数字高程模型 第1章 概论
《数字高程模型》实验讲义[1]
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数字高程模型 实验讲义南阳师范学院环旅学院 地理信息系统教研室编2011年2月前 言Miller于1958年提出首次提出了数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）的概念。
经过40多年的发展，DEM的诸多基础理论问题都得到了深入的研究，基于DEM的数字地形分析理论与方法体系正在形成，DEM在许多领域的工作中得到了成功应用。
DEM已成为各类GIS数据库的核心数据之一。
国家测绘部门将DEM作为国家空间数据基础设施（National Spatial data Infrastructure，NSDI）的重要建设项目之一。
在理论研究方面，DEM的不确定性、DEM的尺度效应、DEM的地学分析、基于DEM的数据挖掘都取得了很大的突破。
在应用方面，也从一般的地形因子提取、支持三维漫游等简单应用向更多样的形式、更广泛的领域发展。
可以说，DEM所代表的已经不仅仅是一种记录海拔的空间数据，更代表着一种地学处理的方法。
适应于学科发展和实践需要，各高等院校的有关专业，特别是地理信息系统、空间信息与数字工程、测绘工程等专业都纷纷将数字高程模型作为本科和研究生课程。
我学院办有地理信息系统和测绘工程等专业，数字高程模型一直是此二专业的重要课程。
在多年教学经验的基础上，我们编写了本实验讲义，供地理信息系统专业、测绘工程专业的本科教学使用。
本实验讲义中，以验证、探索理论知识和传授技能作为基础目标，另外还注重意识和能力的培养。
当代教育理论认为，如果说知识和技能是人才素质的基础，意识则决定了运用知识和技能的动机，能力则是运用知识和技能的方法。
当代地学人才不仅需要具有充足的专业知识和技能，而且应该具备一系列意识和能力。
虽然，高校通常设置培养意识和能力的公共课程；但是，专业课教学也应该将其作为教学目标之一。
这样以来，可以根据专业课程的特点有目的地培养特定的意识和能力。
本课程所涉及的意识和能力主要包括科学精神、团队意识、创新能力和统合能力等。
数字高程模型
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TIN对三角形的几何形状有严格的要求。 TIN模 型一般有三个基本要求： 1）三角形的格网唯一； 2）最佳三角形形状，尽量接近正三角形； 3）三角形边长之和最小，保证最近的点形成 三角形。
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T：三角化（ Triangulated ）是离散数据的三角剖分过 程，也是TIN的建立过程。位于三角形内的任意一点 的高程值均可以通过三角形平面方程唯一确定。 I：不规则性（ Irregular ），指用来构建TIN的采样点 的分布形式。TIN具有可变分辨率，比格网DEM能更 好反映地形起伏。 N：网（ Network ），表达整个区域的三角形分布形 态，即三角形之间不能交叉和重叠。三角形之间的拓 扑关系隐含其中。
B C F A D G E
H
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3、不规则三角网(TIN)
不规则三角网（Triangulated Irregular Network 简称 TIN）：是用一系列互不交叉、互不重叠的连接在一起 的三角形来表示地形表面。TIN既是矢量结构又有栅格 的空间铺盖特征，能很好地描述和维护空间关系。
，也可以用局部拟合法，将地表复杂表面分成正方形区域或者
面积大体相等的区域进行分块搜索，根据有限个点记性区域拟 合。
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图形方法
1、GRID模式（规则格网）
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。 ●表示方法：规则网格将区域划分成规则的格网单元，每个 格网单元对应一个数值，记录每个网格的高程；与栅格地图 相同。通常是正方形，也可以是矩形、三角形等规则网格。 数学上表示为一个矩阵。
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2、DEM的线模式表示-等高线模式
数字高程模型总结范文
数字高程模型总结范文
第一章1.2数字高程模型1)狭义概念：
DEM是区域地表面海拔高程的数字化表达。
(2)广义概念：
DEM是地理空间中地理对象表面海拔高度的数字化表达。
(3)数学意义：
DEM是定义在二维空间上的连续函数H=f(某,y)
地理空间是三维的，但DEM是叠加在二维地理空间上的一维特征(高程)的向量空间,其本质是地理空间定位和数字描述。
DEM是2.5维的。
2.分类：1.范围：局部DEM(Local)
