数字高程模型
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。
数字高程模型
DEM的核心是地形表面特征点的三维坐 标数据和一套对地表提供连续描述的算法， 最基本的DEM由一系列地面点 x，y 位置及 其相联系的高程 z 组成，其数学函数式表达 是
z = f(x，y)，(x，y) ∈ DEM所在区域
统计各类土地面积
以H2为临界值，将数字地形的数据按照 公式进行重新分类，得到数字地形的二值图， 将该二值图与土地利用数据进行布尔逻辑运 算，统计出各类土地的淹没面积。
zi,j =
1 0
当zi,j H2 当zi,j H2
（3）剖面图的自动绘制
AB CD E
(a) DEM数据
300
300
200
a.地形简单的地区存在大量冗余数据； b.如不改变格网大小，则无法适用于起伏程度不同的 地区； c.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、山谷等。为了压缩栅格DTM的 冗余数据，可采用游程编码或四叉树编码方法。
3.DEM的表示方法 不规则三角网（TIN）模型
1 XYZ 2 XYZ 3 XYZ 4 XYZ 5 XYZ 6 6 XYZ 7 XYZ 8 XYZ
（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，以进行显示与分析等等
2.DTM的数据采集 （1）以航空或航天遥感图像为数据源
左航片
全数字摄影测量
右航片
DEM
2.DTM的数据采集 （1）以航空或航天遥感图像为数据源 （2）以地形图为数据源
（2-3） （2-4）
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。
第7章-数字高程模型
1 数字高程模型的定义
地形表面形态等多种信息的一个数字表示
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}
➢数字高程模型DEM（Digital Elevation Model）或 DHM(Digital Height Model) 是表示区域D上地形的三维向量有限序列
0
1 L
L
2kX
[{
0
Ck cos(
k 0
L
k
)
k 0
Ck
cos(2kX
L
k
)]}2
dX
2 z
1 2
m
(Ck
k 0
Ck )2 dX
1 2
m
(1
k 0
Ck Ck
)2 Ck2
1 2
m
[1
k 0
H (uk )]2Ck2
采样间隔和地形的复杂程度
2.利用检查点的DEM精度评定
在DEM内插时，预留一部分数据点作 为检查点,在建立DEM之后，由DEM内 插出这些点的高程，DEM的精度
“任何一个圆滑的数学表面总是可以用一 系列有规则的数学表面的总和，以任意的 精度进行逼近。”也就是一个数学表面上 某点（X，Y）处高程Z的表达式为:
n
Z f (X ,Y ) ajq(X ,Y , X j,Yj ) j 1
a1q(X ,Y , X1,Y1) a2q(X ,Y , X 2,Y2) anq(X ,Y , X n,Yn )
深度学习在DEM数据获取中的应用
1.针对激光点云的地面点和非地面点的分类处理： 一处理Lidar数据，提取每个点与周围点之间的相对高差并将其
转换为表示点特征的图像，用于神经网络的训练。分离地物点
数字高程模型
对地面地形的数字化模拟
01 简介
03 形式
目录
02 建立方法 04 数据来源
05 分辨率
07 产品案例
目录
06 用途
数字高程模型（Digital Elevation Model)，简称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字 化模拟（即地形表面形态的数字化表达），它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是 数字地形模型(Digital Terrain Model，简称DTM)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。
(2)不规则三角。不规则三角是用不规则的三角表示的DEM，通常称DEM或TIN(Triangulated Irregular Network)，由于构成TIN的每个点都是原始数据，避免了内插精度损失，所以TIN能较好地估计地貌的特征点、线， 表示复杂地形比矩形格精确。但是TIN的数据量较大，除存储其三维坐标外还要设点连线的拓扑关系，一般应用 于较大范围航摄测量方式获取数值 。
