数字地形模型(DTM)与地形分析.
第9章-数字地形模型与地形分析-第一讲
▪ DEM数据的高程分层设色显示 ▪ DEM数据与影像数据联结三维场景显示 ▪ 三维静态场景的输出功能 ▪ 三维动态飞行场景的录制与播放功能 ▪ 简单DEM模型分析功能
GIS 电子沙盘 ——高程分层设色
GIS DEM应用举例 ——城市景观
城市景观系统通过运用数字技术构造出某一区域的 虚拟场景来辅助人们进行观测, 是一个可视现实和虚拟 现实集成的系统。
垂直线 典型线
山脊线 谷底线 海岸线 坡度变换线
GIS 3.DEM的表示法
数学方法 整体拟合方法, 即根据区域所有的高程点
数据, 用傅立叶级数和高次多项式拟合统 一的地面高程曲面 局部拟合方法, 将地表复杂表面分成正方 形规则区域或面积大致相等的不规则区 域进行分块搜索, 根据有限个点进行拟合 形成高程曲面
➢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 像都可用来表示 DEM
数学方法 图形法
整体 局部 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
不规则 典型特征 水平线
三角网 邻近网 山峰、洼坑
隘口、边界
点信息
ID
边1 边2 边3
1
E1
E3
E9
2
E2
E3
E4 面
3
E4
E5
E6
信 息
4
E6
E7
E8
5
E7
E9
E10
ID
起点
终点
左多 边形
右多 边形
数字地形模型在测绘中的应用案例解析
数字地形模型在测绘中的应用案例解析随着科技的快速发展，数字地形模型（Digital Terrain Model，简称DTM）在测绘领域中的应用越来越广泛。
DTM通过将地形数据进行数字化处理来生成地形模型，可以帮助测绘人员更准确地了解地貌特征，提高测绘效率。
本文将通过几个实际案例来解析数字地形模型在测绘中的应用。
案例一：道路建设中的地形分析在道路建设中，地形分析是非常重要的一环。
通过数字地形模型的生成，工程师可以更好地评估土地的起伏情况，确定道路设计的坡度和曲线设计等参数。
例如，某市要进行一条长距离的高速公路建设工程，使用数字地形模型的测绘数据可以帮助工程师预测道路的垂直和水平曲线，以确保车辆行驶的平稳性和安全性。
案例二：水资源管理中的地形分析在水资源管理中，了解地形的起伏情况对确定水流路径和分配水资源非常重要。
通过数字地形模型的生成，可以帮助水利部门更好地评估水流走向和地下水资源分布，帮助决策者做出更合理的水资源规划。
例如，在某地的水库规划中，使用数字地形模型的测绘数据可以帮助水利人员评估水库的蓄水容量和水位变化对周边环境的影响，以便更好地进行水资源管理和保护。
案例三：城市规划中的地形分析在城市规划中，数字地形模型的应用可以帮助规划者了解城市的地形特征和地势等级，从而决定不同区域的土地利用方式。
通过数字地形模型的生成，城市规划师可以更好地评估不同区域的自然地势，决定建设道路、建筑楼层和绿化等规划参数。
例如，在某城市的区域规划中，使用数字地形模型的测绘数据可以帮助规划师确定不同区域的土地利用方向，从而更好地保护自然资源和提升城市可持续发展性。
案例四：灾害预防中的地形分析数字地形模型的应用还可以帮助灾害预防部门进行地形分析，从而更好地预防和应对自然灾害。
通过数字地形模型的生成，可以帮助相关部门了解山体、河流等自然地貌的分布情况，预测可能的滑坡、泥石流等灾害发生区域。
例如，在某省份的地质灾害预防工作中，使用数字地形模型的测绘数据可以帮助地质灾害部门及时发现潜在风险区域，制定相应的应急预案，保护人民财产和生命安全。
数字地形模型的生成方法与应用
数字地形模型的生成方法与应用数字地形模型（Digital Terrain Model, DTM）是一种通过数字技术生成地形模型的方法，可以用于各种应用，如地形分析、工程设计、环境评估等。
本文将介绍数字地形模型的生成方法以及其在实际应用中的价值和挑战。
一、数字地形模型的生成方法1. 遥感技术遥感技术是一种通过卫星、航测等手段获取地表信息的方法。
利用遥感技术，可以获取地表的高程数据，从而生成数字地形模型。
常用的遥感技术包括激光雷达、雷达干涉测量、测量影像匹配等。
2. 全站仪技术全站仪技术是一种测量地形高程的方法，它利用全站仪仪器和测量棒测量地面点的三维空间坐标，进而计算出地形的高程。
全站仪技术可以实现对地形的高精度测量，尤其适用于小范围地貌测量。
3. 自动化测量技术自动化测量技术是一种通过自动化仪器和算法实现地形高程测量的方法。
自动化测量技术包括GPS、INS（惯性导航系统）等。
这些技术可以实现大范围地貌的高效测量，但相对于全站仪技术，其测量精度有所降低。
4. 数学建模技术数学建模技术是一种通过建立地形高程的数学模型，利用现有的地形数据进行拟合和插值计算，从而生成数字地形模型的方法。