地区DEM(Regional)
全局DEM(Global)
2.连续性：不连续DEM(Dicontinuou)连续DEM(Continuou)
光滑DEM(Smooth)
3.结构
（1）.点：散点DEM
（2）线：等高线DEM断面DEM（3）面：格网DEM不规则DEM混合DEM3.特点：（1）精度恒定性（2）表达多样性（3）更新实时性4.DEM与DTM区别DTM范围更广。
5.我国不同比例尺的DEM（四种不同比例尺DEM 与分辨率）1：1,000,000(1000m)1：250,000(100m)1：50,000(25m)1：10,000(5m)
第二章
一、DEM数据模型1、镶嵌数据模型2、规则镶嵌数据模型3、不规则镶嵌数据模型4、特征嵌入式数据模型（1）简单矩阵结构含义按行（或列）逐一记录每个格网单元的高程值。
（4）尺度综合性记录项
高程，格网西南角坐标值，格网间距浮点型数据的处理：转为整型数据无数据区－9999
数据文件包含数据头，数据体。
数字高程模型新版
流域长度（catchment length） 剖面曲率(Profile curvature) 表面曲率（plan curvature）
流域内某点到流域出口距离
从流域最高点到出口距离 坡度剖面曲率 等高线曲率（Contour curvature）
土壤流失区流失阻力（Impedence of soil drainage） 坡面流的散布（overland flow attenuation）
P r o f i l e f r o m Vi e w 1
El evati on
858.8 925.0
V e r t i c a l e x a g g e r a ti o n 2 . 4 X
708.8 783.8
0
27 5
55 0
82 5
11 0 0
13 7 5
15 5 7
Di s t a n c e
ArcGIS命令
LATTICEPOLY <in_lattice> <out_cover> <SLOPE | ASPECT | RANGE | NODATA | BOX | EXTENT> {lookup_table} {z_factor} 转换栅格中的坡度、坡向、高程范围和边界成多边形 SLOPE – 根据查找表中的坡度等级生成多边形；
Plan curvature：表示等高线方向的曲率，影响水流的聚集 和分散（Converging/diverging flow）,
剖面曲率的算法原理
待算格点面元的四个格点中，最高点与其对角点的连线称 为格点主轴，主轴两端点高程的平均值与格点面元平均高 程的比，称为格点面元凹凸系数（CD）：
数字高程模型ppt课件
王之卓 （1979）
地形表面用X、Y、Z坐标的数字形式的一种表达
Burrough 数字形式表示的局部地球表面的量化模型，有时也成为
(1986)
数字地形模型DTM
Weibel (1991)
局部地形表面的数字化表达
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DEM DHM
DGM DTM DTED
数字地面模型有关术语
Digital Elevation Model
数字高程模型： DEM(Digital Elevation Model)
区域地形表面海拔高度的数字化表达（狭义） 或 地理空间 中地理对象表面海拔高度的数字化表达（广义）。
传统的高程模型数字高程模型：
• 数字化： 数字计算机只识数字，一切必须数字化 • 离散化： 数字计算机容量有限，必须采样离散化 • 结构化： 借助计算机表达与处理，模型必须结构化
矢量叠加
三维表示与分析
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地形数字化表达方式
l 数学描述 l 图形表达 l 图像表达
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地形数字化表达方式
地 数学描述 全局
形
数
局部
字 化
图形方式
点
表
达
线
方
式
图像方式 直接
傅里叶级数 多项式函数 规则的分块数据 不规则的分块数据 不规则分布网络 规则分布网络 特征点（山顶、山脊、山谷） 等高线 特征线（山脊线、山谷线等） 剖面线 航空影像、遥感影像
通过对这些数据和图形的解译和发现，可获取 在地形图上没有直接表现的知识。
7
地表形态表达:从模拟到数字
象形绘图法
写景表示法
数字高程模型
等高线图示法 8
DEM的概念与理解
传统的高程模型－－等高线地形图：
数字高程模型PPT演示课件
第二节 DEM的主要表示模型
规则格网模型 等高线模型 不规则格网模型
760
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21
950
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2.1规则格网模型
