DEM复习

DEM复习一. 数字地形及其表达方式;答：第一，绘图，用图画可以粗略地反映所见到的地形景观。

但这些信息反映的主要是对象的形态特征和色彩特性，而定量的描述则非常有限。

另外一种古老而有效并一直沿用至今的精确表达地表现象的方式是地图。

在各种地图中,用来准确描述地貌形态的是等高线地形图。

从本质上讲，地图是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。

对于地图中最典型也是最重要的地形图而言，由于其描述的客观世界是丰富多彩、千姿百态的三维空间实体，其二维空间的表达与所表示的三维现实世界之间，有着不可逾越的鸿沟。

第三，影像与立体表达，利用多张有重叠度的像片可以重建地面的三维模型，并可在这个模型上进行量测。

第四，数字地形表达可以分为两大类：数学描述和图形描述。

二、数字地形模型与数字高程模型的概念及其区别与联系;答：数字地形模型，数字地面模型(DTM：Digital Terrain Model)，即使用采样数据来表达地形表面。

定义如下：数字地面模型是利用一个任意坐标场中大量选择的已知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就是地形表面简单的数字表示。

借助计算机解决道路工程的设计问题。

数字高程模型，（其中，Kp地面P号点的第K类地面特性取值，fk（up，vp），为第P号地面点的二维坐标，m，地面特性信息类型的数目，n，地面点的个数）当M＝1为对地面高程的映射，(MP VP)为矩阵行列号时，表达的数字地面模型即所谓的数字高程模型(DEM)。

数字高程模型是表示区域D上的三维向量有限序列，用函数的形式描述为：VI＝(XI，YI，ZI)；I＝1，2，…，nXI，YI是平面坐标， ZI是(XI，YI)对应的高程。

当该序列中各平面向量的平面，位臵呈规则格网排列时，其平面坐标可省略，简化为一维向量序列{ZI，I＝1，2，…}区别与联系：显然，DEM是DTM的一个子集。

实际上，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字表达。

三、数字高程模型的分类与特点答：特点为：(1)易以多种形式显示地形信息。

(2)精度不会损失。

(3)容易实现自动化、实时化。

(4)具有多比例尺特性。

分类：根据大小和覆盖范围可分为三种:局部的DEMS；全局的DEMS；地区的DEMS根据大小和覆盖范围可分为三种:不连续的DEMS；连续的DEMS；光滑的DEMS；四、地形要素分为那两类答：地形要素分为两类：一类是具有特征信息的地形要素，即特征点、特征线；另一类是一般要素，例如随机点、随机线。

五、地面复杂度的描述参数答：地面的复杂度可用粗糙度和不规则性来描述，可用不同的参数来表达。

这些参数能够描述出地形表面的总体特征。

光谱频率b)分数维C)曲率d)相似性e)坡度地形表面的粗糙度或者复杂度是不能用任何单个参数完整定义的。

其中，地形起伏用来描述垂直维数或者说地形幅度，波长描述水平的变化，而坡度则很好地把这两维空间参数联系起来。

许多情况下，坡度与波长的组合被作为DEM主要的地形描述算子地表粗糙度计算(review)1.定义：地表粗糙度是反映地表的起伏变化与侵蚀程度的指标,一般定义为地表单元的曲面面积与投影面积之比。