数学建模技术可以通过插值方法、回归分析等统计算法，构建地形高程的数学模型，并生成数字地形模型。
二、数字地形模型的应用价值数字地形模型在地质、环境、工程等领域具有广泛的应用价值：1. 地质学研究数字地形模型可以提供地质学研究的基础数据，如地表高程、坡度、坡向等信息。
研究人员可以通过分析数字地形模型，了解地表地貌特征，进而研究地壳运动、地貌演化等问题。
2. 地形分析与规划数字地形模型可以为城市规划、交通设计等提供依据。
通过分析数字地形模型，可以评估地形对于城市规划和交通规划的影响，优化规划方案，提高城市和交通的安全性和效率。
3. 工程设计与施工在工程设计和施工中，数字地形模型可以提供工程设计和施工的依据数据。
通过分析数字地形模型，可以评估地形对工程的影响，如土地平整度、坡度等，从而制定合理的工程设计方案和施工方案。
GIS原理——数字地形模型(DTM)与地形分析
是反映地表的起伏变化和侵蚀程度的指标，一般定义为地表单元 的曲面面积与其水平面上的投影面积之比。
Grid DEM上制作坡度、坡向图
（二）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。
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。
二、DEM建立
1、数据获取与处理 1）数据采集
选点采集 沿断面采集
2) 数据处理
2、DEM 生成
1）人工网格法
在地形图上蒙上格网，逐 格读取中心点或交点的高程 值。
2）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。
2、D3E）M曲生面成拟合法
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。
DTM：当z为其他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）。
一、DEM 概述
2、表示法
1） 等高线法
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。由于等高线模型只 是表达了区域的部分高程值，往往需要一种 插值方法来计算落在等高线以外的其他点的 高程。
数字地形模型
方格网数字地形模型
3
在方格网数模中内插待定点，其内插方法的选择对高 程精度影响很小，因此可以选择一种比较简单的、运算速 度高的方法。常用的方法有分块多项式法和双线性内插法 分块多项式法
在方格形数据点条件下，用完整双三次多项式以每个方格 作为一个分块单元，则每个分块四个角点所构成的曲面为：
Z f ( X , Y ) a00 a10 X a01Y a20 X 2 a11 XY a02Y 2 a30 X 3 a21 X 2Y a12 XY 2 a03Y 3 a31 X 3Y a22 X 2Y 2 a22 X 2Y 2 a13 XY 3 a32 X 3Y 2 a23 X 2Y 3 a33 X 3Y 3
方格网数字地形模型
若已知任意一点P的平面坐标为，P点所在网格及该网格左 下角A点的平面坐标可按下式计算： J ( xP x0 ) / L 1
I ( y P y0 ) / L 1 x A x0 ( J 1) L y A y0 ( I 1) L
式中：I、J——分别为P点所在网眼左下角点所在行、列数；
数字地形模型（DTM,DigitalTerrainModel）最 初是为了 高速公路的自动设计提出来的（Miller，1956）。此后，它 被用于各种线路选线（铁路、公路、输电线）的设计以及各 种工程的面积、体积、坡度计算，任意两点间的通视判断及 任意断面图绘制。在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、 立体透视图，制作正射影像图以及地图的修测。在遥感应用 中可作为分类的辅助数据。它还是地理信息系统的基础数据， 可用于土地利用现状的分析、合理规划及洪水险情预报等。 在军事上可用于导航及导弹制导、作战电子沙盘等。对DTM 的研究包括DTM的精度问题、地形分类、数据采集、DTM 的粗差探测、质量控制、数据压缩、DTM应用以及不规则三 角网DTM的建立与应用等。
第4讲 数字地形模型与地形分析
DEM模型之间的相互转换
由不规则点集生成TIN 由规则格网DEM生成TIN 由等高线转换为格网DEM 又TIN生成等高线
-- TIN模型 Delaunay 三角形是Voronoi的对偶图
-- TIN模型 Delaunay 三角形的判别法则
Delaunay 三角形的判别法则： A、 外接圆判别法：过某三角形三角点
规则 不规则
密度一致
密度不一致
三角网 邻近网
典型特征 山峰、坑洼 隘口、边界
水平线 垂直线
山脊线 山谷线
典型线 海岸线
坡度变换线
规则格网模型—表示方法