些地图便是数字高程模型的现成数据源， 可以通过数字化好的等高线数据插值得到 格网DEM。
一般有三种方法： 等高线离散化法 等高线内插法 等高线构建TIN法
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3.3.1等高线离散化法 – 所谓的等高线离散化法，实际上就是用等高线 上的高程点插值，并将这些高程点看作是不规 则分布数据，并不考虑等高线特性。
则Delaunay三角网的排列得到的数值最大，从这个意义上 讲，Delaunay三角网是“最接近规则化”的三角网。
参考 邬伦 地理信息系统－－原理、方法和应用
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Delaunay三角形网的通用算法－逐点插入算法 1. 构造初始三角形。 2. 将点集中的其它散点依次插入，如插入点P，在
三角形链表中找出其外接圆包含插入点P的三角 形（称为该点的影响三角形），删除影响三角形 的公共边，将插入点同影响三角形的全部顶点连 接起来，从而完成一个点在Delaunay三角形链表 中的插入。
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数字地貌模型（Degital Geomorphology Model,DGM）
• 高程是地球表面起伏形态最基本的几何量，除高程外，地形表 面形态还可通过坡度、坡向、曲率等进行地貌因子描述，这些 地貌因子是高程直接或间接的函数，通过DEM可以提取这些地 貌因子。对DEM的格网单元，在保持平面位置不变的情况下， 用相应位置上的地貌因子取代高程，就可以得到该地貌因子的 数字模型，如，用坡度取代高程，则形成数字坡度模型。
数字高程模型试题集
《数字高程模型》第1讲概论一、名词解释1、数字高程模型（DEM）：通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟，或者说，地形表面的数字化表示。
Digital Elevation Model，缩写DEM.。
二、填空（选择、判断）1、地形表达的历史演进过程，经历了象形绘图法、写景法、等高线地形图、地貌晕渲图、航空摄影图像、遥感图像、数字地形表达等7个阶段。
2、DEM按结构分类包括：基于面元的DEM、基于线单元的DEM、基于点的DEM；按连续性分类，包括：不连续DEM、连续但不光滑DEM(逐点内插的格网DEM、TIN)、光滑DEM（样条函数内差的格网DEM）;按范围分类，局部DEM、区域DEM、全局DEM。
三、问答题1、DEM的特点。
（1）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）精度不会损失，没有载体变形的问题；（3）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）快速计算、获取DEM分辨率范围内的高程数据。
2、在ArcGIS中，如何通过纸质等高线地形图生成不同形式的DEM。
（1）纸质等高线地形图扫描；（2）在ArcMap中配准（选取投影和坐标系）；（3）等高线地形图矢量化并给每条等高线赋以属性值（高程）；（4）运用Arctoolbox—Convertiontools—features to raster工具将矢量线转化为栅格线（每个栅格的值为高程）；（5）在ArcScence中，运用convert—raster to feature将栅格线转化为矢量点数据文件；（6）在ArcScence中，运用3Danalyst—inpolate to raster—Idw进行差值；3）高分辨率遥感影像（1m分辨率IKONOS）、合成孔径雷达干涉测量、激光扫描仪等新型传感器数据，是高精度、高分辨率DEM最有希望的数据，但价格昂贵。
第一讲：数字高程模型概述
原始模型的数字化表达
原始模型
凸包
表面模型
三维模型（有纹理）
原始影像
三维模型（无纹理）
地表形态
地表形态表达
象形绘图法
写景表示法
数字高程模型
等高线图示法
数字高程模型起源
1958年，美国麻省理工 学院摄影测量实验室主任米 勒(ler) 教授首次将 计算机与摄影测量技术结合 在一起，比较成功地解决了 道路工程的计算机辅助设计 问题。
数字地形模型(Digital Terrain Model，DTM) ：当z为其它二维表面上 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成为数字地形模型。
研究地面起伏。
含有地面 起伏和属性两 个含义，是DEM 的进一步分析。
数字高程模型
商业工程应用
通讯基站选址、通讯网络规 划、移动通讯传播模型校正；空 中交通管理与导航；资源规划管 理与建设；地质勘探；旅游资源 仿真；水文和气象服务；遥感、 测绘等…
国家地理信息的基础数据
我国现在强调4D产品的建 设,并以前3D作为国家空间数据 基础设施(NSDl)的框架数据。
