第五讲、数字高程模型及其应用
如何利用数字高程模型进行地形分析
如何利用数字高程模型进行地形分析数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种通过遥感技术和地理信息系统（GIS）技术获取的用于表示地球表面高程信息的数字模型。
利用数字高程模型进行地形分析可以帮助我们更好地理解和研究地球的地形特征，以及对其进行合理的规划和管理。
本文将探讨如何利用数字高程模型进行地形分析，并介绍相关的方法和应用。
一、数字高程模型的概念和获取方式数字高程模型是用数字形式描述地面高程变化的空间数据模型。
它采用网格化的方式记录不同位置的高程值，能够以图像的形式展示地表地形特征。
获取数字高程模型的常用方法包括航空摄影、卫星遥感、激光雷达等。
其中，激光雷达技术是最常用、精度最高的数字高程模型获取方式之一。
二、数字高程模型的常用地形分析方法1. 地形倾斜度分析地形倾斜度分析是利用数字高程模型计算地表坡度的方法。
通过计算不同位置处的高程差异，可以揭示地表的陡峭程度和坡度变化。
地形倾斜度分析在环境评价、土壤侵蚀评估、高山滑坡预测等领域具有广泛的应用。
2. 流域分析流域分析是研究地表水流发展方向和流域特征的方法。
利用数字高程模型可以计算流域的流量、水流路径和水动力特性，对于水文模拟、洪水预测等问题具有重要意义。
3. 剖面分析剖面分析是根据数字高程模型绘制地表剖面图，以获取地表地形的纵向变化信息。
剖面分析可用于地质勘探、公路设计、隐患分析等领域，帮助我们了解地理地貌的垂直变化规律。
4. 可视化和三维重建数字高程模型可通过可视化技术和三维重建技术呈现出真实的地表地形景观。
借助数字高程模型，我们可以进行虚拟地形导览、地形模拟和景观规划等相关工作，为各类地理研究和规划提供更直观的视觉表达手段。
三、数字高程模型地形分析的应用案例1. 自然灾害风险评估利用数字高程模型分析地区地形特征，可以帮助进行自然灾害风险评估。
例如，在地震灾害评估中，通过分析数字高程模型可以判断出可能发生滑坡、崩塌等地质灾害的潜在区域，并进行相应的防灾和救援准备工作。
数字高程模型的创建与应用技巧
数字高程模型的创建与应用技巧数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种利用数字化的方法来描述地球表面地形特征的模型。
它可以通过测绘、遥感和地理信息系统等技术手段将地理空间中的地形信息转换为计算机可处理的形式。
数字高程模型的创建与应用技巧在地理信息领域具有重要意义，本文将从数据源、处理方法和应用技巧三个方面来阐述。
一、数据源数字高程模型的创建首先需要获取高程数据。
常见的高程数据源主要包括航空摄影测量、卫星遥感和地面测量等。
航空摄影测量一般通过航空飞行中使用倾斜摄影和立体摄影测量仪获取地面上的影像数据，然后利用专业的软件进行影像解译和数字化处理，进而生成高程数据。
卫星遥感则是通过卫星遥感影像数据进行信号处理和解译，提取出地面的高程信息。
地面测量包括激光雷达测量和GPS测量，可以直接获取地面的点云数据和高程坐标数据。
在数据源选择上，需要根据实际需求考虑数据的精度、分辨率和覆盖范围等因素。
航空摄影测量和卫星遥感数据具有较大范围和较低分辨率的特点，适合用于区域尺度的数字高程模型。
而地面测量数据则精度较高，适用于局部尺度的数字高程模型。
二、处理方法数字高程模型的处理方法主要包括数据预处理、插值和网格化等步骤。
数据预处理主要是对原始高程数据进行滤波、平滑和噪声处理等操作，以提高数据的质量和准确性。
插值是将离散的高程点数据插值为连续的地形表面，在插值过程中需要选择适当的插值方法，如克里金插值、逆距离权重插值等。
网格化则是将插值后的连续地面表面划分为等距的网格单元，使得高程数据能够以栅格的形式进行存储和处理在处理方法上，还有一些常用的技巧可以提高数字高程模型的质量。
例如，数据预处理中可以利用滤波算法去除低频噪声；插值方法可以使用多种插值算法的组合来提高插值效果；网格化时可以根据地形的特点选择合适的网格单元大小和分辨率。
三、应用技巧数字高程模型的应用广泛，涵盖了地质勘探、水利工程、城市规划等多个领域。
数字高程模型生成与应用方法
数字高程模型生成与应用方法数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是地理信息系统（Geographic Information System，GIS）中常用的数据模型之一，它使用离散点来描述地球表面的高程信息。
生成和应用数字高程模型的方法有很多，本文将通过介绍不同的方法来探讨数字高程模型的产生和应用。
一、栅格插值法栅格插值法是一种常见的数字高程模型生成方法。
它通过从已知高程点上获取的观测值，推断或插值出其他位置的高程值。