91 78 63 53 94 81 64 51 100 84 66 55 103 84 66 56 规则格网DTM
规则格网模型—人工生成方法
将地形图蒙上格网，逐格读取中心或角 点的高程值、构成数字高程模型。
的外接圆内不含有离散点集合中除这三 点外的任何其他点。 B、极大—极小角判别法则：在三角网中， 所有Delaunay 三角形的最小角度都达到 最大。
TIN的生成方法
首先取其中任一点P，在其余各点中寻找与此 点距离最近的点P2，连接P1P2构成第一边，然 后在其余所有点中寻找与这条边最近的点，找 到后即构成第一个三角形，再以这个三角形新 生成的两边为底边分别寻找距它们最近的点构 成第二个、第三个三角形，依此类推，直到把 所有的点全部连入三角网中，
动提取流域地形等
缺点
– 不能准确表达地形的结构和细部 – 数据量过大
等高线模型
等高线模型的数据组织
用二维链表来存储坐标点对系列 用图来表示等高线的拓扑关系：
– 区域表示为图的结点 – 用边来表示等高线本身
DTM的土方工程计算与精度分析
DTM的土方工程计算与精度分析DTM（数字地形模型）是一种用于描述地形地貌的数学模型。
在土方工程中，DTM的使用是非常重要的，它可以提供精确的地形数据，帮助土方工程师进行土方量计算和地形分析。
本文将介绍DTM的土方工程计算以及其相关的精度分析。
首先，DTM可以通过采集地形数据来生成地形模型。
常用的采集方法包括GPS测量、雷达测量和激光测量等。
这些数据可以用来构建数字地形模型，其中每一个点都有相应的坐标位置和高程值。
在土方工程计算过程中，DTM可以用来计算土方量。
土方量是指由于地形改变而需要挖掘或填方的土方的体积。
通过分析DTM数据，可以确定不同地区的高程差，进而计算出土方量。
具体的计算方法可以使用数字图像处理软件或土方工程专用的地形分析软件。
除了土方量计算，DTM还可以用来进行地形分析。
地形分析是对地形特征进行综合分析和研究，从而了解地形的构成和变化规律。
通过对DTM数据的分析，可以得到地形曲率、坡度、流向等信息。
这些信息对于土方工程设计和施工过程中的地形调整和排水设计都非常重要。
在进行DTM土方工程计算和地形分析时，精度是非常关键的。
精确的地形数据可以提供可靠的土方工程计算结果和精确的地形分析信息。
因此，在DTM的采集和处理过程中，需要注意以下几个方面的精度分析。
首先，对于DTM数据的采集，应选择合适的测量方法和仪器。
精确的测量仪器可以提供高质量的测量数据。
同时，应保证测量数据的密度和分辨率足够高，以充分反映地形的细节特征。
其次，在DTM的处理过程中，应使用精确的算法和模型。
不同的地形特征需要不同的处理方法，例如，对于具有较大坡度的地形，应选用适当的插值方法来处理高程数据。
此外，还应注意数据的插值误差和数据的平滑处理，以避免误差的累积。
最后，在DTM数据的应用过程中，应进行适当的精度检验和验证。
可以通过比对实际测量数据和DTM数据的差异来评估DTM的精度。
此外，还可以利用其他可靠的地形数据进行对比分析，以保证DTM的精度。
第八章 DEM分析
4、DEM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)；
在计算出各地表单元的坡度后，可对不同的坡度设定不同的灰度 级，可得到坡度图。
2、坡向
坡向是地表单元的法向量在水平面上的投影与X轴之间的夹角，
在计算出每个地表单元的坡向后，可制作坡向图，通常把坡向分为东、 南、西、北、东北、西北、东南、西南8类，再加上平地，共9类，用 不同的色彩显示，即可得到坡向图。
2）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。
2、DEM 生成 3）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。
（三）基于DEM的可视化分析
1、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。
测绘技术中常见的地形分析方法
测绘技术中常见的地形分析方法地形分析是测绘技术中一个重要的方向，通过对地势起伏、坡度、高程等地形特征进行研究和分析，可以为城市规划、环境保护、资源开发等提供科学依据。
本文将介绍一些测绘技术中常见的地形分析方法。
1. 高程插值高程插值是地形分析中最基本的方法之一。
它通过利用已知高程数据点的空间关系，推算出其它位置的高程值。
常用的高程插值方法有反距离权重插值、克里金插值和三角网插值。
反距离权重插值方法是根据距离远近来确定权重，距离越远权重越小；克里金插值方法则根据已知数据点的空间关系来计算权重；而三角网插值方法则根据已知数据点之间的三角形网格来拟合曲面。
2. 地形参数提取地形参数是描述地形形状、特征以及地貌类型的数值指标。
常用的地形参数有坡度、坡向、地形湿度指数等。