2.实际计算：对顶点连线L1与L2中点的高差D来表示粗糙度。

六、分数维的概念及内容答：分数维分数维是一个统计参数，它用以描述曲线或面的复杂度。

在欧氏几何中，如果不考虑复杂性，曲线是一维的，面是二维的。

尽管一段不规则的曲线和一段直线具有同样的端点(坐标相同)，但事实上，曲线的长度比直线的长度长。

一个复杂的表面和一个简单表面占有同样大小的区域，但复杂表面的表面积比简单表面的表面积大很多。

Mandelbrot在1967年引进了有效维数的概念，创立了分数维几何学。

在分数维几何里，有效维数就是一个分数，它称为分数维或分数。

最简单面的分数维的计算方法：L=C*r其中r是用于量测的尺度(基本单位)，L起量测得的线长度，c是一个常数，D为该线的分数维。

曲线的有效维数在1—2之间变化面的有效维数在2—3之间变化。

简单的分数维的计算方法：A面积、 r是用于量测的尺度(基本单位)。

七、坡度的概念及其作为地形描述有效性答：地形表面的粗糙度或者复杂度是不能用任何单个参数完整定义的。

其中，地形起伏用来描述垂直维数或者说地形幅度，波长描述水平的变化，而坡度则很好地把这两维空间参数联系起来。

许多情况下，坡度与波长的组合被作为DEM主要的地形描述算子使用坡度有效性的理由：(1)长期以来，在地貌学中坡度都被认为是最重要且十分有效的地形描述算子。

坡度是表面形态最重要的因子，因为根据坡度便可以完整地形成表面。

(2)坡度也是地形表面上高度的一阶差分。

表达了地形表面高度随距离变化的比率。

(3)在地图制图领域，坡度传统上也被认为是是一个足够的地形描述算子并广泛用于制图。

比如在世界范围内，等高线地图的精度说明都是根据坡度角给出的。

(4)更重要的是在数字高程模型实践中，发现在区域DEM的高程精度与平均坡度值之间存在强相关。

因此，通过分析模型的平均坡度就可能预测DEM的高程精度。

通过坡度可以来描述地面的复杂度，因为坡度描述的是地形表面在某一点的倾斜程度，并且是通过垂直和水平两个方向来描述，事实上也就是通过地形表面的凸面和凹面来描述地形表面的特性，即地表的陡峭方向和大小。

所以说坡度是描述地表复杂度的基本方法。

八、数据采样策略与数字高程模型的三大属性答：数据采样策略：(1)沿等高线采样；正如在立体模型上直接量测等高线一样，在模型上沿等同线采集高程点。

在地形复杂及陡峭地区，可采用沿等高线跟踪的方式进行数据采集；而在平坦地区，则不宜沿等高线采样。

(2)规则格网采样：规则格网采样能确保所采集数据的平面坐标具有规则的格网形式。

通过规定x和Y铀方向的间距来形成平面格网，在立体模型上量测这些格网点的高程。

(3)剖面法：剖面法与规则格网法类似，它们之间的惟一区别是，在格网法中量测点是在格网的两个方向上都规则采样，而在剖面法中，只沿一个方向即剖面方向上采样。

在剖面法中，通常情况下点以动态方式量测，而不像在规则采样中以静态方式进行。

因此这种方法从速度方面来说具有较高的效率，但其精度将比以静态方式下量测的规则格网点的精度低。

(4)渐进采样：为了使采样点分布合理，即平坦地区样点较少，地形复杂地区的样点较多，可采用渐进采样方法。

在这种方法中，小区域的格网间距逐渐改变，而采样也由粗到精地逐渐进行。

渐进采样能解决规则格网采样方法所固有的数据冗余问题，但这种方法仍然存在一些缺点：在地表突变邻近区域内的采样数据仍有较高的冗余度；有些相关特性在第一轮粗略采样中有可能丢失，并且不能在其后的任一轮采样中恢复；跟踪路径太长，导致时间效率降低。