最常用的插值方法是反距离加权法（Inverse Distance Weighting，IDW）和克里金法（Kriging）。
IDW方法假设距离近的点对目标点的影响更大，利用与目标点相近的观测值进行加权平均来估计未知位置的高程。
克里金法则通过在插值过程中考虑观测值之间的空间相关性，使得插值结果更加平滑。
二、3D扫描与建模方法除了栅格插值法，3D扫描技术也被广泛应用于数字高程模型的生成。
通过激光测距仪或雷达等设备，可以获取物体表面的点云数据，再利用三维建模算法建立数字高程模型。
在实际应用中，3D扫描与建模方法常用于土地测量、建筑设计和文物保护等领域。
通过对物体表面进行高精度扫描，可以得到更为准确的数字高程模型，为后续应用提供更可靠的数据支持。
三、数字高程模型的应用数字高程模型在地理信息系统中有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域。
1. 地形分析数字高程模型可以用于地形分析，通过计算坡度、坡向、流量累积等地形指标，帮助分析地形变化、水文过程等。
这对于自然灾害预测、土地利用规划和水资源管理等具有重要意义。
2. 建筑设计在建筑设计中，数字高程模型可以帮助评估土地的可行性，提供地形和地势信息。
设计师可以根据数字高程模型来确定建筑物的基底高程、坡度以及周围环境的地形特征，以便更好地进行建筑设计。
3. 三维可视化数字高程模型可以与其他空间数据结合，生成逼真的三维地理场景。
数字高程模型的应用
数字高程模型的应用
数字高程模型（DEM）是一种用于表示地形高度信息的数字化数据集，通常使用数字高程模型数据可以实现以下应用：
1. 地形分析：DEM数据可用于地形分析，例如地形高度的可视化、坡度计算、坡向分析等。
这些分析可以帮助人们更好地了解地形的特征和变化，以及对地形进行规划和设计。
2. 建筑设计：DEM数据可以用于建筑设计和城市规划中，例如确定建筑物的高度、选择建筑地点、设计道路和桥梁等。
3. 水资源管理：DEM数据可以用于水资源管理，例如确定河流和湖泊的轮廓、计算流域面积、分析洪水和干旱等。
4. 环境监测：DEM数据可以用于环境监测，例如监测山体滑坡、火山喷发、地震等自然灾害，以及监测城市扩张和森林砍伐等人类活动。
5. 地球科学研究：DEM数据可以用于地球科学研究，例如研究地形演变、冰川作用、风化和侵蚀等地质过程，以及研究地球表面的气候变化和环境变化等。
DEM数据在许多领域都有广泛的应用，可以帮助人们更好地了解地球表面的地形和环境特征，为各种规划、设计和
决策提供支持。
如何进行数字高程模型的制作与应用
如何进行数字高程模型的制作与应用数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是通过数字技术手段对地勘测量数据进行处理和分析，以生成地表高程点的三维几何模型。
它在地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）和遥感领域有广泛的应用。
本文将介绍数字高程模型的制作与应用技术。
1. 数字高程模型的制作1.1 大地控制点的获取在进行数字高程模型制作前，需要先获得一定数量的大地控制点。
这些控制点可以通过全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS）测量或者人工测量等方式进行获取。
大地控制点的数量和分布要充分考虑地形地貌特征，以保证生成的数字高程模型精度和准确性。
1.2 地形数据的采集采集地形数据是生成数字高程模型的关键步骤。
可以利用航空遥感、卫星影像或者地面测量的方式获得地形数据。
航空遥感和卫星影像数据的获取可以使用无人机、卫星或者航空器进行获取，而地面测量可以通过测量仪器对地表进行实地测量。
在获得地形数据时，要控制好采集数据的分辨率和密度，以满足需要生成数字高程模型的精度要求。
1.3 数据处理与拼接在获得地形数据后，需要进行数据处理与拼接。
首先，对采集到的地形数据进行预处理，包括去除可能存在的噪声、过滤掉无效数据等。
然后，对处理后的数据进行拼接，生成完整的地形数据集。
拼接时要注意数据的投影坐标系统一，以保证后续处理的准确性。
1.4 数字高程模型的生成在获得完整的地形数据集后，可以利用数字图像处理和地理信息系统软件等工具生成数字高程模型。
常用的数字高程模型生成算法包括插值算法和过程算法。
插值算法可以通过已有的地形数据，推算出其他地方的地形高程数据。
过程算法则是通过对地形数据进行分析和模拟，生成数字高程模型。
根据实际需求和数据特点，可以选择合适的算法进行数字高程模型的生成。
2. 数字高程模型的应用2.1 地形分析与可视化数字高程模型可以用于地形分析与可视化，帮助我们更好地了解地形地貌特征。
如何进行数字高程模型生成与应用