坡度指的是地面倾斜的程度，可以通过测量高程变化来计算；坡向指的是地面倾斜的方向，可以根据高程数据计算得出；地形湿度指数则是根据地形起伏等指标来评估地表湿度程度，有助于土地利用规划和水源管理。
3. 剖面分析剖面分析是通过在二维地图上选择两点，并沿这两点间的直线绘制地形剖面图，来研究地表的高程变化。
剖面分析可以揭示出地形的起伏、坡度以及地表水流情况等。
通过剖面分析，我们可以直观地观察到地表的地势起伏情况，并据此来评估地形对工程建设的影响。
4. 遥感影像分析遥感影像分析是利用航空遥感或卫星遥感技术获取的影像数据来进行地形分析的方法。
遥感影像可以提供全面、连续的地表高程信息。
通过遥感影像分析，可以确定地表特征、地形类型、植被分布等，从而为环境保护、资源开发等提供科学依据。
5. 地形模型构建地形模型是一种对地表形状和特征进行数学建模的方法。
常见的地形模型有数字高程模型（DEM）和数字地形模型（DTM）。
DEM是一种以栅格形式表达地表高程的模型，它可以通过遥感影像或测量数据生成。
DTM则是在DEM基础上添加了其它地理信息（如地物分类、坡度等）的三维模型。
数字地形模型与地貌分析技术介绍与应用案例
数字地形模型与地貌分析技术介绍与应用案例一、引言地貌是地球表面形态的总称，对于地形的研究对于我们了解地球的结构和演化过程具有重要意义。
而数字地形模型（Digital Elevation Model，DEM）与地貌分析技术则提供了一种高分辨率和高精度的地貌表征与研究方法。
本文将介绍数字地形模型的基本原理以及地貌分析技术的应用案例。
二、数字地形模型的原理数字地形模型是利用地球表面高程数据构建的计算机模型。
常见的数据来源有航空摄影测量、卫星遥感、雷达全地球扫描仪等技术手段。
其原理是通过收集地表高度数据，建立高程模型，实现对地球表面形态的数字化描述。
数字地形模型主要有两种类型：离散点模型和连续模型。
离散点模型使用一系列离散的高程点来表示地表形态，常见的如地图上的等高线。
而连续模型则通过对离散点进行插值处理，构建连续的地表高程模型。
三、数字地形模型的应用1. 地形分析与地貌研究利用数字地形模型，地学家可以对地面的高程、坡度、坡向等地形参数进行计算和分析。
通过地形参数的分析，可以揭示地球表面的动力学过程和地貌演化的规律，进而研究地球的演化历史。
2. 地形辅助决策数字地形模型在城市规划、水资源管理、环境保护等领域起着重要作用。
通过对地形进行模拟和分析，可以确定最佳的建设位置，减轻自然灾害对城市的影响，提高城市的抗灾能力。
同时，数字地形模型可用于流域的水资源管理和河道的治理设计，为环境保护和生态恢复提供科学依据。
四、地貌分析技术的应用案例1. 山地地貌研究数字地形模型为山地地貌研究提供了有力工具。
以喀斯特地貌为例，通过对地形参数的分析，可以揭示喀斯特地貌的形成机制和发育过程。
同时，数字地形模型还能够为山地旅游规划和生态环境保护提供参考依据。
2. 海岸地貌研究海岸地貌是陆地与海洋交界处的地貌形态。
数字地形模型可以对海岸线进行精确测绘，分析海洋侵蚀与沉积的地貌特征，并预测海岸地貌演化趋势。
这对于海岸沿线的开发利用和防止沿海灾害具有重要意义。
测绘数据处理的常用方法和工具
测绘数据处理的常用方法和工具一、引言测绘数据处理是建筑、交通、地质等行业中关键的一环，它涉及到数据的采集、处理和分析。
在数字化时代，随着技术的不断发展，测绘数据处理的方法和工具也在不断创新和完善。
本文将介绍几种常用的测绘数据处理方法和工具。
二、数据采集测绘数据处理的第一步是数据的采集。
传统的数据采集方法包括测量仪器的使用和现场测量，但随着技术的发展，现在更常用的方法是使用无人机进行遥感测绘。
无人机可以搭载高精度的测绘设备，可以快速、准确地获取地理和地形信息。
通过无人机进行数据采集可以大大提高测绘效率和精度。
三、数据处理1.地理信息系统（GIS）地理信息系统（GIS）是一种重要的测绘数据处理工具。
它可以将地理空间数据与属性数据相结合，进行数据的储存、查询、分析和可视化。
通过GIS，可以对测量数据进行空间分析，发现地理特征之间的关系，为规划、决策和管理提供重要的参考依据。
2.数字地形模型（DTM）数字地形模型（DTM）是另一种常用的测绘数据处理方法。
它通过使用地面点的坐标来创建地形模型，可以提供具体地形的几何特征。
DTM可以用于土地利用规划、洪水分析和三维可视化等应用中。
通过对DTM的处理，可以得到地面的高程、坡度和坡向等信息，为工程项目的设计提供重要的参考。
3.遥感图像处理遥感图像处理是测绘数据处理的重要环节。
通过对遥感图像进行处理和解译，可以获取地物的信息，如土地类型、植被覆盖和水资源等。
遥感图像处理可以使用各种算法和技术，如图像分类、特征提取和变化检测等，从而提取出需要的地物信息，并对其进行分析和应用。
四、数据分析1.地形分析地形分析是对测绘数据进行深入研究和分析的过程。