DRG 数字栅格图 Digital Raster Graphs
小知识——4D产品
DLG
数字线化图 Digital Linear Graphs
DEM
数字高程模型 Digital Elevation Models
DOQ 数字正射影像 Digital Orthophoto Quadrangles
课后思考
神舟系列飞船返回搜救 过程中，数字高程模型有哪 些应用？
三峡水库规划设计中， 数字高程模型有哪些应用？
第一章(绪论)数字高程模型
数学建模的基本方法
*机理分析法 根据对现实对象特性的认识，分析其因果关系，找出反映内 部机理的规律. 建立的模型常有明确的物理或现实意义 *测试分析法 将研究对象视为一个内部机理无法直接寻求的“黑箱”系统. 求y=y(x) 输入 x(t) 黑箱系统 建立输出和输入间的关系 测量系统的输入、输出数据，对其运用统计分析 输出y(t)
电子立体地形模型。是电子地图的应用产品。 在计算机的控制下，利用DTM数据和其他有 关资料，即可生成电子立体地形模型。它能 生动地显示地形的立体景观，有利于地形分 析和作战模拟，是有关经济建设和国防建设
的理想参照物。
影像与立体表达
利用多张有重叠度的像片可以重建地面的三
维模型，并可在这个模型上进行量测。
人类在很早以前就开始想方设法来描述自己 所熟悉的各种地表现象，绘画可以说是最古 老的一种。
用图画可以粗略地反映所见到的地形景观。 但这些信息反映的主要是对象的形态特征 和色彩特性，而定量的描述则非常有限。
另外一种古老而有效并一直沿用至今的精确 表达地表现象的方式是地图。
在我国古代，地图与山水画有着 千丝万缕的联系，亦图亦画的现 象还是很多的，有些图明明是地 图，却画着相当精美的山水画。 唐代张彦远的《历代名画记》里 就收录了古代著名制图学家裴秀 的《地形方丈图》，天文学家张 衡的《地形图》，这里并没有把 实用性的地图和艺术性的山水风 景画，明显地区分开来。
地图学者一直致力于地形图的立体表达，希
望找到一种既符合人的视觉生理习惯，又能
恢复真实地形世界的表示方法。
地球表面高低起伏，有高原、冰川、沙漠、 海岸等。如何立体显示地貌，这是测绘工作 者必须解决的问题。自古以来，测绘工作者 在这方面进行了不懈的探索，创造了不少地 貌表示方法。
数字高程模型及地学分析的原理与方法(共83张PPT)
，即地表单元上高程的集合，数学表达为：z=f(x，y)。
DEM功能与应用需求的关系
●数字地形模型(Digital 数字高程模型的概念与理解
DEM功能与应用需求的关系
?DEM及地学分析?第一章
第一节
地表形态表达：从模拟到数字
数字地面模型与其他学科的关系
测绘 遥感 军事 水文 土木工程 农林规划 地质
第二节 数字高程模型的概念与理解
2、数字高程模型定义
DEM，(Digital Elevation Models)，是通过有限 的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟， 它表示地表区域上地形的三维向量的有限序列， 即地表单元上高程的集合，数学表达为：z=f(x，
DEM数据采样的根本原那么是通 过最少的采样点来恢复和重建 地形外表
2.空间数据内插方法
空间数据内插技术实现了在离散采样点 根底上的连续外表建模，同时也可对未 采样点处的属性值进行估计，是分析地 理数据空间变化规律和趋势的有力工具。
DEM作为一类特殊的统计外表，高度逼 真的地形建模技术和快速的内插算法是 DEM研究领域长期以来的追求目标。
非地形特性应用〔重力、气压、磁场、降水、地价、土壤类型、工农业产值 〕
2、数字高程模型定义 从技术角度地形可视化有静态可视化和交互式动态可视化两种〔〕
1、基于DEM的信息提取
然后按选定的垂直比例尺和水平比例尺，按距离和高程绘出剖面图。
2、等高线的绘制 可视化〔Visualization〕是指运用计算机图形图像处理技术，将复杂的科学现象、自然景观以及十分抽象的概念图像化，以便理解现象，观察
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1
Models) 涉及的相关学科和技术 应用范围
1、地形表达方法
等高线是最早用于描述地表形态的图示方法 （约始于18世纪），被认为是制图学史上的最 重要发明；
为了增强等高线的可视性，有很多方法被用 于地形立体感表示如：写景法、地貌晕渲法、 分层设色法等；
DEM研究内容
地形数据采样 地形建模与内插 数据组织与管理 地形分析与地学应用 DEM可视化 不确定性分析和表达
DEM的分类
据其数据 组织方式 分
- 基于面单元 的DEM
- 基于线的 DEM
- 基于点的 DEM
(a) 规则格网DEM (b)正六边形DEM (c)TIN
(e)等高线DEM
但数字地形表达（包括DEM）及其三维可视 化方法真正使地形表达能重现真实的现实世界；
1.1 地形表达方法
数字地形的 表达可分为 两类，即数 学描述与图 形描述；