(5)选择性采样；为了准确反映地形，可根据地形特征进行选择性的采样，例如沿山脊线、山谷线、断裂线以及离散特征点(如山顶点)等进行采集。

突出优点在于只需以少量的点便能使其所代表的地面具有足够的可信度。

实际上，没有一种自动采样程序是基于这种采样策略的。

也正因为这个原因，在一些需要快速获取数据的机构或组织(如军事测绘单位)，这种方法并不常见。

(6)混合采样：是一种将选择采样与规则格网采样相结合或者是选择采样与渐进来样相结合的采样方法。

这种方法在地形突变处(如山脊线、断裂线等)以选择采样的方式进行，然后这些特征线和另外一些特征点，如山顶点、洞穴点等，被加入到规则格网数据中。

实践证明，使用混合采样能解决很多在规则格网采样和渐进来样中遇到的问题。

混合采样可建立附加地形特征的规则矩形格网DEM，也可建立沿特征附加三角网混合形式的DEM，但显然其数据的存储管理与应用均较复杂。

三大属性：采样是一个确定在何处需要量测点的过程，这个过程由三个参数决定：点的分布(包括位臵、结构)、密度和精度。

一般地，可将此三参数称为数据的三大属性。

数据的分布，采样数据的分布通常由数据位臵和图案来确定。

位臵可由地理坐标系统中的经纬度或格网坐标系统中的东北向坐标值决定。

而图案则有较多的选择，比如规则或矩形格网。

对采样数据分布结构的分类并无固定的方法，不同的人从不同的角度可以给出不同的分类。

数据密度，密度是采样数据的另一属性，可以由几种方式指定，如相邻两点之间的距离、单元面积内的点数、截止频率等。

数据精度，观测值与真值或可看作是真值的逼近程度。

数据的精度是与数据源、数据采集方法和数据采集的仪器密切相关的。

九、数字高程模型的数据来源有那些答：DEM数据与地理信息系统的数据一种，包括平面数据与高程数据。

通过野外全站仪或GPS 等进行测量；通过摄影测量与RS等获取。

通常取决于数据源的可获得性，另一方面也由DEM 的分辨率、精度要求、数据量大小及技术条件等决定。

地形图【topographic map】指的是地表起伏形态和地物位臵、形状在水平面上的投影图。

具体来讲，将地面上的地物和地貌按水平投影的方法(沿铅垂线方向投影到水平面上)，并按一定的比例尺缩绘到图纸上，这种图称为地形图。

遥感影像：随着测绘科学技术的发展和进步，现代地形图的大量艰巨的测绘工作也已由传统的野外白纸测图转向室内的航空摄影测绘和航天遥感测绘，影像成为DEM的一种重要的数据源。

影像是地形测绘与更新的主要手段，具有效率高，精度好的特点，是DEM生产最有价值的数据源。

利用影像，可快速地获取或更新大面积DEM数据，并具有现势性的优点。

其他数据来源：用全球定位系统全站仪或经纬仪配合袖珍计算机在野外进行观测获取地面点数据，经过适当变换处理后建成数字高程模型，一般用于小范围大比例尺(如比例尺大于1：2000)的DEM。

用气压测高法、水文站、气象站、地质勘探和重力测量等获取的观测数据得到地面稀疏点集的高程数据，这样建立的数字高程模型主要用于大范围且高程精度要求较低的科学研究。

十、合成孔径雷达干涉测量与机载激光雷达扫描技术答：合成孔径雷达干涉测量学(Synthetic Aperture Radar Interferometry,简称为InSAR)是近十年发展起来的空间遥感新技术，它是传统的微波遥感与射电天文干涉技术相结合的产物，它主要是针对机载或星载合成孔径雷达(SAR)所获取的多幅覆盖同一地区的雷达图像进行联合处理来提取地球表面信息，可应用于数字高程模型建立、地壳形变探测等.处理流程：机载激光扫描系统往往又称机载激光雷达。

“主动”表示这些传感器能够自行发出必需的电磁能量，并且由物体表面散射回的能量能够被记录下来。

与其他测量方法不同的是，激光扫描不需要反光镜。

激光的波长位于或正好高于电磁光谱(1040一1060 nm波长范围)，肉眼能够看到的，激光也能“看到”。

由多源传感器集成，一般包括：1. CCD2. GPS（全球定位系统）3. INS/IMU/POS4. Laser Scanner（激光扫描仪）十一、基于地形图与摄影测量采集DEM数据的流程答：从地形图上获取DEM是最基本的一种方法。