构，例如正方形格 网、等边三角形、六边形等，则计算更 为简单。尽管在表面建模时实行这种方
法似乎可行，但由于其所建立的表面不
表面之间的主要区别在很多时候没有被很清晰地理解。与此
相反，在基于三角形的建模情况下，这种区别非常清楚：数 据点必须先生成确定的三角形网络，然后将第三维加于网络 之上，便形成了包含连续三角形面元的连续表面。
测绘技术中常见的数字高程模型介绍
测绘技术中常见的数字高程模型介绍测绘技术在现代社会中发挥了重要的作用，尤其是在城市规划、土地利用以及自然灾害防治等方面。
数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）是测绘技术中常见且重要的一个概念。
本文将介绍数字高程模型的概念、应用以及构建方法。
一、数字高程模型的概念数字高程模型指的是一种描述地表形态及其相关信息的数学模型。
它用离散的数据点或像元来表示地面的高程信息。
数字高程模型能够精确表达地表的高低起伏，并且能够提供用于分析和测量的几何和地形属性，如高度、坡度和坡向等。
二、数字高程模型的应用数字高程模型在测绘技术中有着广泛的应用。
首先，它在地图制作中起到了至关重要的作用。
数字高程模型能够提供地形的三维信息，帮助测绘人员更加准确地绘制地图。
其次，数字高程模型也是土地规划和建设工程设计的重要工具。
通过数字高程模型，规划师和工程师能够深入了解地表形态特征，为城市规划和建设提供科学依据。
此外，数字高程模型在环境保护、水资源管理以及自然灾害预测和防治等领域也有着广泛的应用。
三、数字高程模型的构建方法数字高程模型的构建有多种方法，主要包括测量和遥感两种方式。
测量方式包括地面实地测量和空中摄影测量。
地面实地测量通常使用全站仪或GPS等测量仪器对地面进行测量，然后通过插值法将测量数据构建成数字高程模型。
空中摄影测量则是通过航空器从空中获取影像，再通过摄影测量技术提取地面高程信息，并通过数字影像处理软件构建数字高程模型。
遥感方式则是利用航天卫星或航空器搭载的遥感传感器获取地表影像数据，通过图像处理技术提取高程信息，并构建数字高程模型。
这种方式可以快速且经济地获取大范围的地表高程信息。
四、数字高程模型的分类根据数据的来源和表示方式，数字高程模型可以分为灰度 DEM、三角网 DEM 和等高线 DEM。
灰度 DEM 是最常见的一种数字高程模型，它使用灰度图像来表示地表的高程信息。
三角网 DEM 是通过将地表划分为多个三角网单元，利用分析网格单元内的高程数据构建数字高程模型。
使用数字高程模型进行地形分析与建模的方法与技巧
使用数字高程模型进行地形分析与建模的方法与技巧简介：数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是一种表示地面高程的数字模型，可以用于地形分析与建模。
本文将介绍使用DEM进行地形分析与建模的方法与技巧，包括数据获取、数据处理、地形分析以及建模方法。
一、数据获取1. 遥感数据：使用卫星影像或航空影像进行地形数据的采集。
高分辨率的遥感影像可以提供精确的地形信息。
2. 激光雷达数据：激光雷达系统可以通过测量地面和物体表面的反射光来获取精确的地形数据。
激光雷达数据有较高的垂直精度和水平分辨率。
3. GPS测量：使用全球卫星定位系统（GPS）进行地面测量，可以获取具有较高精度的地形数据。
二、数据处理1. 数据格式转换：将获取的地形数据转换为常见的DEM格式，如GeoTIFF、ASCII等，以便进行后续的分析与建模。
2. 数据校正：对采集的地形数据进行精确性校正，纠正可能存在的误差。
3. 数据去噪：使用滤波算法或插值算法对地形数据进行去噪处理，以提高数据的可靠性和精度。
三、地形分析1. 高程变化分析：通过计算DEM中相邻像元之间的高程差异，可以揭示地形的变化趋势。
这可以帮助确定地形特征，如山脉、河流等。
2. 坡度和坡向分析：通过计算DEM中每个像元的坡度和坡向，可以确定各个区域的地势倾向和水流方向。
3. 流域分析：通过计算每个像元的流量累积，可以确定汇水流域和水系网络，从而了解地形的水文特征。
四、地形建模1. 三维可视化：使用地形数据创建三维模型，通过调整视角和光照效果，可以直观地展示地形特征和地势变化。
2. 地形模拟：使用地形数据进行地形模拟，可以模拟洪水、泥石流等地质灾害发生的过程，评估潜在的风险和影响。
3. 地形剖面设计：利用地形数据进行地形剖面设计，可以帮助规划土地开发和基础设施建设，确保工程的稳定性和安全性。
结论：使用数字高程模型进行地形分析与建模可以提供准确的地理信息和地形特征，为地质、环境、城市规划等领域的研究和决策提供重要支持。