如何进行地 形的数字表 达则是DEM 主要研究内 容
一、 基本概念
地形表达方法 数字高程模型（DEM：Digital Elevation
地形表达方法 数字高程模型（DEM：Digital Elevation
Models) 数字地形模型（DTM：Digital Terrain
Models) 涉及的相关学科和技术 应用范围
3、 数字地形模型（DTM）
数字地形模型（Digital Terrain Model, DTM）是地形表面形态等多种信息的一个
DEM及其地学分析的原理与方法
第一讲 绪论
内容提要
理论课
基本概念 DEM的数据获取 DEM表面建模 DEM精度的数学模型 DEM生产的质量控制 DEM数据组织DEM内插 数字地形分析 DEM的可视化 DEM的地学应用
DEM复习资料总结
DEM复习资料总结第一篇：DEM复习资料总结DEM复习资料第一章概述数字地形的表达方法及其分类数字地形模型（DTM，Digital Terrain Model）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。
数字高程模型数字高程模型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，即数字高程模型是对二维地理空间上具有连续变化特征地理现象的模型化表达和过程模拟，简单地说，空间起伏连续变化现象的数字化表示和分析工具的集合。
DEM和DTM的区别与联系（1）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；数字高程模型中地形属性仅为高程。
（2）在地理信息系统中，DEM是建立DTM的基础数据，其它的地形要素可由DEM直接或间接导出，称为“派生数据”，如坡度、坡向。
（3）高程模型最常见的表达是相对于海平面的海拔高度，或某个参考平面的相对高度，所以高程模型又叫地形模型。
实际上地形模型不仅包含高程属性，还包含其它的地表形态属性，如坡度、坡向等。
数字高程模型的分类⑴按照结构分类：基于面单元的DEM；基于线单元的DEM；基于点的DEM。
⑵按照数据源分类：以航空和航天遥感资料为数据源；以地形图为数据源；以地面实测纪录为数据源；以各种专题底图为数据源；以统计报表和行政区域底图为数据源。
㈢按照内容分类：综合性的DEM（全国性的DEM,包括地形、资源环境和社会经济）；区域性DEM（局限于某个行政区或自然区，比例较大，框架线条趋细）；专题性DEM；单项DEM。
⑷按照结构形式分类：规则格网DEM；等值线DEM；曲面数字DEM；平面多边形DEM；空间多边形DEM；散点DEM。
⑸按连续性分类：不连续型DEM(Discontinuous DEM)；光滑DEM(Smooth DEM)DEM最主要的三种表示模型规则格网模型、等高线模型和不规则三角网模型 DEM 的特点精度的恒定性、表达的多样性、更新的实时性、尺度的综合性第二章 DEM的数据组织与管理DEM的建立（它的建立实际上是一种地形数据的建模过程。
数字高程模型 第一章 概论
地形表达从模拟时代走向数字时代！ 地形表达从模拟时代走向数字时代！
2、数字高程模型
2.1 数字高程模型的概念 ●高程用来描述地形表面的起伏形态，传统的 高程模型是等高线，其数学意义是定义在二维地理 空间上的连续曲面函数，当此高程模型用计算机来 表达时，称为数字高程模型。 计算机化的数字高程模型需要考虑三方面的因素： ●计算机容量：建立完整的连续三维表面模型 需要无数个点，需要无限的存储容量，因此与传统 的地形测图一样连续曲面必须是离散的。 ●只有将模拟数据（地形图等图形数据和文字 数据）转化为数字数据，参能为计算机所接受。 ●模型化表达：用数字表达的有限的地形高程 数据在计算机中按一定的规则进行组织，这样才可 以从建地形表面。
基于点的DEM：基于点的 ● 基于点的 ：基于点的DEM实际上就是采样点 实际上就是采样点 的集合，点与点之间没有建立任何关系， 的集合，点与点之间没有建立任何关系，称之为散 点DEM。该种结构由于点之间没有任何关系而应用 。 不多。 不多。
(2)按连续性分类（从数学角度考察DEM模型连 按连续性分类（从数学角度考察 按连续性分类 模型连 续性、一阶导数及高阶导数等的连续情况） 续性、一阶导数及高阶导数等的连续情况）
●光滑DEM：光滑 光滑 ：光滑DEM是指一阶导数或高阶单数连 是指一阶导数或高阶单数连 续的表面，一般在区域或全局尺度上实现。 续的表面，一般在区域或全局尺度上实现。光滑 DEM可以使用数学函数表达的地形曲面，或是在 可以使用数学函数表达的地形曲面， 可以使用数学函数表达的地形曲面 整个区域上通过全局内插函数所形成的DEM，例 整个区域上通过全局内插函数所形成的 ， 如通过趋势面拟合内插所建立的DEM，也可以通 如通过趋势面拟合内插所建立的 ， 过分块内插并建立各个块之间的光滑条件形成的 DEM。 。
07 数字高程模型
渐进采样:先按预定的比较稀疏的间 隔进行采样，获得一个较稀疏的格网， 然后分析是否需要对格网加密