通过地形分析，可以得到地形的高程、坡度、坡向等信息，为土地利用规划、地质勘探和工程设计等提供参考。
常用的地形分析方法包括等高线分析、剖面分析和曲面分析等。
2.空间统计分析空间统计分析是一种对测绘数据进行统计和分析的方法。
通过空间统计分析，可以发现地理特征之间的空间关系和相关性，从而为地理问题的解决提供依据。
5数字地形模型(DTM)分析 (1)
11
பைடு நூலகம்
3 DEM的数据采集
3.1 DEM数据源类型
1)航空和航天遥感资料 航空：可量取密集高程数据用来建立DEM，适用于大比例尺的 数字地形制图； 航天：主要用于小比例尺数字地形数据源 2)各种地形图 3)地面实测记录 地面实测记录得到的大比例尺数据，如全站仪、测距经纬仪、 GPS等 4)数字摄影测量数据 立体测图仪或立体坐标仪，解析测图仪(半自动立体测图仪)及数 字测量系统 12
3 DEM的数据采集
3.3 数字摄影测量获取DEM 4）选择采样 为了准确反映地形，可根据地形特征进行选择采样，例如沿山脊 线、山谷线、断裂线进行采集以及离散碎部点（如山顶）的采 集。这种方法获取的数据尤其适合于不规则三角网 DEM 的建 立。 5）混合采样 为了同步考虑采样的效率与合理性，可将规则采样（包括渐进采 样）与选择性采样结合进行混合采样，即在规则采样的基础上 再进行沿特征线、点采样。 6）自动化DEM数据采集 上述方法均是基于解析测图仪或机助制图系统利用半自动的方法 进行 DEM 数据采集，现在已经可以利用自动化测图系统进行 完全自动化的DEM数据采集。 16
a1：用格网计算坡度、坡向的算法： 第三种：由Sharpnack等(1969) 提出，也采用直接与中心点单元邻 接的八个单元，但每个单元的权重相同都为1。 S=(((e1+e4+e6)-(e3+e5+e8))2+((e6+e7+e8)-(e1+e2+e3))2)0.5/6d ei为邻接单元值，d为单元大小。C0的nx分量为((e1+e4+e6)(e3+e5+e8)) ， C0的ny分量为((e6+e7+e8)-(e1+e2+e3)) ，将S乘以 100可算得C0点的坡度百分数。 S的方位角D计算公式为： D=arctan(((e6+e7+e8)-(e1+e2+e3)) /((e1+e4+e6)-(e3+e5+e8))) 采用同上面的算法把D转化成坡度，即变为以北为0度的度数制。 e1 e4 e6 e2 C0 e7 e3 e5 e8 21
网格化数字地形模型的构建与分析方法
网格化数字地形模型的构建与分析方法数字地形模型（Digital Terrain Model，DTM）是通过数字化地表高程数据构建的地形模型。
随着技术的发展，越来越多的研究和应用领域开始需要高精度和高分辨率的数字地形模型。
网格化数字地形模型的构建与分析方法成为研究和应用领域的关注点之一。
本文将就网格化数字地形模型的构建方法、性能评估以及相关的分析方法进行探讨。
一、数字地形模型构建方法1. 激光雷达扫描法激光雷达扫描法是一种常用的数字地形模型构建方法。
通过激光雷达设备对地面进行扫描，获取多个点云数据，然后通过点云数据的处理与过滤，提取出地面点，最终构建数字地形模型。
这种方法具有高精度、高效率的特点，被广泛应用于地形测绘、城市规划等领域。
2. 遥感影像解译法遥感影像解译法是另一种常用的数字地形模型构建方法。
通过分析遥感影像中的地物特征，如纹理、颜色等，利用图像处理算法提取出地面特征，构建数字地形模型。
这种方法适用于大范围、连续的地形建模，具有覆盖范围广、成本较低的优势。
3. 高精度测量法高精度测量法是一种精度要求较高的数字地形模型构建方法。
通过使用全站仪、GPS等高精度测量设备，对地表进行多个采样点的测量，然后通过插值算法将测量数据进行空间插值，得到数字地形模型。
这种方法适用于对特定区域进行高精度建模，如交通规划、基础设施建设等领域。
二、数字地形模型性能评估1. 精度评估数字地形模型的精度是衡量其质量的重要指标。
可以通过与实地测量数据进行对比，计算出误差值，进而评估数字地形模型的精度。
同时也可以利用地形分析工具，进行地形曲率、坡度、坡向等指标的计算，从而评估数字地形模型的几何特征。
2. 数据密度评估数据密度是指数字地形模型中数据点的分布情况。
数据密度评估可以通过统计每个网格单元内的数据点数量，并计算出平均密度值。
高密度的数字地形模型能够更准确地反映地形的细节特征。
3. 数据分辨率评估数据分辨率是指数字地形模型中每个网格单元的大小。
测绘技术中的数字地形模型与地理分析
测绘技术中的数字地形模型与地理分析近年来，随着科技的不断发展，测绘技术在地理信息系统（GIS）领域的应用也愈发广泛。
数字地形模型（DTM）作为地理分析的基础，扮演着非常重要的角色。
本文将探讨数字地形模型的定义、建模方法以及与地理分析之间的关系。
