数字地形分析1

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第三章 数字高程模型内插
1.概念解析:DEM内插、移动拟合法
DEM内插就是根据若干相邻参考点的高程求出待定点上的高程值,在数学上属于插值问题
移动拟合法是经典的逐点内插方法。对于每个待插的点,可选取其邻近的n个数据点(参考点)拟合一个多项式曲面,来表示该点附近的地表面
2.按内插点的分布范围,可以将内插分为整体内插、分块内插和逐点内插三类(或分整体内插和局部内插两大类)。根据二元函数逼近数学面和参考点的关系,内插又可以分为纯二维内插和曲面拟合内插两种
7.摄影测量技术发展的三个阶段分别是?
模拟摄影测量-解析摄影测量-数字摄影测量
8.航空摄影是中心投影成像,中心投影的构像规律会由于像片倾斜、地形起伏而引起像点的移位和方向偏差。因此有必要研究像片的几何特性。
9.解析摄影测量与模拟摄影测量的比较图表。
比较项目模拟摄影测量解析摄影测量
不同点投影方式物理投影数字投影
2.数字地面模型的数据来源主要包括哪些?
航空航天遥感影像地形图数字化直接从地面采集其他数据源
3.请列举能获取立体地形数据的遥感数据源(结合课件,并查询相关网站),简要说明其特色。
QuickBird是美国DigitalGlobe公司发射的高分辨率遥感卫星,其空间分辨率达到了0.61米,是目前全球最高分辨率商业卫星,除了分辨率高优势之外,快鸟还在多光谱成像(1个全色通道、4个多光谱通道)、成像幅宽(16.5公里X16.5公里)、成像摆角等方面具有显著的优势。
基本准则:
空圆法则:任何一个Delaunay三角形的外接圆的内部不能包含其他任何点,也称狄洛尼法则
Lawson的“最大化最小角原则”:每两个相邻的三角形构成的凸四边形的对角线,在相互交换后,六个内角的最小角不再增大
Lawson的“局部最优方法(LOP)”:交换凸四边形的对角线,可获得等角性较好的三角网。
定义:有公共边的V-多边形称为相邻的V-多边形。连接所有相邻的V-多边形的生长中心所形成的三角网称为D-三角网
特点:外边界是一个凸多边形,它由连接V中的凸集形成,通常称为凸壳
性质:空外接圆性质:在由点集V所形成的D-三角网中,其每个三角形的外接圆均不包含点集P中的其他任意点;
最大的最小角度性质:在由点集P所能形成的三角网中,D-三角网中三角形的最小角度之和是最大的
测图仪器纯光学、机械型的模拟测图装置计算机控制的坐标量测装置
操作方式完全的手工操作计算机辅助的人工操作
代表性产品自动光学测图仪(模拟摄影测量仪器)解析测图仪
相同点应用理论基础基于“共线方程”的模拟或数字解算,统称为全能法航空摄影测量技术,实现航空摄影像对的几何反转。
数据源都使用摄影的正片(或负片)或像片
航摄机上物镜像方节点(投影中心)S相对于负片平面P的位置如左图。S点至P面的垂距fk、垂足o(像主点)在像面坐标系中的坐标x0,y0三个数值称为航摄机的内方位元素,又称航摄像片的内方位元素
确定投影中心与像片所构成的光束在摄影瞬间的空间位置的数据称为航摄像片的外方位元素
为了使采样点分布合理,即平坦地区样点较少,地形复杂地区的样点较多,可采用渐进采样方法。先按预定的比较稀疏的间隔进行采样,获得一个比较稀疏的格网,然后分析是否需要对格网进行加密
主要功能
动化DEM制作与正射影像图生成的全过程
影像数字化
影像处理
单像量测:特征提取与定位
多像量测:影像匹配
摄影测量解算
数字表面内插与DEM建立
等值线自动绘制
机助测量与解译
交互编辑
作业步骤
影像数字化或数字影像获取
定向参数的计算
内定向
相对定向
绝对定向
空三自动测量与区域网平差(适用于测区多影像定向)
核线影像生成
6.从数据源获取DEM的原始数据是建立数字高程模型的第一道工序,请简述其重要性。
不论从哪种数据源、采用何种数据采集方法,原始数据采集所需的工作量和经费,都要占去总工作量的绝大部分,尤其是手工采集和半自动采集,是总工作流程中劳动强度最大的工序