沿断面采集
数字摄影测量的DEM数据采集方式
•选择采样 :可根据 地形特征进行选择采样 •混合采样:将规则采样与选择采样结合起 来进行 •自动化 DEM 数据采集 : 按影像上的规则 格网利用数字影像匹配进行数据采集。
4. 空间传感器进行数据采集
利用GPS、雷达和激光测高仪等进行数据采集。 GPS的特点是： a.精度高 b.选点灵活，测站之间不需通视 c.全天候作业 d.可以单点作Light Detection and Ranging)
LIDAR
使用全球定位系统GPS、激光扫描、干涉雷 达等新型技术进行DTM/DEM数据采集是很 有发展前景的DTM/DEM采集方式，也不应 当忽视。 不论从何种数据源获取DTM/DEM数据，在 采集等高线或规则格网点的同时采集重要 的地形特征点线是保证DTM/DEM质量和提 高作业效率的重要的措施。 利用基于不规则三角网TIN的方法进行数据 建模和随机栅格转换，是快速可靠地生产 高精度格网DTM/DEM切实可行的方案。
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)； 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。
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。 可分为： 整体拟合：根据研究区域内所有采样点的观测值建立趋势面模型。特 点是不能反映内插区域内的局部特征。 局部拟合：利用邻近的数据点估计未知点的值，能反映局部特征。
数字高程（DEM）模型期末复习资料
数字⾼程（DEM）模型期末复习资料数字⾼程模型（DEM）期末复习资料第⼀章1数字地⾯模型是利⽤⼀个任意坐标场中⼤量选择的已知X、Y、Z的坐标点对连续地⾯的⼀个简单的统计表⽰。
2 DEM和DTM的关系：DEM是DTM的⼦集，是DTM最基本的部分；20世纪60年代出现了地理信息系统的概念，其含义包括了DTM，在概念上取代了DTM。
DTM提出后，其实际发展和应⽤中的内涵还主要局限于DEM，故⼆者的名称混淆使⽤，主要表⽰的都是DEM的概念。
3 ⾼程⽤来描述地形表⾯的起伏形态，传统的⾼程模型是等⾼线，其数学意义是定义在⼆维地理空间上的连续曲⾯函数，当此⾼程模型⽤计算机来表达时，称为数字⾼程模型。
4 数字⾼程模型的定义为：数字⾼程模型是对⼆维地理空间上具有连续变化特征地理现象通过有限的地形⾼程数据实现对地形曲⾯的数字化模拟－－模型化表达和过程模拟，Digital Elevation Model，简称DEM。
5.数字地形表达的⽅式可以分为两⼤类：数学描述和地形描述(1)数字描述：全局：傅⽴叶级数；多项式函数局部：规则的分块函数；不规则的分块函数（2）图形描述：点：不规则分布；规则分布；特征点线：等⾼线；特征线；剖⾯图⾯：影像；透视图；其他6.模型是指⽤来表现其他事物的⼀个对象或概念，是按⽐例缩减并转换到我们能够理解的形式的事物本体。
7.模型可以分为三种不同层次：概念模型，物质模型，数学模型。
8.概念模型是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。
9.物质模型通常是⼀个模拟的模型，如橡胶，塑料或泥⼟制成的地形模型。
10.数字模型⼀般是基于数字系统的定量模型。
包括函数模型和随机模型。
11.数字模型的优点：1他是理解现实世界和发现⾃然规律的⼯具。
2提供了考虑所有可能性，评价选择性和排除不可能性的机会。
3帮助在其他领域推⼴后应⽤解决问题的结果。
4帮助明确思路，集中精⼒关注问题重要的⽅⾯。
5使得问题的主要成分能够被更好的观察，同时确保交流，减少模糊，并改进关于问题⼀致性看法的机会。
数字高程模型 第1章 概论
2. DEM：概念与理解
数字地面模型、数字高程模型的定义
Miller（1958）
数字地面模型是利用一个任意坐标场中大量选择的已知X、Y、Z的坐标点对连 续地面的一个简单的统计表示。
Doyle（1978） 王之卓（1979）
数字地面模型是描述地面诸特性空间分布的有序数值阵列，在一般情况下，所 记录的地面特性为高程值，它的空间分布由x、y平面坐标系统来描述，也 可通过经度和纬度进行描述海拔分布。在新近文献中，称上述高程或海拔 分布的数字地面模型为数字高程模型，以与描述其他地面特性的数字地面 模型有所区别。DTM可以是每三个三维坐标值为一组的散点结构，也可是 由多项式或傅里叶级数确定的曲面方程。另外数字地面模型可以包含除高 程外的其他地面特性，如地价、土地权属、土壤类型、岩层深度等。
数字地面模型
徐斌 长安大学
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教学方法： 1. 多媒体+板书 2.自学和讨论 3.上机实习
教学组织方式： 1.课堂授课: 本课程的基础知识部分主要通过课堂授课方式
进行组织。 2.上机实习课: .