如何进行数字高程模型生成与应用数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种地理信息科学中常用的数字地形模型，用于描述地球或其他天体表面的海拔高度变化。
它广泛应用于地理学、地质学、水资源管理、城市规划等领域。
本文将探讨如何进行数字高程模型的生成与应用。
一、数字高程模型的生成数字高程模型的生成可以通过多种手段完成，包括地面测量、遥感技术和光学三角测量等。
1.地面测量地面测量是最简单直接的生成DEM的方法之一。
它通常使用全站仪、GPS等仪器来测量地面各点的坐标和高程，并通过数学计算得到地面的高程模型。
这种方法适用于区域较小、精度要求较高的情况，比如小规模工程测量。
2.遥感技术遥感技术是通过获取卫星或航空器上的传感器所采集的遥感图像数据，通过数学模型将图像转换为高程信息。
遥感技术可以分为光学遥感和雷达遥感两种。
光学遥感主要利用卫星传感器获取地表的光谱信息，经过影像处理和数字化技术，可以得到地表高程信息。
常见的光学遥感卫星包括Landsat、SPOT等。
雷达遥感利用微波的反射和散射特性，获取地表特征信息，可以穿透云层等干扰，适用于各种天气条件下的高程模型生成。
常见的雷达遥感卫星包括SRTM、TerraSAR-X等。
3.光学三角测量光学三角测量是利用测绘仪器对地面点进行水平和垂直角度的测量，进而计算出地面高程的方法。
这种方法适用于小范围的高程模型生成，比如建筑物的测绘。
二、数字高程模型的应用数字高程模型作为地理信息的重要组成部分，具有广泛的应用价值。
1.地形分析与地质研究数字高程模型可以通过分析地表的高程变化和地形特征，揭示出地形演化的规律和地质构造的特点。
例如，通过DEM可以研究山区的侵蚀过程、河流的侵蚀速率等地表地貌变化现象。
2.水资源管理与洪涝预测数字高程模型可以用于模拟流域的地貌特征、河流水网络、水库分布等，进而对水资源进行管理和规划。
同时，基于DEM可以进行洪涝预测，通过分析地表的高程信息和降雨数据，预测洪水的泛滥范围和深度，为防洪工作提供科学依据。
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
数字高程模型的生成与应用
数字高程模型的生成与应用数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种用来表示地理空间位置的数字模型。
它以地表以上的点的高度数据为基础，构建了地表的三维模型。
数字高程模型有着广泛的应用，包括地形分析、水文模拟、城市规划等多个领域。
数字高程模型的生成是一个复杂的过程，需要利用遥感技术来获取高度数据。
目前常用的遥感数据包括航空摄影和激光雷达扫描。
航空摄影通过飞机或无人机搭载相机进行拍摄，然后利用图像处理技术提取高度信息。
激光雷达扫描则是利用激光束扫描地面，通过接收反射回来的激光信号来获取地形数据。
在生成数字高程模型之前，需要对原始数据进行处理和校正。
这个过程包括去除噪声、纠正图像畸变等。
然后，可以利用插值算法将离散的高度数据转化为连续的高程模型。
常用的插值算法有反距离加权插值法、三角剖分插值法等。
这些算法可以根据离散点的高度信息推算出其他地点的高度。
数字高程模型的应用十分广泛。
首先，地形分析是数字高程模型最常见的应用之一。
通过对高程模型进行分析，可以得到地形的各个方面的信息，如山脉、河流、河谷等。
这对于地理学研究、地质勘探等都有着重要的作用。
其次，数字高程模型在水文模拟中也有着重要的应用。
通过将降雨入渗过程、地表径流等模拟到数字高程模型中，可以模拟地表的水文过程，对洪水的形成和流动进行预测和分析。
此外，数字高程模型还可以应用于城市规划中。
通过将建筑物的三维模型与数字高程模型进行叠加，可以模拟出城市的立体效果，对城市规划和设计提供重要参考。
除了上述应用，数字高程模型还可以用于虚拟现实技术中。
虚拟现实技术通过模拟真实的环境，使用户沉浸其中。
数字高程模型作为虚拟现实中环境的基础，可以提供真实的地形数据，使用户能够更加真实地感受到模拟环境。
此外，数字高程模型也可以用于地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）中，对地理信息进行管理和分析。
测绘技术中的数字高程模型的生成与应用
测绘技术中的数字高程模型的生成与应用随着科技的不断进步和测绘技术的快速发展，数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）在现代测绘领域中扮演着不可或缺的角色。
数字高程模型是以数字化的方式对地形进行模拟和表达的一种数学模型，它以高程数据为基础，能够精确地描述地球表面上任何一个点的海拔高度。
本文将介绍数字高程模型的生成过程和其在测绘领域中的广泛应用。
一、数字高程模型的生成过程数字高程模型的生成过程包括数据采集、数据处理和数据建模三个关键步骤。