掌握测绘技术中的数字高程模型和三维地图技巧
掌握测绘技术中的数字高程模型和三维地图技巧在现代社会中，测绘技术在城市规划、土地利用、环境保护等方面起着核心的作用。
而数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）和三维地图是测绘技术中不可或缺的重要组成部分。
本文将重点介绍数字高程模型和三维地图的相关概念、应用以及相应的技巧。
一、数字高程模型数字高程模型是用来描述地理区域表面高程的数学模型。
它是通过遥感技术获取的地理数据进行处理，将地面上每个点的高程信息抽象出来，并以数字的形式表示出来。
数字高程模型可以提供关于地形起伏、坡度、坡向、流向等重要地理信息。
数字高程模型广泛应用于地质勘探、水文模拟、生态环境研究等领域。
比如，在城市规划中，通过数字高程模型可以模拟不同的建筑高度、道路坡度等因素对城市景观的影响，从而进行合理的规划设计。
为了提高数字高程模型的准确性，我们需要掌握一些关键技巧。
首先，选择高质量的地理数据源是至关重要的。
高空航测、激光雷达等先进技术可以提供较为精确的地形数据。
其次，合理设置采样点密度，并进行数据插值处理，以确保数据的空间连续性。
此外，还可以借助GIS软件对数据进行后处理，比如去噪、滤波等，进一步提高模型的精度。
二、三维地图技巧三维地图是以三维形式呈现地理信息的地图。
与传统的二维地图相比，三维地图可以更直观地展示地理景观和空间关系，为我们提供更为细致和全面的地理信息。
三维地图技巧的掌握对于地理信息的可视化与应用具有重要意义。
首先，我们可以采用地形阴影、光源照射等技术来增强地形的立体感，使地理景观更加真实。
其次，合理设置视角与比例尺，可以使用户更好地理解地理要素之间的空间关系。
而使用不同的颜色、表面贴图等效果可以突出特定的地理信息，使得用户更快地获取需要的信息。
另外，为了使三维地图更为交互与可操作，我们可以结合虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术。
通过佩戴设备或手机APP，用户可以在虚拟环境中自由移动，观察地理景观，获得真实的体验。
如何进行数字高程模型的制作和应用
如何进行数字高程模型的制作和应用导言：数字高程模型（DEM）是一种用数字方式来描述地球表面地形变化的方法。
它在地理信息系统（GIS）和地形分析等领域被广泛应用。
本文将讨论数字高程模型的制作方法，并探讨其在土地规划、水文模拟和地质研究等方面的应用。
一、数据收集和处理数字高程模型的制作首先需要数据的收集。
常用的数据源包括航空摄影、卫星影像和地面测量。
航空摄影和卫星影像可以通过影像解译技术获得地形信息，而地面测量则需要使用全球定位系统（GPS）等设备。
这些数据必须进行预处理，包括去除噪声、纠正畸变和分辨率调整等。
此外，还需要考虑不同数据源之间的配准和定位。
二、网格化与插值算法在获得地形数据之后，需要将其转化为数字高程模型。
网格化是一种常用的方法，将地形数据划分为规则的栅格单元。
在网格化的过程中，选择合适的单元大小和分辨率非常重要。
过小的单元将导致模型过于复杂，而过大的单元则会丢失细节。
插值算法是生成数字高程模型的关键步骤之一。
插值算法可以将有限的地形数据点扩展到整个区域，并估计未知点的高程值。
最常用的插值算法包括克里金插值、反距离加权插值和三次样条插值。
选择合适的插值算法需要考虑数据的分布和特性。
三、DEM的应用1. 土地规划数字高程模型在土地规划中起到至关重要的作用。
它可以帮助规划者了解地形特征，包括坡度、坡向和水流方向等。
基于DEM的土地规划可以合理布局建筑物、道路和排水系统，提高土地的利用效率和环境可持续性。
2. 水文模拟数字高程模型在水文模拟中广泛应用。
它可以模拟水流的路径和速度，预测洪水的发生概率和影响范围，提供洪水风险评估和防灾决策支持。
此外，数字高程模型还可以用于分析流域的土壤侵蚀风险、河道的侵蚀和沉积等水文问题。
3. 地质研究数字高程模型对地质研究的意义不容忽视。
它可以帮助地质学家了解地表和地下的地貌特征，预测地震破坏的程度和地质灾害的风险。
数字高程模型还可以用于找寻矿产资源、勘探石油和天然气等地质资源。
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5 表面建模方法的选择
从数据结构角度看：基于点的建模并不实用 而混合表面也往往转换成三角形网络，因 此三角形和格网建模是基本方法。 从建立数字地形模型表面的数据来源看： 根据高程量测（原始）数据直接建立：在 数据为规则结构时使用规则格网网络或规 则三角形网络，在数据随机分别是实用三 角形或混合建模。 根据派生数据间接建立：根据原始数据内 插高程点，然后建立DEM。
