第六章 三维数据的空间分析方法ppt

环境与规划
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土地现状分析、规划及洪水险情预报等
DEM的具体应用
• 国家地理信息的基础数据：DEM是国家空间数据基础设 施NSDI的框架数据组成部分，是“4D产品”之一。
• 土木工程、景观建筑与矿山工程的规划与设计； • 军事目的(军事模拟等)的地表三维显示； • 景观设计与城市规划； • 水流路径分析、可视性分析； • 交通路线的规划与大坝的选址； • 不同地表的统计分析与比较； • 生成坡度图、坡向图、剖面图，辅助地貌分析，估计侵蚀
第六章 三维数据的空间分析方法
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主要内容
1 三维地形模型 2 三维可视化 3 三维空间查询 4 三维空间特征量算 5 常用的三维数据空间分析 6 ArcGIS的三维数据空间分析工具
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6.1 三维地形模型
高度变化有可能引起：
气候变化 土壤、植被、地质变化 地物变化 其它
数字地面模型 数字高程模型
数字地面模型 Digital Terrain Model, DTM
• 可以很容易地计算等高线、坡度、坡向、山坡阴影和 自动提取流域地形
的函数。
…………………
… … … … … … … 点栅格观点——该网格单元的数值是网格中心点 … … … … … … … 的高程或该网格单元的平均高程值，这样需要用 n,0 n,1 n,2 … … … n,n 一种插值方法来计算每个点的高程。
规则格网模型
优点：
• 结构简单、易于计算机处理，特别是栅格数据结构的 地理信息系统
每个格网单元或数组的一个元素对应一个高程值（?）
0,0 0,1 0,2 … … … 0,n 格网栅格的观点——格网单元的数值是其中所有 1,0 1,1 1,2 … … … 1,n 点的高程值，即格网单元对应的地面面积内高程 2,0 2,1 2,2 … … … 2,n 是均一的高度，这种数字高程模型是一个不连续
数字高程模型 Digital Elevation Model, DEM
Kp=fk(up, vp) (k=1,2,3,…,m; p=1,2,3,..,n) 若m=1, f1为对地面高程的映射, (up, vp)为矩阵行列号 时, DTM即为DEM 。 ➢ DEM是DTM的一个特例或者子集 ➢ DEM是DTM中最基本的部分，是对地球表面地形地 貌的一种离散的数学表达。
规则格网模型（Grid）
格网类型： 正方形、矩形、三角形格网
0,0 0,1 0,2 … … … 0,n 1,0 1,1 1,2 … … … 1,n 2,0 2,1 2,2 … … … 2,n ………………… ………………… ………………… n,0 n,1 n,2 … … … n,n
规则格网模型
数学上：规则格网可表示为一个矩阵，在计算机存储 中则是一个二维数组。 DEM={Hij}，i=1,2,…,m；j=1,2,…,n
DTM是指描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值 阵列。在20世纪50年代由美国MIT摄影测量实验室主任米勒 (C.L.Miller)首次提出，并利用这个模型成功地解决了道路工程 中的土方估算等问题。 • 德国的DHM（Digital Height Model） • 英国的DGM（Digital Ground Model） • 美国地质测量局的DTEM（Digital Terrain Elevation Model） • DEM（Digital Elevation Model）
和径流等； • 作为背景数据叠加各种专题信息，如土壤、土地利用及植
被覆盖数据等，便于显示与分析。
DEM的表示方法
数学方法
整体 局部
DEM表示法
点数据
图形法
线数据
傅里叶级数
高次多项式
规则数学分块
不规则数学分块
规则
密度一致 密度不一致
不规则
典型特征 水平线 垂直线
三角网 临近网 山峰、洼坑 隘口、边界
数字地面模型 Digital Terrain Model, DTM
如假定将土壤类型作为第i类地面特征信息，则土 壤类型的数字地面模型(数字地面模型的第i个组成部 分)如下：
Ip=fi(up, vp) (p=1,2,3,…,n)
1．地貌信息：高程、坡度、坡向、坡面形态及描述地表起伏情 况的更为复杂的地貌因子； 2．基本地物信息：水系、交通网、居民点和工矿企业及境界线； 3．主要的自然资源和环境信息：土壤、植被、地质、气候； 4．主要的社会经济信息：人口、工农业产值、经济活动等。
DTM的涵义比DEM和DHM更广。
数字地面模型 Digital Terrain Model, DTM
从数学的角度，可用如下二维函数系列取值的有 序集合表示数字地面模型:
Kp=fk(up, vp) (k=1,2,3,…,m; p=1,2,3,..,n) • Kp: 第p号地面点(单一点或某点及其微小邻域所划定的一个 地表面元)上的第K类地面特性信息的值； • (up, vp): 第p号地面点的二维坐标; • m(m大于等于1): 地面特性信息类型的数目； • n: 地面点的个数。
DEM的表示方法
2、 图形法
– 线模式：
• 利用离散的地形特征模型表示地形起伏。 如：等高线、山脊线、谷底线、海岸线和坡度变换线
等。 – 点模式：
• 用离散采样数据点建立DEM，是最常用的生成 DEM的方法之一
• 点数据的采样方式：规则格网模式(Grid)、不规则 模式(TIN)、根据山峰、洼坑等地形特征点有针 对性地采样
数字高程模型 Digital Elevation Model, DEM
测绘 工程应用
绘制等高线、坡度图、坡向图、立体透视图、立体 景观图，制作正射影像图、立体匹配图、立体地形 模型及地图的修测等。
体积和面积的计算、各种剖面图的绘制及线路的设 计等。
军事
导航、通讯、作战任务的计划等。
遥感
分类的辅助数据
典型线
山脊线 谷底线 海岸线
坡度变换线
DEM的表示方法
1、 数学方法
– 整体拟合： • 将区域中所有高程点的数据用傅里叶高次多项 式、随机布朗运动函数等统一拟合高程曲面。
– 局部拟合： • 把地面分成若干块，每一块用一种数学函数， 如傅立叶级数高次多项式、随机布朗运动函数 等，以连续的三维函数高平滑度地表示复杂曲 面。