首先是数据采集，可以通过全球卫星定位系统（GPS）、激光扫描测量（LIDAR）以及航空摄影测量等技术手段获取地面高程数据。
在数据采集阶段，要注意避免一些常见的误差，比如大气折射误差和多路径效应等。
采集到的原始数据需要经过处理才能生成数字高程模型。
数据处理主要包括噪声滤波、数据配准和分割等步骤。
噪声滤波是为了去除数据中的无用信息和异常值，使得生成的数字高程模型更加准确和可靠。
数据配准是将不同数据源获取的高程数据进行融合，提高整体数据的一致性和精度。
分割是将测量场景划分为不同的区域进行处理，有助于提高数据的计算效率和处理速度。
在数据建模阶段，常用的方法包括插值、三角网剖分和拟合等。
插值方法可以通过已知的离散数据点估计出未知区域的高程值，常用的插值方法有反距离加权法、Kriging插值法等。
对于大规模区域的建模，三角网剖分是一种常用的方法，它将区域划分为一系列三角形，并在每个三角形内拟合一个平面来估计高程值。
拟合方法则通过在测量数据点周围拟合一个函数，来近似地描述地形曲面的形状。
二、数字高程模型的应用数字高程模型在测绘领域中有着广泛的应用。
首先，数字高程模型在地质勘探中起到了重要的作用。
地质勘探是为了了解地壳构造和矿产资源分布等问题而进行的科学探索。
通过数字高程模型可以确定地勘区域的地貌特征和地下地形，从而有助于预测地质构造和找寻矿产资源。
其次，数字高程模型在城市规划和土地利用方面发挥了重要的作用。
如何进行数字高程模型的生成与应用
如何进行数字高程模型的生成与应用数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是利用地形数据生成的数字化的地表模型，可以用于模拟、分析和展示地表的形状、地势和地形特征。
本文将介绍数字高程模型的生成方法和应用领域。
一、数字高程模型的生成方法1. 光学遥感影像法通过分析卫星或飞机拍摄的光学遥感影像，可以获取地表的基本几何信息，如高度、坡度和坡向。
利用匹配算法和数学模型，可以从遥感影像中提取出地面的高程信息，并生成数字高程模型。
2. 机载激光雷达法机载激光雷达通过发送激光束并记录其返回时间，可以精确地测量地面的距离。
通过对大量采样点的测量数据进行处理和分析，可以生成高精度的数字高程模型。
3. 雷达干涉测量法雷达干涉测量利用雷达波束的相位差异来推断地表的高度差。
通过对不同时间或不同位置的雷达数据进行比较，可以获取地表的高程变化信息，并生成数字高程模型。
二、数字高程模型的应用领域1. 地质勘探与矿产资源评估数字高程模型可以帮助地质勘探人员分析和解释地形特征，揭示地下构造和岩性分布。
同时，通过数字高程模型可以估计矿床的扩散范围和含量，指导矿产资源的开发和评估工作。
2. 水资源管理与自然灾害防范数字高程模型可以辅助水资源管理人员预测河流的水流方向和水势变化，帮助制定洪水和山洪灾害的预警措施。
同时，数字高程模型还可以用于决策支持系统，指导土地规划和防灾工作。
3. 城市规划与土地利用通过数字高程模型可以模拟城市的土地利用和建筑高度分布，辅助城市规划人员进行城市扩张和土地开发的决策。
数字高程模型还可以评估建筑物对周围环境的遮挡效果，优化城市布局。
4. 生态环境保护与生态系统管理数字高程模型可以提供地表的坡度、坡向和高程等地形信息，辅助生态环境保护和生态系统管理。
例如，可以利用数字高程模型评估土壤侵蚀、水土流失的风险，并制定相应的保护措施。
5. 交通运输规划与导航系统数字高程模型可以模拟道路和铁路的坡度和曲线半径等地形参数，辅助交通运输规划人员设计安全的道路和铁路线路。
数字高程模型及其应用
（1）交换法
将数据按分块格网的顺序进行交换，使属 于同一分块格网的数据点连续存放在一片连续 的存储区域中，同时建立一个索引文件，记录 每一块数据的第一点在数据文件中的记录号， 由后一块数据第一点的序号减去该块数据第一 点的序号，就能得到这个块中数据点的个数， 从而迅速找出属于该块的所有数据点。
不需要增加存储量，但计算处理时间较多。
（2）链指针法
对于每一个数据点，增加一个存储单元 （链指针），存放属于同一个分块格网中下一 个点在数据文件中的序号，对该分块格网中的 最后一个点存放一个结束标志。同时建立一个 索引文件，记录每一块数据的第一点在数据文 件中的记录号。
检索时由索引文件得到该块的第一个数据 点，再由第一个点的链指针检索出该块的下一 个点，直到检索出该块中的所有数据点。
7.1 概述
一、数字地面模型的含义（DTM）
DTM是以数字形式描述地球表面形态多种信息（地 形、资源、人口分布、环境、土地利用等等）空间分 布的有序阵列 。简单地说，数字地面模型是地表形态 多种信息的数字表示。
从数学角度看，可用如下公式表示：
K P f k xP , y p
k 1,2, , m p 1,2, , n
规则格网结构DEM的缺点：