首先，我们必须了解数字地形模型的概念。
数字地形模型是一种用数字方式来表示地球表面形状和地形特征的模型。
它可以通过测量、遥感和其他技术手段来获取高程数据，然后以数字化的形式呈现出来。
数字地形模型能够提供关于地形高度、坡度、坡向等信息，为地理分析提供了基础数据。
在数字地形模型的建模过程中，有几种常见的方法。
首先是插值方法，通过采样点的高程数值推算出整个地形表面的高程数值分布。
在插值方法中，有许多不同的算法可供选择，比如三角网、反距离权重法和克里金插值法等。
这些算法有各自的优缺点，研究者们根据不同的需求和数据特点选择适合的方法。
其次是倾斜摄影测量方法，通过倾斜摄影测量技术获取地表高程数据并建立数字地形模型。
这种方法在城市规划、土地利用和建筑设计等领域有着广泛的应用。
最后，还有激光雷达测量方法，该方法利用激光仪器对地表进行扫描，通过计算激光回波的时间差来确定地面表面的高程数据。
激光雷达测量方法具有高精度、高效率和非接触性等优点，目前在测绘技术中得到了广泛应用。
数字地形模型的建立为地理分析提供了坚实的基础。
地理分析是指通过对地理现象进行统计和空间分析，以发现地理规律和解决实际问题的过程。
数字地形模型的高程数据为地理分析提供了重要的信息，可以用于地形分析、景观分析和自然资源管理等方面。
地形分析是利用数字地形模型数据进行的各种地形参数计算和地形特征分析。
通过地形分析，我们可以了解地面的坡度、曲率、高程等信息，以便于研究地形演化和地质灾害等问题。
景观分析是对地表形态、地貌单位和景观结构进行定量分析和描述的过程。
通过对数字地形模型的分析，可以获得区域的景观特征、空间分布和格局等信息。
如何进行数字地形模型的生成和分析
如何进行数字地形模型的生成和分析数字地形模型（DTM）的生成和分析是现代地理信息系统（GIS）和遥感技术的重要应用之一。
DTM通过获取地面表面的数字高程和坐标数据，以三维形式呈现地形特征，为各种领域的研究和决策提供支持。
本文将介绍数字地形模型的生成和分析的基本原理和方法。
一、数字地形模型的生成1.高程数据的获取生成DTM的首要任务是获得地面的高程数据。
常用的获得高程数据的方法有测量和遥感技术。
测量方法包括全站仪测量、GPS测量和实地勘测等，适用于较小范围的地形特征获取。
而遥感技术则通过卫星、飞机和无人机等平台获取地表高程数据，具有较大范围和高时效性的优势。
2.数据预处理获取到的高程数据通常会包含一些噪声和孤立点，需要经过预处理来提高数据的可靠性和准确性。
预处理的方法包括数据滤波、数据插值和数据平滑等。
数据滤波可以去除噪声和异常点，数据插值可以填补缺失的数据，数据平滑可以减小数据之间的不规则性。
3.数据格式转换在进行数字地形模型生成之前，还需要将高程数据转换为标准的数字格式。
常用的数据格式有ASCII格式、LAS格式和DEM格式等。
ASCII格式是一种简单的文本格式，适用于小范围的数据；LAS格式是一种用于存储激光雷达数据的二进制格式，适用于大范围的数据；DEM格式是一种常用的栅格格式，适用于进行地形分析和可视化。
二、数字地形模型的分析1.地形特征提取数字地形模型可以提供详细的地形信息，可以通过分析和挖掘这些信息来获得有关地形特征的辅助信息。
常用的地形特征包括地形起伏度、坡度、坡向和几何形状等。
地形起伏度可以反映地形的变化强度，坡度可以反映地表的陡峭程度，坡向可以反映地表的朝向特征，几何形状可以反映地表的几何特征。
2.地形分析利用数字地形模型可以进行各种地形分析，以支持不同领域的研究和决策。
其中包括：（1）水文分析：通过分析地形的坡度、坡向和流向等特征，可以模拟水文过程和预测洪灾等水文灾害。
（2）土壤侵蚀分析：通过分析地形起伏度和坡度等特征，可以评估土壤侵蚀的潜力和风险。
地形分析1
第11章地形分析数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM），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。
DEM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，如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性。
DEM还可以计算地形特征参数，包括山峰、山脊、平原、位面、河道和沟谷等。
建立DEM的方法有多种。
按数据源及采集方式主要有：（1）直接从地面测量，例如用GPS、全站仪?、野外测量等；（2）根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获取，如立体坐标量测仪观测及空三加密法、解析测图、数字摄影测量等；（3）从现有地形图上采集，如格网读点法、数字化仪手扶跟踪及扫描仪半自动采集，然后通过内插生成DEM等方法。