结合理论知识，培养学生使用GIS软件进行地形
学时安排： 理论课30，上机实习6
考核方式： 理论考试80%，上机操作10%，平时10%
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（3）18世纪，测绘技术的发展，高程数据和平面数据的获取成 为可能，以等高线形式进行地表形态的模拟。
➢ 首曲线：首曲线，也叫基本等高线，是按基本等高距绘出的等高线。 在地 形图上以0.1mm的细实线描绘，如1：5万地形图上首曲线依次为：10m、 20m、30m等等。
➢ 计曲线：为了阅读方便，从起点起，每隔四根等高线加粗描绘一根等高线， 这根加粗的等高线就是计曲线。
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2. DTM：概念与理解
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2. DEM：概念与理解
2. DEM：概念与理解
DEM的特点 z 精度恒定性 z 表达多样性 z 更新实时性 z 尺度综合性
3. DEM的信息特征：从DEM到DTM
4. DEM系统结构与功能
地形分析
地学分析与应用 解译（分析） 可视化分析
DEM
建模
处理优化
数据获取
地面形态表达
现实世界
4. DEM系统结构与功能：建模
DEM = { T i , T i = τ ( P j , P l , P k )}
2. DEM：概念与理解
z Grid 与 TIN z DEM的维数
z 2.5D z 表面模型
Z1 Z1还是Z2? Z2
2. DEM：概念与理解
DEM的研究内容： z 数据采集方法 z 地形建模与内插技术 z 数据组织与管理 z 地形分析 z 地形可视化 z 不确定性分析
4. DEM系统结构与功能：分析
4. DEM系统结构与功能：分析
4. DEM系统结构与功能：分析
4. DEM系统结构与功能：应用
z 高程内插 z 土方计算与断面线 z 地形可视化表达 z 等高线制作与编辑 z 基本地形参数提取 z 流域分析 z 可视域分析
5. DEM与地理信息系统的关系
z 数据采集方法 z 空间数据内插技术 z 空间数据组织和管理 z 空间分析理论与方法
第1章 概 论
主要内容
z 地表形态表达：从模拟到数字 z DEM：概念与理解 z 数字高程模型的信息特征：从DEM到DTM z 数字高程模型的系统结构与功能 z 数字高程模型与地理信息系统的关系 z 数字高程模型应用范畴与前景
1. 地表形态表达：从模拟到数字
2. DEM：概念与理解
z 计算机化的地形表达三要素
2. DEM：概念与理解
数字高程模型分类体系 局部DEM 范围 地区DEM 全局DEM 不连续DEM 连续性 连续DEM 光滑DEM 数字高程模型 面 结构 线 点 不规则结构 等高线结构 断面结构 散点结构 正方形格网结构 规则结构 正六边形格网结构 其他格网结构 不规则三角网 四边形
2. DEM：概念与理解
4. DEM系统结构与功能：操作
z DEM修改：增、删、移、拖等 z DEM滤波合并，叠加，压缩，重采样 z ‥‥‥
4. DEM系统结构与功能：可视化
4. DEM系统结构与功能：分析
4. DEM系统结构与功能：分析
4. DEM系统结构与功能：分析
2. DEM：概念与理解
z 数学意义上的数字高程模型是定义在二维空间上 的连续函数H = f（x,y）
DEM = { M i = ζ ( P j ) Pj ( x j , y j , H j ) ∈ D , j = 1, L n , i = 1, L , m }
z 当ζ为正方形格网时，这时的DEM称为基于格网 的DEM（Grid based DEM）
Digital Elevation Model
DHM
Digital Height Model
Digital Ground Model DGM Digital Geomorphology Model DTM Digital Terrain Model
DTED
Digital Terrain Elevation Model
