数字高程模型（DEM）——知识汇总

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：
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（Advanced Land 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（AVNIR-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
10m分辨率数据12.5m分辨率数据
来源： databox.store/product/Details/344
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。

原始数据为geotif或ESRI GRID格式，每景数据覆盖经纬度各5°，水平和垂直精度分别为20和16m，水平分辨率约90m。

图2 全国晕渲图（来源：）
b) ASTER数据
从ASTER （advance spaceborne thermal emission and reflection radiometer）GDEM(global digital elevation model) 全球数据网站下载。

原始数据为tif格式，每景数据覆盖经纬度各1°，数据的水平和垂直精度均为7~50m，水平分辨率约30m。

参考大地水准面为WGS84/EGM96，特殊DN值：无效像素值为-9999，海平面数据为0。

①. 到目前为止，NASA和METI已经共同发布了三个版本，具体信息如表2所示。

表 2 三个版本的基本信息
②. 不同版本数据下的晕渲图
重庆市ASTER GDEM V2数据示意图重庆市ASTER GDEM V3数据示意图
图3 直辖市ASTER GDEM不同系列晕渲图
新疆维吾尔自治区ASTER GDEM V2数据示意图新疆维吾尔自治区ASTER GDEM V3数据示意图
湖北省ASTER GDEM V2数据示意图湖北省ASTER GDEM V3数据示意图图5湖北省ASTER GDEM不同系列晕渲图
香港特别行政区ASTER GDEM V2数据示意图澳门特别行政区ASTER GDEM V2数据示意图图6特别行政区ASTER GDEM 2系列晕渲图
五、 DEM的应用
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的规划与设计；
3. 为军事目的（军事模拟等）而进行的地表三维显示；
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的选址；
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，已进行显示与分析；
10. 为遥感、环境规划中的处理提供数据
参考文献：
[1] 杨勤科,郭兰勤, 王春梅. 基于ASTRE和SRTM高程数据的坡度和坡长提取与分析[J]. 水土保持通报, 2012, 32(6):142-146.
[2] 汤国安.我国数字高程模型与数字地形分析研究进展[J]. 地理学报, 2014, 69(9).
[3] 王家耀,崔铁军, 苗国强. 数字高程模型及其数据结构[J]. 海洋测绘, 2004(03):3-6.。