➢ 不能准确表示地形的结构与细部；格网过于粗略， 不能精确表达某些重要的地形特征，如山峰、洼坑 、山脊、山谷等。
➢ 如不改变格网大小，则无法适用于起伏程度不同的 地区；
➢ 在地形简单、平坦的地区存在大量冗余数据；
2.不规则三角网DEM（TIN Triangulated Irregular Network ）
四、DEM的建立过程
数据采样 按一定的数据采集方法，在测区内采集一 定数量离散点的平面位置和高程，称为控 制点（也称为数据点或参考点）。
掌握数字高程模型的生成与应用
掌握数字高程模型的生成与应用数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是地理信息系统（Geographic Information System，GIS）中常用的一种空间数据模型，用以表示地球表面的地形和地势。
掌握数字高程模型的生成与应用对于地理分析、地质勘探、灾害防治等领域具有重要意义。
本文将介绍数字高程模型的生成过程，并探讨其在不同领域中的应用。
一、数字高程模型的生成数字高程模型的生成通常涉及地面采样、测量和建模等步骤。
地面采样是指在感兴趣区域内选择一系列地理位置，并测量地面高度值。
测量可以通过使用全球定位系统（GPS）等技术来进行。
这些高度值可以被用于构建三维点云。
测量完地面高度之后，需要对采样得到的数据进行处理，常用的方法包括插值和滤波。
其中，插值方法可以通过对采样点之间的空间关系进行推断，来估计地形在非采样点上的高度值。
常用的插值方法有逆距离加权法、样条插值法等。
滤波方法则是对采样点数据进行噪声去除和平滑处理，以获得更精确的地形模型。
在数字高程模型的生成过程中，还需要考虑到地表要素的特殊情况，如建筑物、树木等。
这些要素会对地形模型产生遮挡效应，因此需要针对这些情况进行处理，例如去除遮挡效应或根据特定要求进行模型调整。
二、数字高程模型的应用1. 地理分析数字高程模型可以用于地理分析，用来研究地球表面的地势形态以及地形变化。
通过对数字高程模型的分析，可以发现自然地理现象的规律，如山脉的分布、水流的路径等。
同时，数字高程模型也为地质勘探提供了重要的数据基础，可以用于寻找矿产资源或勘探油气田。
2. 灾害防治数字高程模型在灾害防治中起到了重要作用。
例如，通过数字高程模型可以预测洪水、滑坡等自然灾害的潜在风险区域。
基于数字高程模型的地形分析和地形阻断等方法，可以评估不同地理区域的易受灾性，并为灾害应急响应和风险管理提供科学依据。
3. 城市规划数字高程模型在城市规划中也有广泛的应用。
数字高程模型及其应用-新
异则判断
F ( X ,Y ) (Y2 Y1)(X X1) ( X 2 X1)(Y2 Y1) 0
p1
若备选点P之坐标为（X，Y）
F ( X , Y ) F ( X 3 , Y3 ) 0
p3
p2
重复与交叉的检测：任意一边最多只能是两个三 角形的公共边。
3）立体像对法
DEM的生成
方法：
1、格网法
2、三角网法
3、立体像对法
4、曲面拟合法 5、等值线插值法
格网法
●在地形图上蒙上格网，逐格读取中心 点或交点的高程值。
格网法
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。
构三角网的要求
DTM与DEM的概念
DTM (Digital Terrain Model, DTM)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。如地面温度、降雨、地球磁力、重 力、土地利用、土壤类型等其他地面诸特征。 数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（DEM，Digital Elevation Model）。高程是地理空间中的第三维坐标。 数学表达为：z = f（x，y） DEM是DTM的一个子集，是DTM的基础数据，最核心部分，可以从中提取出 各种地形信息，如高度、坡度、坡向、粗糙度，并进行通视分析，流域结构生成等 应用分析。
4）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。 TIN模型根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面 网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。 如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法 得到（在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个 顶点的高程）。所以TIN是一个三维空间的分段线性模型， 在整个区域内连续但不可微。
测绘技术中的数字高程模型建立与应用