一般认为，DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线 性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在 DEM的基础上派生。
简介
DTM的另外两个分支是各种非地貌特性的以矩阵形式表示的数字模型，包括自然地理要素以及与地面有关的 社会经济及人文要素，如土壤类型、土地利用类型、岩层深度、地价、商业优势区等等。实际上DTM是栅格数据 模型的一种。它与图像的栅格表示形式的区别主要是：图像是用一个点代表整个像元的属性，而在DTM中，格的 点只表示点的属性，点与点之间的属性可以通过内插计算获得 。
用途
由于DEM描述的是地面高程信息，它在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、通讯、军事等国 民经济和国防建设以及人文和自然科学领域有着广泛的应用。如在工程建设上，可用于如土方量计算、通视分析 等；在防洪减灾方面，DEM是进行水文分析如汇水区分析、水系络分析、降雨分析、蓄洪计算、淹没分析等的基 础;在无线通讯上，可用于蜂窝的基站分析等等。
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。
数字高程模型的认识
城市规划与建设
数字高程模型在城市规划与建设中具有广泛的应用价值。通过数字高程模型，规 划师可以获取城市地形信息，了解城市的地貌特征和地表形态，为城市空间布局 、道路规划、排水系统设计等提供依据。
数字高程模型还可以用于城市景观设计、绿化规划等方面，提高城市的生态环境 质量和美学价值。
土地资源调查
土地资源调查是数字高程模型应用的另一个重要领域。通 过数字高程模型，可以获取土地资源的地形信息，了解土 地资源的分布、质量和利用状况，为土地资源的合理利用 和保护提供科学依据。
数据采集
通过地面测量、航空摄影测量 和卫星遥感等方式获取地形数 据。
网格生成
将处理后的地形数据转换为数 字高程模型，通常采用规则或 不规则的网格形式进行表示。
流程
DEM的建立流程包括数据采集、 数据处理、网格生成和质量控 制等步骤。
数据处理
对采集到的地形数据进行预处 理、编辑和整理，以确保数据 的质量和准确性。
数据可视化与表达
可视化表达
将数字高程模型转换为可视化的地形图，便于分析和应用。
可视化技术
利用GIS、三维可视化等技术，实现数字高程模型的动态展示和交互操作。
04
数字高程模型的精度与 误差分析
精度影响因素
数据源
数字高程模型的数据源直接影响其精度，高质量 的数据源能够提供更准确的地面高程信息。
采样间隔
详细描述
高分辨率数字高程模型能够捕捉到更多的地形细节，对于城市规划、土地利用、地质调 查等领域具有重要意义。同时，精细化的发展趋势使得数字高程模型能够更好地模拟和
预测地形地貌的变化。
多源数据融合与集成应用
总结词
多源数据的融合和集成应用是数字高程模型 发展的重要方向，能够提高模型的准确性和 可靠性。
数字高程模型的概念
数字高程模型的概念一、引言数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）是地球表面地形形态和特征的数字表达。
它是一种数据格式，用于存储、管理和显示地球表面某一特定范围内的高程数据。
DEM在地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）等领域有着广泛的应用。
二、高程数据高程数据是数字高程模型的基础，它描述了地球表面某一特定范围内的高程信息。
高程数据可以是绝对高程或相对高程。
绝对高程是以地球质心为参考点，测量得到的高程；相对高程则是相对于某一特定基准面（如海平面）的高程。
高程数据的精度和分辨率直接影响数字高程模型的精度和详细程度。
三、地形形态地形形态是地球表面地形的高低起伏状态，包括山峰、山谷、平原、高原等地形。
数字高程模型通过表达地形形态，可以反映地球表面地形的高低起伏变化。
地形形态是数字高程模型的重要特征之一，它对于地貌分析、土地利用、水资源管理等领域具有重要意义。
四、地形特征地形特征是指地球表面地形上的特殊点或区域，如山峰、河流、湖泊等。
数字高程模型通过表达这些地形特征，可以提供更丰富的地理信息。
例如，通过提取山峰数据，可以分析山脉的分布和高度；通过提取河流数据，可以分析流域的水文特征。
地形特征对于环境监测、城市规划、交通布局等领域具有重要应用价值。
五、总结数字高程模型是地球表面地形形态和特征的数字表达，它通过高程数据、地形形态和地形特征等要素，提供了丰富的地理信息。
数字高程模型在地理信息系统、遥感、全球定位系统等领域有着广泛的应用，为地貌分析、土地利用、水资源管理、环境监测、城市规划等领域提供了重要的支持和参考。