表面建模的各种方法简介
四种建模方法 基于点的建模方法point-based modelling 基于三角形的建模方法triangle-based modelling 基于格网的建模方法grid-based modelling 混合方法a hybrid approach combining any two of these
3.2表面建模的基本概念
DEM是地形表面的“数学/数字模型”—根据 不同数据集采用一个或多个“数学函数”表 示，数学函数通常被认为是内插函数 对地形表面进行表达的各种处理称为表面重建 或表面建模，重建的表面即为DEM表面。 因此：地形表面重建=DEM表面重建/表面生 成
DEM内插与DEM表面重建概念的细微差别： 内插：包括估计一个新点高程的整个过程，这个 新点可能随后被用于表面重建 表面重建：强调重建表面的实际过程，该过程可 以不包括内插的计算。 表面重建：强调“如何重建表面、哪类表面被建 立或是否为一个连续表面” 内插：包含表面重建以及从重建表面提取高程信 息的过程，也包含从量测的数据点或规则格网中 获取高程值并生成等高线的过程。
格网表面建模的特点： 格网数据在数据处理上有很多优点，因此 要根据规则格网和渐进采样方法获取数据， 或对数据进行从随机到格网内插的预处理。 格网建模主要用于处理覆盖平缓地区的全 局数据，对于具有陡峭斜坡和大量断裂线 等的较破碎的地区，必须进行特殊处理 （增加特征点、线或增大密度）。
4 混合式表面建模
内插的内容广泛！
3.2 表面建模的基本概念
1 内插与表面建模 1）内插函数：DEM是地形表面的一个数 字模型，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字函数来 对地表进行表示。 2）表面建模：对地形表面进行表达的各种 处理可称为表面重建或表面建模，重建的 表面通常可认为是DEM表面。
因此，高质量的逼近曲面应该具有较好的保凸性 和逼真性，如果实际曲面是光滑的，则逼近面也 应该是光滑的。 三方面相互独立又相互影响： 曲面的逼真性与保凸性有关，保凸性显然会影响 曲面的整体逼近性； 而保凸性和光滑性常常矛盾，一个光滑性很好的 逼近面可能保凸性较差。 不同的应用领域对这些要求的重视程度也不一致， 例如实际地形曲面一般是比较粗糙的，DEM 应 首先满足保凸性和逼真性，而对于飞机、汽车等 制造业而言，首先考虑的却是光滑性
1 DEM地形表面重建的地理内涵和数 学机理
（1）地形的空间分布特征 ①分片模拟 ②各向异向性 ③空间自相关性（Spatial autocorrelation）
（2 ）数学特征 ①分片的曲面模型 ②单值性 ③连续而不光滑
空间的自相关性
概念：空间自相关性就是指在空间上越靠 近的事物或现象就越相似
基于点的表面建模的特点： 这种方法简单，只涉及独立的点，可用于 处理所有类型的数据，难点在如何确定相 邻点之间边界。但由于建立表面的不连续 性，并不是一种真正实用的方法。
三角形表面建模的特点： 可用于所有数据结构，不管数据是由选择采样、 混合采样、规则采样、剖面采样还是等高线采 样。 三角形在形状、大小方面灵活，能容易地融合 断裂线等特殊数据，又能生成线或其他任何数 据（任意形状多边形可分为一系列三角形） 对于三角形建模的方法有时会使用高于一次的多 项式，形成的三角形不是平面，而是曲面三角 形。
网络：在地形建模领域通常对经某一特定几何结 果构建而且用于表面建模的实际数据结构称为 网络。 DEM表面通常是由两种主要类型网络中的一种 或两种构成：格网网络或三角形网络。 混合建模方法： 在建立DEM时，可以将格网网络分解成三角 形网络，形成线性的连续表面，也可对不自相关有三种类型 ：正相关、负相
关和不相关 空间自相关性常常用来确定地形采样点对 内插点的影响程度（反距离权内插中反距 离权 ）
2 DEM 质量评价标准
用用数学曲面来 逼近（拟合或插 值）实际曲面的 质量
DEM 实际上是对地形曲面的一种逼近，如何一般从以下 几个方面评价这种逼近呢 保凸性：若逼近面与实际曲面的波动次数相等或接近， 而且两者对应的脊线、谷线位置和走向基本一致，则保 凸性好，反之保凸性差。 逼真性：逼近面F(x,y)和实际地形曲面f(x,y)对应点之间 应满足关系式： MAX|f(x,y)-F(x,y)|≤σ 则认为逼近面达到逼真性要求。 光滑性：光滑性是指曲线上切线方向变化的连续性，或 者说曲线上曲率的连续性。