z 计算机的存储容量
z 无限到有限，离散化处理
z 模拟数字转换为数字数据
z 图形图像数据到数字数据
z 模型化表达
z 数据组织
2. DEM：概念与理解
数字地面模型、数字高程模型的定义 Miller（1958） 数字地面模型是利用一个任意坐标场中大量选择的已知X、Y、Z的坐标点对连 续地面的一个简单的统计表示。 数字地面模型是描述地面诸特性空间分布的有序数值阵列，在一般情况下，所 记录的地面特性为高程值，它的空间分布由x、y平面坐标系统来描述，也 可通过经度和纬度进行描述海拔分布。在新近文献中，称上述高程或海拔 分布的数字地面模型为数字高程模型，以与描述其他地面特性的数字地面 模型有所区别。DTM可以是每三个三维坐标值为一组的散点结构，也可是 由多项式或傅里叶级数确定的曲面方程。另外数字地面模型可以包含除高 程外的其他地面特性，如地价、土地权属、土壤类型、岩层深度等。 数字地面模型是地形表面用X、Y、Z坐标的数字形式的一种表达。 A Digital Elevation Model is a quantitative model of a part of the earth’s surface in digital form. Also digital terrain model (DTM). A DTM is a digital representation of a portion of the earth’s surface. 数字地面模型DTM是定义在二维区域上地形特征空间分布及关联信息的一个有 限n维向量系列{Xi}，数字高程模型DEM是DTM的一个子集，它表示地形空 间分布的一个有限三维向量系列{X,Y,Z}，其中X, Y表示地形点的平面位 置，Z表示相应点的高程。
⎛ H 11 ⎜ ⎜ H 21 DEM = ⎜ M ⎜ ⎜H ⎝ n1 H 12 H 22 M H n2 L L L L Hm ⎞ ⎟ H 2m ⎟ M ⎟ ⎟ H nm ⎟ ⎠ n× m
2. DEM：概念与理解
z 当ζ为三角形时，这时实质上是用互不交叉、互 不重叠的连接在一起的三角形网络逼近表面，这 时的DEM称为基于不规则三角网的DEM （Irregular Triangulated Network based DEM，简写为TIN based DEM）
地形的数字化表达方式 全局 数学描述 局部 傅立叶级数 多项式函数 规则的分块函数 不规则分块函数 不规则分布网络（如TIN） 点 地形数字化 表达 图形方式 线 直接 图像方式 间接 规则分布网络（栅格） 特征点（山顶、鞍部、山脊、山谷 等） 等高线 特征线（山脊线、山谷线等） 剖面线 航空影像、遥感影像 透视图 晕渲图
2. DEM：概念与理解
z 从狭义角度定义：DEM是区域地表面海拔高程的数字化 表达。这种定义将描述的范畴集中限制在“地表”、‘“海拔 高程”及“数字化表达”内，意义较为明确，也是人们一般 理解与接受的DEM概念。但是，随着DEM的应用向海 底、地下岩层及某些不可见地理对象（如等气压面）的延 伸，有必要提出更为广义的定义。 z 从广义角度定义：DEM是地理空间中地理对象表面海拔 高度的数字化表达。该定义中描述对象不再局限于“地表 面”，因而具有更大的包容性，如有海底DEM、下伏岩层 DEM、大气等压面DEM等。
Doyle（1978）
王之卓（1979） Burrough(1986) Weibel (1991)
龚健雅（1993）
2. DEM：概念与理解
数字地面模型有关术语 术 语 DEM 全 称 特点与含义 以绝对高程或海拔表示的地形模型 以任意高程表示的地形模型，包括绝对高程和相对高 程，为德国所使用 具有连续变化特征的地表实体模型，为英国所使用 除高程外的其他地貌形态模型，如坡度、坡向等 泛指地形表面自然、人文、社会景观模型 为美国国防制图局所使用的地形模型，强调模型的格 网结构特征
6. DEM的应用范畴与前景
z 三个方面
z 地学分析与地学应用 z 非地学领域 z 产业化与社会服务
z 六个领域
z 科学研究 z 工业部门 z 商业领域 z 管理部门 z 军事 z 数字地球
本章结束！