数字高程模型考试

1、什么是数字高程模型，数字高程模型有什么特点？定义：当DTM（DTM是描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值阵列）中所表示的第三维属性为高程时，DTM即为DEM，因此DEM是DTM的一个子集，它是对地球表面地形地貌的一种离散的数字表达。特点：（1）精度的恒定性。（2）表达的多样性。（3）更新的实时性。（4）尺度的综合性。

2、数字高程模型与地理信息系统有何关系？注意：根据自己理解答题，应该容易得分，个人认为可以从以下几点略加联系：DTM是空间数据库中存储并管理的空间地形数据集合的统称,而DEM是DTM的子集。空间数据库与GIS的联系GIS中的空间分析如透视分析、趋势面分析等与此紧密相关等等方面拓展

3、数字地面模型的分类（1）地貌信息（2）基本地物信息（3）主要的自然资源和环境信息（4）主要的社会经济信息

4、数字高程模型的分类

根据大小和覆盖范围分：局部DEM、全局DEM、地区DEM 根据模型的连续性：不连续的DEM、连续的DEM、光滑的DEM 根据数据组织方式分：基于面单元的DEM、基于线单元的DEM、基于点的DEM 了解：（基于面单元的DEM：将采样点按某种规则划分成一系列的规则或不规则的格网单元，并用这些格网单元组成的网络逼近原始曲面。）5、简述数字高程模型的研究内容：a、地形数据采样b,地形建模与内插c数据组织与管理d、地形分析与地学应用e、DEM可视化f、不确定分析和表达7、简述数字高程模型的应用范围和领域，并结合所学专业谈谈对数字高程模型的认识。科学研究应用、商业应用、工业、工程应用、管理应用、军事应用。DEM即是地形曲面的数字化表达。建立DEM的实质就是地形数据的建模过程。DEM建模过程：抽象、总结、提炼——地形曲面数据模型（矢量结构、栅格结构、混合结构）——数据组织管理——地形重建数字高程模型数据组织的目的：就是要将所有相关的DEM数据通过数据库有效地管理起来，并根据其地理分布建立统一的空间索引，进而可以快速调度数据库中任意范围的数据，实现对整个研究区域DEM数据的无缝漫游。镶嵌数据模型：空间对象可用相互连接在一起的网络来覆盖和逼近，或者说用在二维区域上的网络划分来覆盖整个研究区域。规则镶嵌数据模型：用规则的小面块集合来逼近不规则分布的地形曲面优点：存储量小，结构简单，操作方便，因而非常适合于大规模的使用与管理。

缺点：对于复杂的地形地貌特征，难于确定合适的格网大小。不规则镶嵌数据模型：不规则镶嵌数据模型是指用来进行镶嵌的小面块具有不规则的形状和边界优点：能较好的顾及地貌特征点、线，逼真地表示复杂地形起伏特征，并能克服地形起伏变化不大的地区产生冗余数据的问题。缺点：数据量大，数据结构复杂且难以建立，TIN一般只适宜于小范围大比例尺高精度的地形建模。元数据：是关于数据的数据。它描述数据的内容、质量、状况和其它特征，帮助人们定位和理解数据。元数据作用：可用性：用以确定是否存在关于某个地理位置的一组数据。适用性：用以评估这组数据是否适用。存取：用以确定获得验证过的数据的手段。变换：用以成功地处理和使用这组数据。元数据库管理系统的主要功能：元数据库编辑。元数据查询和显示。DEM数据源及特点（或缺点）地形图的缺点：地形图现势性、地形图存储介质、地形图精度遥感影像存在的问题：遥感影像的几何畸变、遥感数据的增强处理、遥感影像数据的空间分辨率、遥感影像数据的解译和判读地面测量数据既有DEM数据采样数据的三大属性：

a. 数据分布（采样数据的分布通常由数据位置和结构来确定）位置：由地理坐标系中的经纬度或格网坐标系统中的东北向坐标决定结构：规则与不规则

b. 采样密度它与研究区域的地貌类型和地形复杂程度有关。可由几种方式指定：如相邻两点之间的距离、单元面积内的点数、截止频率等

c. 数据精度采样数据精度与数据源、数据的采集方法和数据采集的仪器密切相关。一般来讲，各种数据源的精度从高到低是野外测量、影像、地形图扫描。DEM数据采集方法1）地形图数据采集方法：手扶跟踪数字化、扫描数字化2）摄影测量数据采集方法：数字摄影测量工作站3）野外测量数据采集方法：野外测量：大平板、全站仪、GPS、移动测绘系统特点：精度高、效率较低适合范围：小范围GIS数据采集或局部数据更新DEM数据采集的新方法：合成孔径雷达干涉测量（InSAR）、机载激光扫描数据采集DEM质量评价标准：（1）保凸性（所谓保凸性就是指f(x)和F(x)有共同数量的拐点，并且拐点的位置一致或接近的程度）（2）逼近性（3）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）DEM建立的一般步骤与方法：采用合适的空间模型构造空间结构；采用合适的属性域函数；在空间结构中进行采样，构造空间域函数；利用空间域函数进行分析数字建模的各种方法：基于点的建模方法基于三角形的表面建模基于格网的建模混合表面的建模