随着科技的发展，数字高程模型的应用范围还将不断扩大，为人类提供更全面、更准确的地理信息。
数字高程模型
+第一章绪论数字地形图：在测绘领域，地形图是一个专有名词。
国内的地形图（国外的不了解）一般特指那些特定比例尺系列、有着固定分幅范围的、全面表达地表面的地形、地物特征的地图。
其内容特点是全面、均衡、不突出表达某种要素。
一般包括：测量控制点、居民地、水系、交通、管线、地貌、植被等内容。
数字地形图的历史形态是模拟地形图，一般是纸质的。
数字高程模型(DEM)：地形图上的地貌是用等高线、高程点、陡坎、陡崖等表达的。
等高线和高程点，外加陡坎、陡崖及其比高构成了一种“高程模型”。
通过对他们的判读，可以得到对地表高程的总体印象，是对实际地貌的一种模拟。
数字地形图上的等高线和高程点是数字高程模型的一种。
不规则三角网、规则格网都可以是数字高程模型，其核心特点是都可以对地表高程信息进行完整的模拟。
数字地面(地形)模型(DTM)：地形是“地表形态”或“地貌形态”的简称。
地形可以用高程来描述，也可以用坡度、坡向等信息来描述。
数字地形模型包括数字高程模型、数字坡度模型、数字坡向模型等。
数字表面模型(DSM)：DEM必须是高程信息，是对地形和地貌的模拟，DSM可以是地物表面的模拟，包括植被表面、房屋的表面，对DSM进行加工，去掉房屋、植被等信息，可以形成DEM。
模型（Model）: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为能够理解的事物本体。
模型可用来表示系统或现象的最初状态，或表现某些假定或预测的情形。
三个层次：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。
物质模型----模拟的模型。
如沙盘，塑料地形模型。
数学模型----基于数字系统的定量模型。
用数学的语言、方法去近似地刻划实际，是由数字、字母或其它数学符号组成的，描述现实对象数量规律的数学公式、图形或算法。
•（1）按照模型的应用领域（或所属学科）如人口模型，生物模型，生态模型，交通模型，作战模型等。
•（2）按照建立模型的数学方法（或所属数学分支）如初等模型，微分方程模型、网络模型、运筹模型、随机模型等。
数字高程模型DEM
（6）体积的计算
（7）剖面积的计算
地形图数字化 DEM生成流程
3 DEM生成的流程
1. 从等高线数据可以直接生成TIN，也可
直接生成格网DEM
2. 格网DEM也可由等高线先生成TIN再内
插获得
3. 经过实践证明，由等高线先生成TIN再
内插格网DEM的精度和效率都是很好的
3.5.4 DEM的应用 1 基本地形因子计算
（1）坡度和坡向计算
空间插值
当进行降雨量、污染物浓度、高度变化等分析时，不可能对该 现象分布范围内的每点都进行测量，只能对研究区内进行采样 测量，然后使用这些样点数据推导整个区域。插值是这种推导 过程的一种方法
插值就是使用有限样本值去预测未知位置值的过程。即从分布 在某一区域内的一组具有已知值的样本点计算未知的位置的值
对线和面特征可以分为“硬（Hard）”或“软（Soft）”。硬特征表 示突变的事物（如道路、河流等指示坡度突变），软特征表示连续的 事物（如连续的山脊线等）
3.5.3 DEM的建立
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
1、 DEM数据采集方法 （1）野外实地测量 利用自动记录的测距经纬仪（常用为全站仪）在野外实 测。这种速测经纬仪一般都有CPU，可以自动记录和显 示有关数据，还能进行多种测站上的计算工作。其记录
A
3 1 B 4 5 9 I 2 C D
E
7 F
6
8
11
G H
10
J
优 点
不规则三角网数字高程由连续的
三角面组成，三角面的形状和大
地理信息系统课件第八章-数字高程模型
样条函数概念： 一类分段（片）光滑、并且在各段交接处也有一
定光滑性的函数。简称样条。样条一词来源于工 程绘图人员为了将一些指定点连接成一条光顺曲 线所使用的工具，即富有弹性的细木条或薄钢条。 由这样的样条形成的曲线在连接点处具有连续的 坡度与曲率。分段低次多项式、在分段处具有一 定光滑性的函数插值就是模拟以上原理发展起来 的，它克服了高次多项式插值可能出现的振荡现 象，具有较好的数值稳定性和收敛性，由这种插 值过程产生的函数就是多项式样条函数。样条函 数的研究始于20世纪中叶，到了60年代它与计算 机辅助设计相结合，在外形设计方面得到成功的 应用
克立金法基本原理是根据相邻变量的值 (如若干样品元素含量值)，利用变差函数所 揭示的区域化变量的内在联系来估计空间 变量数值的方法。