数字高程模型产品的精度很大程度上决定于原始数据点集的密度和分布方式。点集密度决定数据采集的工作量,而好的点位分布方式又要求对测区地貌特征有很好的理解,并一定程度上取决于测区地貌的复杂程度
6.数字高程模型、数字地貌模型与数字地面模型之间的关系,看图说明。
数字高程模型派生出数字地貌模型,数字地貌模型纳入数字地面模型
而数字地面模型包括数字地貌模型和非地貌地面特性的数字地面模型
7.数字地面模型描述地表的优点
容易以多种形式显示地形信息。地形数据经过计算机处理后,产生多种比例尺的地形图、纵横断面图和立体图
它的精度与地面实测数据的获取方法、密度以及分布特征相关;
可以方便地进行一些地形分析,如坡度坡向分析、地形通视分析、等高线自动生成与三维显示等;
缺点有:
数据存储方式较复杂且不统一;
数据生成及维护过程复杂,需要大量的计算机资源;
算法的通用程度不高,一般依赖于数据存储结构;
4.Delaunay三角网的定义、特点、性质及产生的基本准则。
数字线划地图DLG(Digital Line Graphic)
9.“DEM已经成为独立标准的基础产品,越来越广泛地用来代替传统地形图中等高线对地形的描绘。”如何理解上面的描述(从地形表达手段的技术发展历程及当前的进展入手)?
第二章 数字地面模型的数据获取
1.概念解析:航摄像片的方位元素、数字摄影测量、渐进采样法
一、简介SRTM数据主要是由美国太空总署(NASA)和国防部国家测绘局(NIMA)联合测量的,SRTM的全称是Shuttle Radar Topography Mission,即航天飞机雷达地形测绘使命,2000年2月11日上午11时44分,美国“奋进”号航天飞机在佛罗里达州卡那维拉尔角的航天发射中心发射升空,“奋进”号上搭载的SRTM系统共计进行了222小时23分钟的数据采集工作,获取北纬60度至南纬56度之间,面积超过1.19亿平方公里的9.8万亿字节的雷达影像数据,覆盖全球陆地表面的80%以上,该计划共耗资3.64亿美元,获取的雷达影像数据经过两年多的处理,制成了数字地形高程模型,SRTM地形数据按精度可以分为SRTM1和SRTM3,分别对应的分辨率精度为30米和90米数据(目前公开数据为90米分辨率的数据)。即现在的SRTM地形产品数据。此数据产品2003年开始公开发布,经历多修订,目前的数据修订版本为V4.1版本。(STRM高程数据的产品的精度表见下图)
Voronoi图:平面上一个点集P的VORONOI图是对平面的一个划分,每个分区表示一些点的轨迹,这些点到P的一个元素比到其它元素更近
Delaunay三角网:有公共边的V-多边形称为相邻的V-多边形。连接所有相邻的V-多边形的生长中心所形成的三角网称为D-三角网
2.不规则三角网的基本要求?
外接圆性质:在由点集V所形成的D-三角网中,其每个三角形的外接圆均不包含点集P中的其他任意点
精度不会损失
容易实现自动化、实时化
8.基础地理信息数字产品(或称数字测绘产品)的四种基本模式(4D产品)。
数字正射影象图DOM(DigitalOrthophotoMap)
数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)
数字栅格地图DRG(Digital Raster Graphic)
5.Delaunay三角网生成的算法分哪几类,简要叙述其主要技术思路
6.三角形生长算法(重点掌握)。
三角网生长法的操作过程是任选一点,找到与它距离最近的点相连成为一条Delaunay边。按Delaunay条件寻找与此边构成Delaunay三角形的第3个顶点。重复进行这一过程直到所有数据都被连接进三角网中。因搜索第3个顶点的方法不同,这一算法有多种实现
基础地理信息数字产品(或称数字测绘产品)的四种基本模式(4D产品)
2.古往今来,人类一直在寻求如何描述周围及其大区域范围的地形地貌形态及其地表现象的有效表达方式,它们分别是?
绘图方式地图与地形图实物模型摄影术遥感技术数字地形表达
3.地图上表示地貌的具体要求是什么?