DEM的内插方法很多，常用的有整体内插、分块内插和逐点内插三种。
下表对比了几种创建DEM的主要方法。
表几种DEM创建方法汇总i方法优点缺点航空摄影测量成熟的方法，精度高，可获取大比例尺DEM。
?成本高，周期长，且受航空管制。
高程点或者等高线差值? 成本低，操作简单。
受数据源限制大，很多地区无高程点或等高线数据。
卫星遥感?可以大范围获取DEM。
?受天气影响较大，目前可获取的比例尺较小。
?干涉雷达技术可以大范围获取DEM，不受天气影响。
? 目前获取大比例尺DEM较困难，随着德国高分辨率雷达卫星TanDEM-X的上天会有所突破。
激光雷达技术? 精度高，可获取大比例尺DEM。
?起步阶段，技术门槛高。
?要想快速的获取大范围的DEM数据，卫星遥感是一种较好的方法。
随着卫星传感器的飞速发展，获取的DEM精度越来越高。
如目前商业卫星最高分辨率的米GeoEye-1，在使用高质量控制资料时，垂直精度的中误差可达到米，可满足1:5000的地图比例尺生产。
可以立体成像的卫星主要有ASTER，ALOS?PRISM，CARTOSAT-1，FORMOSAT-2，IKONOS，KOMPSAT-2，?OrbView-3，?QuickBird，RapidEye，?GeoEye-1，WorldView-1/2，SPOT?5/6，Pleiades，以及国产的资源三号、资源一号02C星、天绘卫星等。
如何进行测绘技术的地形地貌分析
如何进行测绘技术的地形地貌分析地形地貌是指地球表面的形态和相关的地物形貌，地形地貌的研究可以帮助我们了解地球的进化历史以及自然环境的特征。
测绘技术在地形地貌分析中发挥着重要的作用。
本文将介绍如何运用测绘技术进行地形地貌分析，并探讨其应用领域和意义。
一、测绘技术的应用领域测绘技术广泛应用于地形地貌分析的各个领域，常见的应用领域包括：1. 地质勘查与资源评估：测绘技术能够提供具体的地表形貌数据，为地质勘查和资源评估提供重要依据。
通过测量地形高程、地表覆盖类型等参数，可以对地质构造和地下资源进行准确评估。
2. 自然灾害监测与预警：测绘技术可以用于监测和预测自然灾害，如山体滑坡、地震灾害等。
通过建立地形地貌数据库和监测系统，及时发现地质灾害隐患，并提供预警信息，有助于减轻灾害损失。
3. 城市规划与土地利用：测绘技术可用于城市规划和土地利用分析。
通过测量城市地形和地貌特征，可以确定适宜用地区域，优化城市布局，提高土地利用效率。
4. 农业生产与水资源管理：测绘技术可以用于农业生产规划和水资源管理。
通过测绘土地坡度、水流路径等参数，可以确定农田排灌系统和灌溉计划，合理利用水资源，提高农作物产量。
二、地形地貌分析的基本方法在进行测绘技术的地形地貌分析时，我们可以采用以下基本方法：1. 高程测量：高程测量是地形地貌分析的基础。
常见的高程测量方法包括全站仪测量、GPS测量、卫星测高等。
通过测量点的坐标和高程信息，可以绘制高程图、等高线图等地貌图件，并进一步分析地形特征。
2. 影像解译：卫星遥感影像和航空摄影影像是地形地貌分析的重要数据源。
通过解译影像，可以提取出地表覆盖类型、植被分布等信息，进一步研究地表特征和地貌演化。
3. 数字地形模型（DTM）建模：数字地形模型是描述地表形态的数字化数据模型。
通过采用测量数据和遥感影像的集成处理，可以建立高精度、高分辨率的数字地形模型。
基于数字地形模型，可以进行地形参数提取和地形分析。
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DEM的表示方法
2．DEM的主要表示模型
• 2．1规则格网模型 • 规则网格，通常是正方形，也可以是矩形、三 角形等规则网格。规则网格将区域空间切分为 规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值。 每个格网单元或数组的一个元素，对应一个高 程值。
• 对于每个格网的数值有两种不同的解释。 • 第一种是格网栅格观点，认为该格网单元的数 值是其中所有点的高程值，即格网单元对应的 地面面积内高程是均一的高度，这种数字高程 模型是一个不连续的函数。 • 第二种是点栅格观点，认为该网格单元的数值 是网格中心点的高程或该网格单元的平均高程 值。
• 1．2 DEM的表示法 • 一个地区的地表高程的变化可以采用多 种方法表达，用数学定义的表面或点、 线、影像都可用来表示DEM。
傅立叶级数 整体 数学方法 局部 不规则数学分块 密度一致 规 则 密度不一致 DEM 表示方法 点数据 不规则 典型特征 图形法 水平线 线数据 垂直线 典型线 山脊线 谷底线 海岸线 坡度变换线 三角网 邻近网 山峰、洼坑 隘口、边界 高次多项式 规则数学分块
• Delaunay三角网与Voronoi图
• Delaunay三角形产生的基本准则： • Delaunay三角形产生准则的最简明的形式是： 任何一个Delaunay三角形的外接圆的内部不能 包含其它任何点 。