2024/7/17
23
3.4 几种典型数据网格化插值方法选择
遥感数据是按影像方式记录的栅格数据，内插 放大或重采样时，常用矩形网格内插法，如最邻 近点法、双线性插值法或立方卷积法。
选用大小不同的窗口，可以 实现数据的分解，大窗口使 区域趋势成分比重增大，小 窗口则可突出一些局部异常。 逐格移动窗口逐点逐行地计 算直到覆盖全区，就得到了 网格化的数据点图
2024/7/17
15
移动平均法
当原始取样点分布较稀且不规则时，可以 采用定点数而不定范围的取数方法，即搜 索邻近的点直到预定的数目为止。搜索方 法可以是四方搜索或八方搜索等。此时由 于距离可能相差较大，因此常同时采用距 离倒数或距离平方倒数加权的办法，以便 压低远处的点的影响。
2024/7/17
29
点模式——高程矩阵
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。
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
数字高程模型及地形分析
数字高程模型及地形分析
§10.2 DEM的主要表示模型
四. 层次模型
▪ 特点：
• 一种表达多种不同精度水平的数字高程模型 • 大多数层次模型是基于不规则三角网模型的 • 层次地形模型允许根据不同的任务要求选择不同精度的地形模型
▪ 实际运用中必须注意几个重要的问题：
• 层次的数据导致数据冗余 • 自动搜索的效率问题，例如搜索一个点可能先在最粗的层次上搜索，
再在更细的层次上搜索，直到找到该点 • 三角网形状的优化问题 • 可能允许根据地形的复杂程度采用不同详细层次的混合模型 • 在表达地貌特征方面应该一致，例如，如果在某个层次的地形模型上
数字高程模型及地形分析
§10.1 概述
❖DEM的表示方法
▪ 一个地区的地 表高程的变化 可以采用多种 方法表达
DEM 表 示 方 法
▪ 用数学定义的 表面或点、线 、影像都可用 来部 点数据
线数据
傅立叶级数 高次多项式
规则数学分块
不规则数学分块
密度一致
规则
密度不一致
特征点
数字高程模型及地形分析
§10.2 DEM的主要表示模型
❖ DEM的表示模型
一．等高线模型 二．规则格网模型 三．不规则三角网模型
数字高程模型及地形分析
§10.2 DEM的主要表示模型
一. 等高线模型
▪ 等高线通常被存储 成一个有序的坐标 点序列，可以认为 是一条带有高程值 属性的简单多边形 或多边形弧段
▪ 数据量过大 ，给数据管理带来了不方便，通常要进行 压缩存储
• 哈夫曼编码进行无损压缩 • 基于离散余弦变换（Discrete Cosine Transformation，DCT
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。
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1、数字高程模型：它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型（简称DTM)的一个分支，是表示区域D上的三维向量有限序列。
2、DTM：数字地形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数字描述。
地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向等。
3、TIN：不规则三角网，通过从不规则分布的数据点生成的连续三角面来逼近地形表面。
4、测绘4D产品（即DLG数字线划图、DRG数字栅格影像、DEM、DOM数字正射影像）：DLG：现有地形图上基础地理要素分层存储的矢量数据集。
数字线划图既包括空间信息也包括属性信息。
DRG：数字栅格地图是纸制地形图的栅格形式的数字化产品。
DEM：数字高程模型是以高程表达地面起伏形态的数字集合。
DOM：数字正射影像利用航空相片、遥感影像，经象元纠正，按图幅范围裁切生成的影像。
5、连续不光滑DEM：指每个数据点代表的只是连续表面上的一个采样值，而表面的一阶导数或更高阶导数不连续的情况。
6、数字地貌模型：是地貌形体及其空间组合的数字形式，是一维、二维、三维、四维空间地貌的可视描述和模拟。
7、DEM误差：DEM高程值与真实值的差异9、插值：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学函数对地表进行表示。
根据若干相邻参考点的高程求出待定点上的高程值。