测绘技术中的数字高程模型建立与应用导语：在现代测绘技术的发展中，数字高程模型是一项重要的技术之一。
它通过数字化的方法，对地表地貌进行精确测量和描述，为诸多领域的研究和应用提供了基础数据。
本文将从数字高程模型的建立和应用两个方面进行探讨。
一、数字高程模型的建立数字高程模型通常是通过大地测量、遥感技术和全球定位系统等多种测量手段获取的地形数据。
首先，地面的高程测量是通过大地测量中的水准测量和测距测角测量完成的。
水准测量使用水准仪进行测量，利用水平视线和重力来确定高程差。
而测距测角测量则通过测量距离和方位角来获取地面的高程信息。
这些数据被记录并计算后，可以形成数字高程模型的初始数据。
其次，遥感技术在数字高程模型的建立中起到了至关重要的作用。
遥感技术通过使用传感器获取地面的遥感影像数据，可以快速获取大范围内高程信息。
主要使用的传感器包括光学相机、红外相机和雷达等。
这些传感器可以记录地表的高程特征，并将其转化为数字数据，为数字高程模型的建立提供了基础。
最后，全球定位系统（GPS）也是数字高程模型建立中不可或缺的一部分。
GPS通过接收卫星发出的信号，并计算信号的传播时间和卫星位置来确定接收器位置。
同时，通过GPS接收器在不同位置的测量，可以获取地点的经纬度和高程信息。
这些测量数据可以用于数字高程模型的精确建立。
二、数字高程模型的应用数字高程模型在各个领域的应用非常广泛，下面将介绍其中几个典型领域。
1. 地质灾害研究数字高程模型在地质灾害研究中发挥了重要的作用。
通过对地震、滑坡和泥石流等地质灾害发生前后数字高程模型的比较分析，可以预测和评估灾害的范围和影响。
此外，数字高程模型还可以用于模拟灾害发生后的地形变化，并提供相关的地理信息，为灾害救援和应对工作提供支持。
2. 城市规划数字高程模型在城市规划中的应用日益广泛。
通过对城市地区的高程数据进行分析和建模，可以确定城市地形和地貌特征，并为城市的规划和设计提供可靠依据。
如何利用数字高程模型进行测绘工作
如何利用数字高程模型进行测绘工作数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是一种用来描述地表形态和地势高程的数字化地理数据模型。
它通过一系列离散的点或栅格，将地表的高程信息表达出来。
利用DEM进行测绘工作可以大大提高测绘的精度和效率，本文将探讨如何利用DEM进行测绘工作，并介绍DEM的应用领域和技术问题。
一、利用DEM进行地形分析DEM可以提供地表高程数据，因此可以通过对DEM进行地形分析来揭示地表的地貌特征。
地形分析可以识别出山脉、峡谷、河流等地貌特征，并可以计算地表的坡度、坡向等参数。
这些特征和参数对于制定土地规划、资源开发和环境评估等工作具有重要意义。
二、利用DEM进行地貌模拟DEM提供了地表高程的三维数据，因此可以通过DEM进行地貌模拟，即根据DEM数据生成地表的三维模型。
地貌模拟可以帮助我们更直观地了解地表的地貌特征，并可以用于游戏、电影等领域的场景建模。
三、利用DEM进行洪水分析DEM可以提供地表高程数据，通过分析DEM可以确定地表的高低起伏，从而可以评估洪水的淹没范围和深度。
这对于制定洪水防治措施、评估洪水风险等具有重要意义。
四、利用DEM进行导航和导航辅助利用DEM可以计算地表的坡度和坡向信息，这对于导航和导航辅助具有重要意义。
比如，利用DEM可以确定道路的坡度和坡向，从而为驾驶员提供更准确的导航辅助信息。
五、DEM的应用领域和技术问题DEM的应用领域非常广泛，包括地理信息系统、地质学、地形分析等。
然而，在利用DEM进行测绘工作时，也会面临一些技术问题。
比如，DEM中可能存在高程数据的误差或不完整性，这会影响到测绘结果的精度；此外，DEM的分辨率也会影响到测绘的精度和效率。
为了克服这些技术问题，我们可以采取以下措施：首先，对DEM数据进行预处理，包括去除噪声和插值处理，以提高DEM数据的质量；其次，对于高程数据的误差和不完整性问题，可以采用差值方法进行修正或补充；最后，针对DEM的分辨率问题，可以借助于多源数据进行融合，以提高测绘的精度。
第五章数字高程模型2
四、求地表面积
地表面积的计算可看作是其所包含的每个格网表 面积之和。若格网中有特征高程点，则可将格网分解 为若干个小三角形，求出它们斜面面积之和作为格网 的表面积。若格网中没有高程点，则可计算格网对角 线交点处的高程，用四个共用顶点的斜三角形面积之 和作为格网的表面积。
（1）野外实地直接测量得到； （2）利用摄影测量方法获取； （3）从地形图中采集。
现实世界
野外直接测量 摄影测量与遥感 现有地形图
全站仪 GPS
传感器 数字化仪 扫描仪
地面影像
数字地图图像
数字摄影测量工作站 要素识别与提取 数字地理信息
数字地理信息的获取方法与途径
◆其它获取DEM方法：
❖ 用航天遥感立体像对获取DEM. ❖ INSAR(干涉合成孔径雷达）获取DEM. ❖ 激光扫描测高仪等