• Lawson 提出了一个局部优化过程LOP（Local Optimization Procedure）方法。 • 如下图所示。先求出包含新插入点p的外接圆 的三角形，这种三角形称为影响三角形 （Influence Triangulation）。删除影响三 角形的公共边（图b中粗线），将p与全部影响 三角形的顶点连接，完成p点在原Delaunay三 角形中的插入。
2 5 X 1 3 6 X 4 2 3 X 8 1 X 6 2 5 7 6 8 X 4 7 X
8
点文件
• 2．4层次模型 • 层次地形模型（Layer of Details，LOD）是 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， 通常不规则三角网的数据点越多精度越高，数 据点越少精度越低，但数据点多则要求更多的 计算资源。所以如果在精度满足要求的情况下， 最好使用尽可能少的数据点。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。
1 2 3 4 5 6 7 8
X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y Z
6 1
1 3 2 5 5 6 7 7 4 8
2
顶点
邻接三角形
4 3
1 2 3 4 5 6 7 8
1 5 6 1 4 5 1 2 4 2 3 4 5 6 8 4 5 8 4 7 8 3 4 7 三角形文件
3．DEM模型之间的相互转换
• 3．1不规则点集生成TIN • 对于不规则分布的高程点，可以形式化地描述 为平面的一个无序的点集P，点集中每个点p对 应于它的高程值。将该点集转成TIN，最常用 的方法是Delaunay三角剖分方法。
• Voronoi图，又叫泰森多边形或Dirichlet图， 它由一组连续多边形组成，多边形的边界是由 连接两邻点线段的垂直平分线组成。N个在平 面上有区别的点，按照最近邻原则划分平面： 每个点与它的最近邻区域相关联。 • Delaunay三角形是由与相邻Voronoi多边形共 享一条边的相关点连接而成的三角形。 Delaunay三角形的外接圆圆心是与三角形相关 的Voronoi多边形的一个顶点。Delaunay三角 形是Voronoi图的偶图。
第九章 数字地形模型（DTM） 与地形分析
• 学习目标
• 了解数字地形模型的概念，数字高程模型的数 据采集方法 • 掌握数字高程模型的主要表示模型以及它们之 间的相互转换方法 重点：格网模型、等高线模型和不规则三角网 模型 。
1．概述
• 1．1 DTM和DEM • 数字地形模型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(DTM)。 • 数字地形模型中地形属性为高程时称为 数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）。
B C F A D G E
H
• 2．3不规则三角网（TIN）模型 • 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。
• 规则格网的优点： • 可以很容易地用计算机进行处理，特别是栅格 数据结构的地理信息系统。还可以很容易地计 算等高线、坡度坡向、山坡阴影和自动提取流 域地形，使得它成为DEM最广泛使用的格式， 目前许多国家提供的DEM数据都是以规则格网 的数据矩阵形式提供的。
• 格网DEM的缺点： • 1、不能准确表示地形的结构和细部 。 • 2、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。 • 3、在地形平坦的地方，存在大量的数据冗余 • 4、在不改变格网大小的情况下，难以表达复 杂地模型表示高程，高程值的集合是已知的， 每一条等高线对应一个已知的高程值，这样一 系列等高线集合和它们的高程值一起就构成了 一种地面高程模型。
• 等高线通常被存成一个有序的坐标点对序列， 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。 • 等高线通常可以用二维的链表来存储。另外的 一种方法是用图来表示等高线的拓扑关系，将 等高线之间的区域表示成图的节点，用边表示 等高线本身。
• 表达TIN拓扑结构的存储方式： • 一个简单的记录方式是：对于每一个三角形、 边和节点都对应一个记录，三角形的记录包括 三个指向它三个边的记录的指针；边的记录有 四个指针字段，包括两个指向相邻三角形记录 的指针和它的两个顶点的记录的指针；也可以 直接对每个三角形记录其顶点和相邻三角形。 每个节点包括三个坐标值的字段，分别存储X， X，Z坐标。