便于确定地面上任意一个地面点的高程
便于判断地面的坡向,坡度和量测其坡度
QuickBird的对政府决策、城市规划、房地产开发、测绘、土地等提供巨大的参考和决策价值。同时QuickBird还可在农作物估产、灾害防治、农业规划等多方面发挥其积极作用
4.航空摄影测量一直是地形图测绘和更新最有效也是最主要的手段,也成为数字地面模型生产的最重要数据源。
5.摄影测量和地形图数字化方法是大规模DEM采集最有效的两种方式,也是最为普遍采用的方式。
最大的最小角度性质:在由点集P所能形成的三角网中,D-三角网中三角形的最小角度之和是最大的
3.TIN模型的优缺点。
TIN模型是一种表示数字高程模型的有效数据模型,相对于规则格网DEM而言,它的优点包括:
大大减少了数据冗余,同时有效保持了地面的特征地形;
有利于表达特征地貌、地面细节的表达精度一般较高;
模型精度能反映地形总体,忽略特征部位能反映地形特点
立体图显示算法简单算法复杂
第五章不规则三角网(TIN)的生成
1.概念解析:不规则三角网(TIN模型)、Voronoi图、Delaunay三角网
不规则三角网:对于不规则分布的高程点,可以形式化地描述为平面上的一个无序的点集P,点集中每个点p对应于它的高程值。不规则三角网是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
7.根据Delaunay三角网生成等值线图的算法。
在三角形边上内插等值点
寻找等值线的起迄点,并追踪等值点
在等值线上标注数值
调用曲线光滑算法,绘制开、闭等值线
第六章规则格网(Grid)的生成
影像预处理与影像匹配
建立数字高程模型
绘制等高线及正射影像图
成果
空中三角测量加密成果
数字地面模型
数字线划图
数字正射影像图
景观图
透视图
立体模型
各种工程设计所需的三维信息
各种信息系统、数据库所需的空间信息
11.摄影测量采样方法包括哪几种?
等高线法
规则格网点法
选择采样法
渐进采样法
剖面法
混合采样法
12.Nyquist采样定理
如果对某一函数g(x)以间隔DX进行抽样,则函数高于1/(2DX)的频率部分将不能通过对采样数据的重建而恢复
13.使用GPS、激光扫描、干涉雷达等新型技术进行DEM数据采集是很有发展前景的DEM采集方式。
12.了解目前主要的DEM数据产品(如DTED、SRTM等官方提供的标准DEM产品),并选择其中一种,描述其主要产品特点与技术指标(请结合课件,并查询相关网站)。
便于清楚地识别各种地貌的类型、形态特征、分布规律和相互关系,量测其面积和体积
4.地形图的立体表示有哪几种表现手段?
写景法地貌晕滃法地貌晕渲法分层设色法
5.数字地形表达的方式可分两大类:数学描述和图像描述。使用傅立叶级数和多项式来描述地形是常用的数学描述方式。规则格网、不规则格网、等高线、剖面图等是图像描述的常用方式
观测方式都需要操作者手动操纵仪器,同时用眼观测
产品形式一般是模拟产品,即主要是描绘在纸上的线划地图或印在相纸上的影象图
10.数字摄影测量的概念解释,请简述数字摄影测量系统(DigitalPhotogrametrySystem, DPS)的主要功能、作业步骤及主要作业产品
把各种模拟的影像变成为能为计算机处理的数字影像,然后由计算机实现摄影测量,进行自
第一章 数字地面模型概述
1.概念解析:数字高程模型、数字地面模型、4D产品
数字地面模型是描述地面诸特征空间分布的有序数值阵列。在最通常的情况下所记的地面特征是高程Z,它的空间分布由X,Y水平坐标系统来描述,也可用经纬度来描述海拔H的分布。上述高程或海拔分布的数字地面模型又称为数字高程模型,以区别于描述其他地面特性的数字地面模型。数字地面模型可以是每三个三维坐标值为一元组的散点结构,也可以是由多项式或傅里叶级数确定的曲面方程,特别值得注意的是:数字地面模型可以包括除等高线以外的诸如地价,土地权属,土壤类型,岩层深度以及土地利用等其他地面特性信息的数字数据
3.分块内插的典型方法有哪些,重点掌握双线性多项式内插的推导、计算,简述二元样ห้องสมุดไป่ตู้函数内插的技术原理、特点(无须推导)
第四章 数字地形的表面建模
规则格网DEM与三角网模型的比较。
项目规则格网模型三角网模型
数据叠置和数据分析比较方便比较困难
数据结构简单,栅格数据结构复杂,矢量数据结构
数据量大(但可以压缩存储)小
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