(2)地面平面曲率的计算
地面的平面曲率(plan curture)是指地面坡向的变化率，可以通过计算地 面坡向的坡度而求得。
4．谷脊特征分析
当(Hi, (j-1) –Hi, j)(Hi,(j+1)-Hi , j)>0 时，
若Hi,(j+1)> Hi, j则Vr(i, j)=-1
若Hi,(j+1)< Hi, j则Vr(i, j)=1
与DTM密切相关的学科和技术 GIS: DTM是其中核心部分的实体 测绘学:DTM的数据来源； 应用数学:内插DTM的理论基础以及分析 计算机科学:
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二、DEM数据来源
数据源来源： （1）航空或航天遥感图像为数据源 （2）以地形图为数据源 （3）以地面实测记录为数据源
（4）其它数据源
●数据源决定采集方法。数据点的采集密 度和采点的选择决定DEM的精度。
DEM数据采集
●数字摄影测量：利用带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测量 系统，进行人工、半自动或全自动的量测。其原 理是在摄影图的基础上利用测图仪进行测量。
通常用3*3的格网窗口 在DEM数据矩阵中连续移 动计算完成。
等高线的绘制
在格网DEM上自动绘制等高线主要包括两个步骤： 1、等高线追踪，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。
剖面分析
1）意义： 常常可以以线代面，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，例如坡度、土壤、植被、土地利用 现状等，可以提供土地利用规划、工程选线和选址等的决策依据。 2）绘制 可在格网DEM或三角网DEM上进 行。 已知两点的坐标A(x1，y1)，B(x2， y2)，则可求出两点连线与格网或 三角网的交点，并内插交点上的 高程，以及各交点之间的距离。 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。 剖面图不一定必须沿直线绘制， 也可沿一条曲线绘制。
ai2 bi2 c 2 cos Ci 2ai bi
A C3 C2
C1
B
C max Ci
则C为该三角 形第三顶点
构网示意图
哪个内 角最大
与A点距离 最近的点
ai2 bi2 c 2 cos Ci 2ai bi
三角形的扩展
对每一个已生成的三角形的新增加的两 边，按角度最大的原则向外进行扩展， 并进行是否重复的检测。
(1,0)
y
S
tan tan tan
坡向角的计算
Z11 Z01
P
Z10
R
x 1
T
(0,0)
(1,1)
Q S
2yBiblioteka O(1,0)坡向
QO与X轴之夹角T为坡向角
RO PO PO tgT tga2 / tgY / tg X SO SO RO
坡度图和坡向图的制作
2、如不改变格网大小,则无法适用于起 伏程度不同的地区； 3、对于某些特殊计算如视线计算时，格 网的轴线方向被夸大； 4、由于栅格过于粗略，不能精确表示地 形的关键特征,如山峰、洼坑、山脊等；
概述：不规则三角网(TIN)
●不规则三角网(TIN)表示法克服了高程矩阵中冗 余数据的问题，而且能更加有效地用于各类以DTM 为基础的计算。但其结构复杂。 TIN（Triangulated Irregular Network)表示法利 用所有采样点取得的离散数据，按照优化组合的原则， 把这些离散点(各三角形的顶点)连接成相互连续的三 角面(在连接时，尽可能地确保每个三角形都是锐角 三角形或是三边的长度近似相等—Delaunay)。 因为TIN可根据地形的复杂程度来确定采样点的密 度和位置，能充分表示地形特征点和线，从而减少了 地形较平坦地区的数据冗余。
F ( X , Y ) F ( X 3 , Y3 ) 0
p3 p2
重复与交叉的检测：任意一边最多只能是两个三 角形的公共边。
立体像对法
资料来源于张超主编的《地理信息系统教程》所配光盘
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。
概述：DEM 与 DTM的区分
●数字高程模型(Digital Elevation
Model，DEM)：研究地面起伏。
●数字地形模型(Digital Terrain
Model，DTM)：含有地面起伏和属
性(如坡度、坡向等)两个含义，是DEM
的进一步分析。
概述：DEM的表示方法
●使用三维函数模 拟复杂曲面； ●将一个完整曲面 分解成方格网或面 积上大体相等的不 规则格网，每个格 网中有一个点的观 测值，即为格网值； ●适用于曲面插值 来表示地下水或土 壤的特性；
●TIN允许在地形复杂地区收集较多的信息，而在 简单的地区收集少量信息，避免数据冗余。