基于三角形的表面建模特点：这种建模方法也能容易地融合断裂线、生成线或其他任何数据基于格网的表面建模特点：简单；常被用于处理覆盖平缓地区的全局数据，但对于有着陡峭斜坡和大量断裂线等地形形态的比较破碎的地区，若不进行特殊的处理，这种方法并不适用。混合表面建模特点：混合建模实际上就是格网与TIN并存的一种混合数据结构。DEM建立过程的关键环节就是格网点上高程的内插计算。DEM内插就是根据分布在内插点周围的采样点高程求出未知点的高程值，在数学上属于数值分析中的插值问题DEM 内插：整体内插（整体内插的拟合模型是由研究区域内所有采样点的观测值建立的。）整体内插存在的问题：（1）整体内插函数保凸性较差；（2）不容易得到稳定的数值解；（3）多项式系数物理意义不明显；（4）解算速度慢且对计算机容量要求较高；（5）不能提供内插区域的局部地形特征。

分块内插（DEM分块内插即是将地形区域按一定的方法进行分块，对每一块根据地形区面特征单独进行曲面拟合和高程内插）问题：1、如何进行分块？2、如何保证相邻图块之间的连续性？答案：1、按地形结构线或规则划分块。2、相邻分块之间有一定的重叠度或增加一些限制条件逐点内插：是以待插点为中心，定义一个局部函数去拟合周围的数据点，数据点的范围随待插点位置的变化而移动，因此又称为移动曲面法。基本步骤：定义内插点的邻域范围；确定落在邻域内的采样点；选定内插数学模型；通过邻域内的采样点和内插数学模型计算内插点的高程。Voronoi图把平面分成N个区，每一个区包括一个点，该点所在的区是距离该点最近的点的集合，这样的区域就是Voronoi多边形。用直线段连接两个相邻多边形内的离散点而生成的三角网称为狄洛尼三角网。等高线构建TIN法先建立TIN，然后通过内插TIN形成DEM1、误差是指观测值与真值之间的差异。按性质分，误差可分为系统误差、偶然误差和粗差三大类。2、不确定性是指对真值的认知或肯定的程度，它是更广泛意义上的误差。包括粗差、系统误差、偶然误差、可度量和不可度量误差、数据的布完整性、概念的模糊型等。3、精度是指误差分布的密集或离散程度。

误差源：地形表面特征数据源误差采样点密度和分布内插方法DEM结构DEM精度评定方式平面精度和高程精度分开评定；两种精度同时评定。DEM高程精度评定方法理论分析方法实验分析方法实验方法和DEM经验模型DEM实验建立包括两个基本环节，即原始数据精度评价和DEM精度评定。1、原始数据精度评价2、DEM精度评定理论分析与理论模型意义：预测DEM内插精度为数据采样提供指导方法：基于功率普的传递函数法DEM精度理论模型基于协方差和变差的DEM精度理论模型基于高频普分析的模型影响等高线数据DEM的精度的因素：（1）原始数据质量；（2）数据点的分布和密度；（3）内插数学模型；（4）等高距原始数据的采样点误差（1）航空像片像片的质量及比例尺；仪器的精度及保养状态；测量的精度；像片的几何等（2）现有的地形图数字化仪的精度及保养状态；原始地图的质量；数字化量测的精度模型验证试验与分析实验分析的主要结论（1）较高密度数据的DEM 精度较低密度数据的DEM精度为高；（2）附加地形特征数据能够获取较高精度的DEM；（3）理论模型能给出比较合理的精度预测值，可以在实际生产中给出DEM精度的概值。第六章重点（数字地面模型的精度分析）可视化即是将抽象符号转化为几何图形的计算方法，以便研究者能够观察其模拟和计算的过程和结果。地形可视化即是以DEM为基础实现对地形的直观表达。可视化方法：写景法半色调符号表示法等高线法分层设色法晕渲法拍摄实地景观照片建造三维几何相似的实物模型产生三维线框透视投影图真实感图形显示地形剖面即是指沿一条直线或曲线上的在垂直方向上的地形起伏情况。地形的二维表达是把三维地形表面通过投影到平面上，再用相应的方法加以表达。1、等高线法2、地貌晕渲图法3、明暗等高线法4、分层设色法地貌晕渲图：优点：能够形成较好的视觉立体效果。缺点：难以定量表示地形的起伏程度。明暗等高线法：优点：能详细刻画地貌特征、便于图上量测。缺点：所表示的地形立体感不强，不便于初学者使用。分层设色法基于高程的分带设色是根据等高线划分出地形的高程带，逐层设置不同的颜色，用以表示地势起伏的一种方法。第七章重点（地形特征提取）意义：1、高精度制图、DEM生产、DEM数据压缩的保障；2、地貌制图综合的根本；3、地貌类型自动划分的依据；4、地学分析的基础；5、地貌分布格局研究的前提山脊线、山谷线的提取：基本方法：提取地形特征点（山脊点、山谷点、鞍点等）；将特征点连成地形特征线地形可视性基本特征（1）简单复杂性（2）不可逆性（3）可视不变性1、什么是数字高程模型，它有什么特点？答：广义：地形表面形态的数字化表达狭义：有限的离散高程采样数据对地表形态的数字化模拟特点1）精度的恒定性2）表达的多样性3）更新的实时性4）尺度的综合性2、简述数字高程模型的主要研究内容。答：1)地形数据采集；2)数据组织与地表建模，主要分为不规则格网DEM(TIN)和规则格网D EM (GRID)；3)精度分析与质量控制；4)可视化表达；5)应用与分析