（内插）14、不规则镶嵌数据模型：用相互关联的不规则形状与边界的小面块集合来逼近不规则分布的地形表面15、行程编码结构：对于一幅栅格图像，常常有行或列方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容，即只在各行或列数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数，从而实现压缩16、细节层次模型：对同一个区域或区域中的局部使用具有不同细节的描述方法得到的一组模型。
17、DEM元数据：描述DEM一般特征的数据，如名称、边界、测量单位、投影参数等。
18、数字高程模型的主要研究内容（1）地形数据采集，地形高程数据获取是数字高程的首要环节。
地形高程数据的分布、密度和精度对数字高程模型的质量有着非常重要的影响，数据采样策略、高精度快速数据采样技术等一直是DEM数据采样的主要研究内容之一。
（2）地形建模与内插，DEM是对地形表面的数字化表示，实际上是一种数学建模过程，如果需要该数学表面上其他位置处的高程值，可应用内插方法来进行处理。
高度逼真、多尺度地形建模技术和快速高效的内插算法是数字高程模型永恒的主题。
（3）数据组织与管理，DEM是按一定结构组织在一起的地形数据，数据结构的好坏直接影响DEM 对地形的重建精度。
地形表面具有多尺度特征，多尺度地形的表达与组织是DEM面临的主要课题之一。
（4）地形分析与地学应用，主要包括两个部分，即基本应用和地形分析应用，基本应用主要是在DEM上实现等高线地形图上的地形分析功能，如高程内插，坡度坡向计算，土方计算，地形结构识别等；地学分析应用与具体学科相联系，主要研究基于DEM的地学模型，地学过程模拟等内容。
（5）DEM可视化，实现以多种方式如等高线，晕渲图，线框透视，动画等在不同层面上对地形进行表达，观察和浏览。
（6）不确定性分析和表达，数字高程模型的精度对DEM的生产者和使用者都有重要的意义。
DEM 精度研究包括DEM数据源精度、数据内插精度、数据模型精度、各种误差在DEM数据操作过程中的传播问题以及DEM数据生产中的质量控制策略等。
19、DEM的分类体系：20、DEM的特点：（1）表达多样性，容易用多种形式显示地形信息。
地形数据经计算机处理后能产生不同比例尺的纵横断面图与立体图，而常规地图一旦制作形成，比例尺不容易改变，绘制其他的地形图需要人工处理；（2）精度恒定性，精度不会损失，没有载体变形的问题；（3）更新实时性，容易实现自动化、实时化。
将修改信息直接输入计算机，软件处理后生成各种地形图。
（4）尺度综合性，快速计算、获取DEM分辨率范围内的高程数据。
21、简述一下DEM的建立方法：DEM的建立过程是一个模型建立过程，模型的建立首先是要为模型构造一个空间结构。
空间结构一般是规则的或不规则的，如格网和不规则三角网。
构建模型的内容和过程：（1）采用合适的空间模型构造空间结构；（2）采用合适的属性域函数；（3）在空间结构中进行采样，构造空间域函数；（4）利用空间域函数进行分析。
DEM建立方法：（1）基于不规则分布采样点的DEM建立实际上是数据规则化处理过程，一般有直接法和间接法两种建模方案，直接法是直接通过采样点内插建立DEM，间接法是首先利用点数据建立TIN模型，然后再在TIN模型上通过线性内插等方法形成格网DEM（2）基于规则格网分布采样点的DEM的建立基于TIN的规则格网DEM建立首先根据采样点，建立研究区域的TIN,然后在上进行格网点的高程内插。
此过程有时也称为剖分内插，本质上也是局部分块内插的一种，只是分块范围是三角形。
在TIN上进行内插点计算，主要采用线性内插、精确拟合内插、连续双5次多项式内插、磨光内插等。
（3）基于等高线分布采样点的DEM建立，相对于不规则分布分采样点而言，基于规则格网分布采样点的DEM建立不需要搜索内插点的领域，而是通过简单的几何关系就可建立。
22、 DEM数据设计需要遵循的基本原则：（1）适用性原则：满足主要用户的需求。
并充分兼顾潜在客户的需求；（2）运行性原则：迅速显示、查询，始终保持正常运行，可以及时提供数据产品；（3）更新性原则：满足增加、修改、删除的原则，可以方便的扩充和更新；（4）相关性原则：保证与其他基础地理信息产品的相关性，是数据库在数学基础、坐标系统以及产品一致性方面相关；（5）相容性原则：与其他类型数据库系统兼容，可以共享或相互交换数据；（6）先进性原则：采用科学的技术手段，使系统保持一定的先进性；（7）高质量原则：与原始资料一致，数据质量可靠数据标准、规范；（8）完备性原则：除了基本的数据体外，还要有完备的元数据内容；（9）安全性原则：有严密的权限控制机制。