●对于某些类型的运算比建立在数字等高线基础上 的系统更有效，如坡度、坡向等的计算。
概述：建立DEM的目的
1）作为国家地理信息的基础数据； 2）土木工程、景观建筑与矿山工程规划与设计； 3）为军事目的而进行的三维显示； 4）景观设计与城市规划； 5）流水线分析、可视性分析； 6）交通路线的规划与大坝选址； 7）不同地表的统计分析与比较； 8）生成坡度图、坡向图、剖面图、辅助地貌分析、估计侵蚀和径流等； 9）作为背景叠加各种专题信息如土壤、土地利用及植被覆盖数据等，以 进行显示与分析； 10）与GIS联合进行空间分析； 11）虚拟现实(Virtual Reality)； 此外，从DEM还能派生以下主要产品：平面等高线图、立体等高线图、等 坡度图、晕渲图、通视图、纵横断面图、三维立体透视图、三维立体彩色图 等。
数字测图技术
第五讲、数字高程模型及其应用
数字高程模型
一、DEM概述 二、DEM建立
1、DEM的数据获取 2、DEM的建立方法
三、DEM应用
一、概述：DEM定义
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)。 DTM：当z为其它二维表面上连续变化的地理特 征，如地面温度、降雨、地球磁力、重力、土 地利用、土壤类型等其他地面诸特征，此时的 DEM成为DTM(Digital Terrain Models)。
概述：DEM的点模式表示
高程矩阵(规则矩形格网)，与栅格地图相同。
●表示方法：将区域划分成网格，记录每个网格的 高程； ●线模型到高程矩阵的转换。
◆优点：计算机处理以栅格为基础的矩阵很方便， 使高程矩阵成为最常见的DEM；
◆缺点：在平坦地区出现大量数据冗余；若不改变 格网大小，就不能适应不同的地形条件；在视线计 算中过分依赖格网轴线。
空间插值方法转换成点模式格式数据。
DEM的生成
方法：
1、人工格网法
2、三角网法
3、立体像对法
4、曲面拟合法 5、等值线插值法
人工格网法
●在地形图上蒙上格网，逐格读取 中心点或交点的高程值。
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。
●现有地图数字化：对已有地图上的信息(如等 高线)进行数字化。 ●地面测量：利用自动记录的测距经纬仪在野外 实地测量。
●空间传感器：利用GPS，结合雷达和激光测高 仪采集数据。
数字摄影测量采样点的选取
●沿等高线采样：主要用于山区采样。 ●规则网格采样：按规则矩形网格进行采样， 可直接生成规则矩形格网的DEM数据。 ●渐进采样：根据地形使采样点合理分布， 即平坦地区采样点少，地形复杂区采样点多。 ●选择采样：根据地形特征进行采样，如沿 山脊线、山谷线等进行采集。 ●混合采样。 注意：所有采集的数据都要按一定的
概述：TIN的三角剖分
概述：TIN模型的存储方式
No 1 2 3 : 10 X 90.0 50.7 67.2 : 10.0 Y 10.0 10.0 23.9 : 90.0 Z 43.5 67.3 62.6 : 81.0
概述：TIN模型的表现
概述：TIN小结
●表示方法：将区域划分为相邻的三角面网络，区 域中任意点都将落在三角面顶点、线或三角形内。 落在顶点上其高程与顶点相同；落在线上则由两个 顶点线性插值得到；落在三角形内则由三个顶点插 值得到。 ●生成方法：由不规则点、矩形格网或等高线转换 而得到。
Z01
P
Z10
R
x 1
T
O
(0,0)
(1,1)
又：
所以：
PO PO QO Q tan X tan sin 1 RO QO RO 2 PO PO QO tan Y tan sin 2 tan cos 1 SO QO SO 2 2 2 X Y
两点是否可见的算法
a）倾角法 格网DEM为例，O(xo，yo，zo)为观察点，P(xp,yp,zp)为某一格网点，OP与 格网的交点为A、B、C。
OP的倾角为α
观察点与各交点的倾角为β
i
(i＝A,B,C)
若tgα＞max(tgβi , i＝A、B、C)，则OP通视
否则，不通视。
A B
b) 剖面图
A 两点连线是否与剖面相交。
概述：GRID模式
规则格网法是把DEM表示成高程矩阵，此时，DEM 来源于直接规则矩形格网采样点或由不规则离散数据 点内插产生。 结构简单，计算机对矩阵的处理比较方便，高程 矩阵已成为DEM最通用的形式。高程矩阵特别有利于各 种应用。
概述：GRID模式的缺点
Grid系统有下列缺点： 1、地形简单的地区存在大量冗余数据；
向外扩展的处理：若从顶点为P1(X1,Y1), P2(X2,Y2), P3(X3,Y3)的三角形之P1P2边向外扩 展，应取位于直线P1P2与P3异侧的点
异侧判断
F ( X ,Y ) (Y2 Y1 )( X X1 ) ( X 2 X1 )(Y2 Y1 ) 0