3、试分析数字高程模型数据源及其特点1)地面本身通过气压测高法、航空和测高仪等可获得精度要求不高的高程数据，以用于大范围高程要求不高的科学研究2)既有模拟/数字地形图a地形图现势性：纸质地形图制作工艺复杂、更新周期长，一般不能反映局部地形地貌的变化情况。b地形图存储介质：多为纸质存储介质导致地形图幅不同程度的变形。c地形图精度：不同的精度对应的等高线等高距、对地形的综合程度、成图方法各不同。3)航空/航天遥感影象航空/航天遥感影象的更新速度快，一直是地形图测绘和更新最有效、也是最主要的手段特点：遥感的几何畸变；遥感数据的增强处理；遥感数据的空间分辨率；遥感影像数据的解译与判读4)既有DEM数据

4、简述数字高程模型数据采样中的基本布点方式及采样数据的属性。基本布点方式：选择性采样、沿等高线采样、剖面法、规则格网采样、渐近采样、混合采样采样数据的三大属性：点的分布、密度、数据精度

5、目前主流的DEM数据采集方法有哪些？并对各方法进行对比分析。1）从地面直接采集的方法全站仪数字采集、GPS采集(RTK方式)；精度非常高(cm)、效率低、成本高、适用于小范围区域（特别是工程应用）2）地形图数据采集方法精度与底图有关(图上0.1~0.3mm)、效率高、成本低、适用于国家范围内的中低精度DEM的数据采集3）摄影测量数据采集方法精度比较高(cm~dm)、效率高、成本比较高、适用于国家范围内的较高精度DEM的数据采集

6、DEM数据获取中的新技术和方法有哪些？答：1)合成孔径雷达干涉测量数据采集方法；2）机载激光扫描数据采集；3）基于声波、超声波的DEM 数据采集

7、简述GRID的结构特点与数据组织形式。答：1）基本数据结构数据头——角点坐标、格网间距、行列数、坐标系统、高程基准、无数据区值、高程放大系数、高程平移系数、最小高程、最大高程、数据存储类型、方位角数据体——按行列顺序排列的格网点高程阵列2）数据压缩a二进制存储b高程放大系数、高程平移系数c数字图象压缩算法3）DEM金字塔

8、如何GRID数据进行压缩？答：1）行程编码结构：对于一幅DEM，常常在行或列方向上相邻若干个具有相同的高程值，因而从第一列开始在格网单元数值发生变化时该值以及重复个数。2）块状编码结构：采用方形区域作为记录单元，每个记录单元的初始值（行号、列号）、格网单元高程值和方形区域半径所组成的单元组。3）四叉树数据结构：首先把一个图幅等分成四个部分，逐块检查起栅格值若每个子区所有的栅格都含有相同值时，该块不在往下分，否则，该去在分成四个区域，如此递归下去，直到子区都含有相同值为止

9、简述TIN的存储结构和特点。答：在TIN模型中的基本元素有三角形顶点、边和面基本元素间的拓扑关系：存在点与线、点与面、线与面、面与面的拓扑关系基本数据结构：三角形顶点坐标文件和组成三角形三顶点文件10、DEM表面建模中常用的函数模型有哪些？各适用于哪种类型的表面模型？线性内插：连续而不光滑双线性内插;局部光滑连续，整体不光滑三次样条函数线性内插、双线性内插、三次样条函数是适合规则分布采样点的内插函数。1 1、试对比分析GRID和TIN的优缺点。