23、简述一下规则格网DEM和不规则三角网DEM的优缺点：24、简述一下DEM数据源的三大属性：（1）数据分布：采样点的位置（规则、不规则分布）；（2）数据密度：采样点的密集程度（采样间距，单位面积内的点数）；（3）数据精度：与数据源、数据采集方法和采集仪器有关。
25、简述一下DEM采样布点的原则（1）沿等高线采样：采样时将Z轴固定，即固定高程值沿等高线采集高程点，平坦地区不适用。
（2）规则格网采样：通过规定X和Y轴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值。
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。
（3）剖面法：类似于规则格网法，唯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，而不想在规则采样中以静态方式进行。
（4）渐进采样：小区域的格网逐渐改变，而采样也由粗到精的逐渐进行。
（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，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。
（6）混合采样：是一种将选择采样与规则采样相结合或者是选择采样与渐进采样相结合的采样的方式。
此方法在地形突变处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，山顶点、洞穴点等，被加入到规则格网数据中。
26、什么是误差？什么是不确定性？二者有何区别和联系？误差（error）:通常被定义为观测数据与其真值之间的差异。
从性质上可分为系统误差、随机误差和粗差。
DEM误差一般是随机误差。
不确定性（uncertainty）：指对真值的认知或肯定的程度，是更广泛意义上的误差，包含系统误差、偶然误差、粗差、可度量和不可度量误差、数据的不完整性、概念的模糊性等。
27、简述一下从DEM生产过程来看，DEM误差主要来源于哪些过程？（1）地形表面特征；（2）数据源误差；（3）采样点设备误差；（4）人为误差；（5）采样点密度和分布；（6）内插方法；（7）DEM结构；DEM误差分类体系：数据误差是DEM数据源误差和由内插引起的高程数据误差；描述误差是DEM对地形表达的误差。
28、 GIS数据从数据组织上可分为哪2大类？并简述一下矢量数据和栅格数据的优缺点：一类是利用航空影像经解析摄影量测或全数字摄影量测采集数据并进一步由TIN建模技术内插生成的标准正方形格网数据；一类是利用既有基本地形图经扫描数字化采集数据（或直接用DLG）并进一步由TIN建模技术内插生成的标准正方形格网数据。
29、结合你所学专业知识谈谈DEM的应用范畴与前景DEM主要应用在地球科学及其相关学科领域，如摄影量测、遥感、制图、土木工程、地质、矿业工程、地理形态、军事工程、土地规划、通信及地理信息系统等。
（1）工程中的应用：1.工程中的挖填方计算2.线路勘测设计中的应用3.水利建设工程中的应用4.在环境影响评估中的应用（2）军事中的应用：1.虚拟战场2.其他军事工程（3）在遥感与制图中的应用：1.遥感数字图像定量解释2.数字制图（4）地理分析中的应用：1.山区日照分析模型2.起伏地区的风场模型（5）其他应用：1.地质采矿2.林业方面3.地形学方面4.通信前景：DEM将通过数字地球广泛应用于社会各行各业、各部门，如城市规划、交通、航空航天等。
30、DEM的数据采集方法有哪些？请对这些方法的优缺点进行对比分析方法有：（1）摄影测量数据采集（2）利用合成孔径雷达干涉测量采集数据（3）机载激光扫描数据采集（4）从地形图采集数据（4）从地面直接采集数据31、我国现阶段有哪几种不同比例尺的DEM？请比较分析一下它们各自的特点我国现阶段有：全国1：100万DEM；全国1：25万DEM；全国1：5万DEM；七大江河重点防洪区1：1万的DEM1：100万DEM：利用1万多幅1:5万和1:10万地形图，按照28”.125*18”.750（经差*纬差）的格网间隔，采集格网交叉点的高程值，经过编辑处理，以1:50万图幅为单位入库。
原始数据的高程允许最大误差为10~20m1：25万DEM：全国1：25万DEM的格网间隔为100m*100m和3”*3”两种。
1：25万DEM 由1：25万图上的等高线、高程点、等深线、水深点，采用不规则三角网模型内插获得。
用数字高程模型的高程值分别与1：25万地形图等高线高程、水准点高程和三角点高程比较测试，误差均在1/3或1/2等高距之内。
1：5万DEM：1：5万DEM使用1:5万、1:10万、1:1万三种比例尺的地形图资料，全部采用1980西安坐标系、1085国家高程基准、高斯-克吕格投影。